全自动奶茶制作设备的制作方法

1.本发明属于奶茶自动化设备技术领域，具体涉及一种采用关节机器人的全自动奶茶制作设备。


背景技术：

2.随着奶茶产业的消费升级，从添加植脂末的速溶奶茶到核心商业区域的采用牛奶调配的现调奶茶，奶茶的价格也日益上涨。人力成本和店铺租金的投入相比于设备采购的投入占奶茶店运营成本的比重也在逐渐增加，也更好地解释了现制奶茶的单价为啥越来越高。对能够仿照现制奶茶的自动化设备的需求也日益强烈。
3.现场目前公布的奶茶自动化设备，例如中国专利cn201910404603.0公开了一种全自动奶茶生产装置和方法，该设备中转运设备（用于取杯的一字模组和机械臂）和进行摇匀的雪克杯，转运设备较多，单个设备的功能单一，导致该设备整体的占地面积较大，相比于现行推广良好的自动咖啡机、速溶奶茶机以及鲜榨果汁机，不具有良好的市场推广前景。另一方面，现有的自动咖啡机、速溶咖啡机、咖啡奶茶一体机、鲜榨果汁机等配置原料单一，不能适应现有的调制奶茶的制作，且上述设备中原料，比如咖啡粉、奶茶粉或者未剥皮的水果的保存期限相比于现场调制奶茶所需的原料（包括不限于煮熟的珍珠、椰果粒、牛奶、饼干、果糖等）保存期限较长。
4.现有现场调制奶茶所特有的原料，煮熟的珍珠或者椰果粒，为了便于上述原料的保存，将上述原料至于2
°
至6
°
的保鲜环境中保存，同时将椰果颗粒或者珍珠（采用木薯淀粉制作）放置在高浓度的糖水中，一方面是为了防腐另一方面可以对椰果颗粒或者珍珠进行浸泡从而增加其丰富的口感。对于珍珠而言，可以防止其过度粘连，在饮用的过程中，堵塞吸管。
5.现有的螺旋推进式的送料方式、齿轮转动推进式的送料方式、摆动挖料式或者泵吸式的送料方式都不能适应椰果颗粒或者珍珠颗粒的定量投放到奶茶杯中，将从珍珠供料筒或者椰果供料筒中取出定体积的物料，因为其中固体与液体共存不能保证固体和液体的比例均匀，对奶茶的品控影响较大。


技术实现要素：

6.针对上述技术问题，提供一种全自动奶茶制作设备，该设备能够实现奶茶自动化制作，替代人工，适应于全自动化无人售卖。
7.本发明采用的技术方案如下：一种全自动奶茶制作设备，包括低温箱、关节机器人、珍珠供料筒、供糖机、热水机、制冰机、常温供水机、茶桶、出杯机构、封杯机和多个出料水龙头，低温箱、珍珠供料筒、供糖机、热水机、制冰机、常温供水机、茶桶、出杯机构和封杯机布置在关节机器人的四周且位于主机架的内部，珍珠供料筒、牛奶供料筒均放置在低温箱内，多个出料水龙头均用于对奶茶杯供应液体原料，多个出料水龙头的底部通过进水管依次连接热水机、茶桶、常温供水机和牛奶供料筒，固液分离机构用于从珍珠供料筒中取出
珍珠和糖水的混合液并将糖水沥去，然后将珍珠颗粒放入关节机器人夹持的奶茶杯。
8.进一步的，珍珠供料筒的顶部开口，低温箱的上部正对珍珠供料筒和椰果供料筒的顶部开有窗口，低温箱中窗口设有取料口开闭机构，取料口开闭机构用于开启或者关闭低温箱中窗口从而将低温箱内部与其外部分隔，固液分离机构设置在低温箱的上方，固液分离机构包括安装底板和安装立板，安装底板水平安装在低温箱的上端面，安装立板竖直固定在安装底板的上端面，竖移机构安装在安装立板远离窗口的侧面，竖移机构竖直设置，漏勺气缸安装板与竖移机构的输出端固连，漏勺气缸安装板与竖移机构分别设置在安装立板相对的两侧面，手指气缸竖直安装在气缸气缸连接板上，两个漏勺对称设置在手指气缸的两个输出端之间，两个漏勺的勺柄上部固连在手指气缸的输出端，两个漏勺的勺头相对设置，手指气缸带动两个漏勺相互靠近或者远离，漏勺开有用于沥干液体的漏孔，两个漏勺的勺头相邻侧面接触构成珍珠或者椰果的容纳空腔。
9.进一步的，竖移机构采用无杆气缸进行驱动，无杆气缸的输出端与漏勺气缸安装板之间通过气缸连接板以固连。
10.进一步的，还包括漏勺导向部，漏勺导向部包括导向滑轨和导向滑轨，导向滑轨竖直安装在安装立板靠近低温箱中窗口的侧面，导向滑块嵌套在导向滑轨上，导向滑块沿导向滑轨滑动，导向滑块与漏勺气缸安装板固连，手指气缸安装在漏勺气缸安装板远离导向滑轨的一侧。
11.进一步的，取料口开闭机构包括盖板推送气缸，盖板推送气缸设置在安装底板上，盖板推送气缸朝向的缸杆与窗口盖板固连，窗口盖板的俯视投影的面积大于低温箱中窗口俯视投影的面积，窗口盖板位于低温箱中窗口的上方，窗口盖板用于盖合低温箱中窗口。
12.进一步的，漏勺包括勺柄和勺头，勺柄的上部固定在手指气缸的内侧，勺柄的下部与勺头的外侧面固连，勺头的中心轴线水平设置，勺头的中心轴线与勺柄所在直线相互垂直，勺头表面沿其中心轴线的方向开有多个径向漏孔，勺头的下部开有底部漏孔，底部漏孔沿勺头曲面切线方向开孔，底部漏孔的孔径不足以供料筒中固体颗粒透过。
13.进一步的，出杯机构包括自动出杯器和奶茶杯备件库，自动出杯器与关节机器人电讯连接，奶茶杯备件库设置在自动出杯器的一侧且自动出杯器位于奶茶杯备件库的侧上方，自动出杯器安装在出杯升降气缸的输出端，出杯升降气缸竖直设置，出杯升降气缸的底部安装在主机架上，出杯升降气缸带动自动出杯器竖直运动。
14.进一步的，还包括椰果供料筒和用于将椰果和糖水分离的固液分离机构，椰果供料筒布置在珍珠供料筒的一侧，固液分离机构从椰果供料筒中取出椰果和糖水的混合液并将糖水从中沥去，然后将珍珠颗粒放入关节机器人夹持的奶茶杯。
15.进一步的，还包括多个固体供料机构，多个固体供料机构用于对关节机器人夹持的奶茶投放饼干、坚果颗粒、干果颗粒。
16.进一步的，出杯机构、固体加料区、液体加料区、封杯机沿关节机器人的圆周方向依次布置，固体加料区包括供糖机、出冰机、固体供料机构和珍珠供料筒；液体加料区包括多个出料水龙头。
17.进一步的，关节机器人包括关节机器人本体和法兰连接板，法兰连接板安装在关节机器人本体的输出法兰上，重力传感器安装在法兰连接板的下端面，夹持气缸安装板固定在重力传感器的下端面，纸杯夹持气缸安装在夹持气缸安装板的下端面，纸杯夹持气缸
水平设置，两个纸杯夹爪对称安装在纸杯夹持气缸的输出端，两个纸杯夹爪相对侧面的圆弧直径小于奶茶杯上部口径。
18.进一步的，主机架的每个侧面、上端面、下端面设置封板，封板用于将主机架的内部与外部环境隔离，主机架内部靠近封板处设置奶茶成品放置位和吸管取料位，奶茶成品放置位用于放置制作完成的奶茶、吸管取料位于奶茶成品放置位的一侧，奶茶成品放置位和吸管取料位相邻的封板处开有对应的取杯窗口和吸管窗口，取杯窗口和吸管窗口的一侧分别设置取杯窗口开合机构、吸管窗口开合机构，取杯窗口开合机构、吸管窗口开合机构设置在主机架的内部，取杯窗口开合机构、吸管窗口开合机构用于开启或者关闭取杯窗口、吸管窗口。
19.本方案的有益效果：（1）该设备采用关节机器人替代人工，配套多种奶茶原料供料机构从而实现奶茶的自动化制作；（2）该设备特有的用于需要放置糖水或者液体中保鲜奶茶制作原料的固液分离机构，确保该种物料的加入量精确，保证奶茶口感的统一性；（3）设置低温箱，放置常温下不易保存的奶茶原料，从而减少相应原料的更换频率，减少人工参与；（4）该关节机器人末端配置重力传感器，重力传感器用于检测落杯器落杯是否进入关节机器人末端夹爪，开始前，将末端重力传感器值置零，与落杯之后数值进行比较，若落杯指令执行时间内重力传感器无变化，则重新执行一次落杯指令，直至正确落杯；另外反馈添加物料量的精度，如在取冰时，先将重力传感器数值记录下来，系统会控制制冰机落一次料，命令执行完成后再读取重力传感器数值并保存，将此时的数值减去之前保存的数值，若绝对差值小于等于系统要求出冰量，则继续去取其他物料；若绝对差值等于系统允许误差，则再次控制制冰机出冰，直到满足系统要求时停止出冰，若连续执行三次出冰命令后出冰量仍然不能满足系统要求，则执行退款操作，同时执行故障报警命令通知系统维护人员及时处理。
附图说明
20.图1 为本发明装置的整体结构立体示意图。
21.图2 为本发明装置中固液分离机构的立体结构示意图。
22.图3 为本发明装置中低温箱内部结构示意图。
23.图4 为本发明装置中漏勺的立体结构示意图。
24.图5 为本发明装置中漏勺的另一视角的平面结构示意图。
25.图6 为本发明装置中出杯机构的局部结构示意图。
26.图7 为本发明装置中关节机器人的立体结构示意图。
27.图8 为本发明装置中奶茶产品放置位处的局部结构示意图。
28.图9 为本发明装置整体结构的外部立体结构示意图。
29.图中：1.主机架；201.自动出杯器；202.奶茶杯备件库；203.出杯器安装基板；204.出杯升降气缸；205.安装支座；3.供糖机；4.制冰机；5.茶桶；6. 固体供料机构；7.固液分离机构；701.漏勺；7011.勺柄；7012.底部漏孔；7013.勺头；7014.径向漏孔；702.漏勺夹持气缸；703.漏勺导向部；705.气缸连接板；706.竖移机构；707.盖板推送气缸；708.窗口盖板；709.安装底板；710.安装立板；8.封杯机；9.奶茶成品放置位；10.关节机器人；1001.关节机器人本体；1002.法兰连接板；1003.重力传感器；1004.纸杯夹持气缸；1005.纸杯夹爪；
1006.夹持气缸安装板；11.低温箱；1101.窗口；12.珍珠供料筒；13.椰果供料筒；14.牛奶供料筒；15.安全光栅；16.取杯窗口开合机构；17.取杯窗口17；18.吸管窗口；19.互动显示屏。
具体实施方式
30.如图1
‑
图9所示，一种全自动奶茶制作设备，包括低温箱11、关节机器人10、珍珠供料筒12、供糖机3、热水机、制冰机4、常温供水机、茶桶5、出杯机构、封杯机8和多个出料水龙头，低温箱11、珍珠供料筒12、供糖机3、热水机、制冰机4、常温供水机、茶桶5、出杯机构和封杯机8布置在关节机器人10的四周且位于主机架1的内部，珍珠供料筒12、牛奶供料筒14均放置在低温箱11内，多个出料水龙头均用于对奶茶杯供应液体原料，多个出料水龙头的底部通过进水管依次连接热水机、茶桶5、常温供水机和牛奶供料筒14，固液分离机构7用于从珍珠供料筒12中取出珍珠和糖水的混合液并将糖水沥去，然后将珍珠颗粒放入关节机器人10夹持的奶茶杯。
31.低温箱11内亦可以放置其他常温下容易变质或者影响口感的其他奶茶调制原料，比如炼乳、果乳或者淡奶油等原料。
32.珍珠供料筒12的顶部开口，低温箱11的上部正对珍珠供料筒12和椰果供料筒13的顶部开有窗口1101，低温箱11中窗口1101设有取料口开闭机构，取料口开闭机构用于开启或者关闭低温箱11中窗口1101从而将低温箱11内部与其外部分隔，固液分离机构7设置在低温箱11的上方，固液分离机构7包括安装底板709和安装立板710，安装底板709水平安装在低温箱11的上端面，安装立板710竖直固定在安装底板709的上端面，竖移机构706安装在安装立板710远离窗口1101的侧面，竖移机构706竖直设置，漏勺气缸安装板与竖移机构706的输出端固连，漏勺气缸安装板与竖移机构706分别设置在安装立板710相对的两侧面，漏勺夹持气缸702竖直安装在气缸气缸连接板705上，两个漏勺701对称设置在漏勺夹持气缸702的两个输出端之间，两个漏勺701的勺柄7011上部固连在漏勺夹持气缸702的输出端，两个漏勺701的勺头7013相对设置，漏勺夹持气缸702带动两个漏勺701相互靠近或者远离，漏勺701开有用于沥干液体的漏孔，两个漏勺701的勺头7013相邻侧面接触构成珍珠或者椰果的容纳空腔。
33.为了节约设备占用的空间，同时减少噪音，竖移机构706采用无杆气缸进行驱动，无杆气缸的输出端与漏勺气缸安装板之间通过气缸连接板705以固连。为了运动的稳定性，还包括漏勺导向部703，漏勺导向部703包括导向滑轨和导向滑轨，导向滑轨竖直安装在安装立板710靠近低温箱11中窗口1101的侧面，导向滑块嵌套在导向滑轨上，导向滑块沿导向滑轨滑动，导向滑块与漏勺气缸安装板固连，漏勺夹持气缸702安装在漏勺气缸安装板远离导向滑轨的一侧。
34.如图2所示，取料口开闭机构包括盖板推送气缸707，盖板推送气缸707设置在安装底板709上，盖板推送气缸707的缸杆与窗口盖板708固连，窗口盖板708的俯视投影的面积大于低温箱11中窗口1101俯视投影的面积，窗口盖板708位于低温箱11中窗口1101的上方，窗口盖板708用于盖合低温箱11中窗口1101。
35.如图2所示，盖板推送气缸707设置在低温箱11中窗口1101的一侧，盖板导向机构和盖板推送气缸707分别设置在低温箱11中窗口1101相对的两侧，盖板导向机构设置在低温箱11上端面与窗口盖板708之间，盖板导向机构用于对盖板的运动进行导向。当需要从珍
珠供料筒12或者椰果供料筒13中取相应的物料时，盖板推送气缸707带动窗口盖板708朝向远离低温箱11中窗口1101的方向运动从而将窗口1101打开，竖移机构706带动漏勺气缸安装板及其上部件下行，漏勺701的下部勺头7013贯穿低温箱11中窗口1101伸入珍珠供料筒12或者椰果供料筒13中，在奶茶自动化制作设备中固液分离机构7的数量设置在多组。
36.奶茶制作原料一般还包括椰果，椰果放置在添加食品添加剂的糖水中进行保鲜，相应的，还包括椰果供料筒13，椰果混合液体放置在椰果供料筒13中，还包括椰果供料筒13和用于将椰果和糖水分离的固液分离机构7，椰果供料筒13布置在珍珠供料筒12的一侧，固液分离机构7从椰果供料筒13中取出椰果和糖水的混合液并将糖水从中沥去，然后将珍珠颗粒放入关节机器人10夹持的奶茶杯。
37.奶茶制作原料中其他需要在液体中保鲜的固体原料，增加相应数量的固液分离机构7。
38.根据奶茶配料中需要进行固体分离的原料种类设定，一般奶茶制备中必备珍珠和（或者）椰果，通常该固液分离设备的数量为两组。
39.漏勺701包括勺柄7011和勺头7013，勺柄7011的上部固定在漏勺夹持气缸702的内侧，勺柄7011的下部与勺头7013的外侧面固连，勺头7013的中心轴线水平设置，勺头7013的中心轴线与勺柄7011所在直线相互垂直，勺头7013表面沿其中心轴线的方向开有多个径向漏孔7014，勺头7013的下部开有底部漏孔7012，底部漏孔7012沿勺头7013曲面切线方向开孔，底部漏孔7012的孔径不足以供料筒中固体颗粒透过。
40.如图7所示，关节机器人10包括关节机器人本体1001和法兰连接板1002，法兰连接板1002安装在关节机器人本体1001的输出法兰上，重力传感器1003的基体安装在法兰连接板1002的下端面，夹持气缸安装板1006固定在重力传感器1003的下端面，杯夹持气缸1004安装在夹持气缸安装板1006的下端面，重力传感器1003的感应面位于下端面，重力传感器1003感应竖直方向的作用力，重力传感器1003感应夹持气缸安装板1006及安装在其上部件的重力，在未落杯时，重力传感器的值置零，与落杯之后数值进行比较，若落杯指令执行时间内重力传感器无变化，则重新执行一次落杯指令，直至正确落杯；另一方面，重力传感器用于反馈添加物料量的精度，如在取冰时，先将重力传感器数值记录下来，系统会控制制冰机落一次料，命令执行完成后再读取重力传感器数值并保存，将此时的数值减去之前保存的数值，若绝对差值小于等于系统要求出冰量，则继续去取其他物料；若绝对差值大于系统允许误差，则再次控制制冰机出冰，直到满足系统要求时停止出冰，若连续执行三次出冰命令后出冰量仍然不能满足系统要求，则执行退款操作，同时执行故障报警命令通知系统维护人员及时处理。纸杯夹持气缸1004水平设置，两个纸杯夹爪1005对称安装在纸杯夹持气缸1004的输出端，两个纸杯夹爪1005相对侧面的圆弧直径小于奶茶杯上部口径。纸杯杯口外圈凸起的直径大于两个纸杯夹爪1005相对侧面的圆弧直径，纸杯杯口外圈凸起的下端面与纸杯夹爪1005上端面接触，纸杯夹爪1005内侧面与纸杯靠近杯口的外侧面接触，该种夹持模式下，纸杯收到纸杯夹爪1005向上的支持力与侧面夹持力导致的摩擦力与竖直方向的重力相平衡，相比于纸杯外侧曲面单一的夹持力而产生的摩擦力能够防止夹持力过大而导致的纸杯杯身变形。
41.随着奶茶杯中原料的加入，尤其是液体原料的加入，导致奶茶杯收到竖直向上的合力所需增加从而维持奶茶杯的受力平衡。
42.关节机器人本体1001采用四轴或者以上自由度的关节机器人本体1001，关机关节机器人本体1001能够带动法兰连接板1002及其上部件沿x轴、y轴、z轴移动以及沿绕z轴转动。
43.如图6所示，出杯机构包括自动出杯器201和奶茶杯备件库202，自动出杯器201与关节机器人10电讯连接，奶茶杯备件库202设置在自动出杯器201的一侧且自动出杯器201位于奶茶杯备件库202的侧上方，出杯器安装基板203中开有竖直通孔，自动出杯器201竖直安装在自动出杯器201的竖直通孔中，奶茶杯整齐堆垛放置在自动出杯器201中。出杯器安装基板203的另一端安装在出杯升降气缸204的输出端，出杯升降气缸204竖直设置，出杯升降气缸204的底部通过安装支座205以固定在主机架1上，出杯升降气缸204带动自动出杯器201竖直运动。
44.出杯升降气缸204带动自动出杯器201上行，自动出杯器201位于高位时，关节机器人本体1001带动纸杯夹爪1005运动到自动出杯器201的正下方，控制系统控制自动出杯器201单次下落一个纸杯，纸杯夹持气缸1004带动两侧纸杯夹爪1005相互远离而后回位将纸杯夹持在所两个纸杯夹爪1005之间。
45.当自动出杯器201中单垛纸杯用完后，出杯升降气缸204带动出杯器安装基板203及其上部件下行，关节机器人本体1001从奶茶杯备件库202中抓取单垛纸杯下部外侧面放置到自动出杯器201中。关节机器人10对自动出杯器201上杯完成后，出杯升降气缸204带动自动出杯器201上行到高位，等待关节机器人10到位后自动出杯。
46.为了适应多样化的奶茶制备，该自动奶茶制备设备还包括多个固体供料机构6，多个固体供料机构6用于对关节机器人10夹持的奶茶投放饼干、坚果颗粒、干果颗粒，多个固体供料机构6可以采用现有的齿轮推进式、螺旋推进式或者摆动挖料时均可。
47.出杯机构、固体加料区、液体加料区、封杯机8沿关节机器人10的圆周方向依次布置，固体加料区包括供糖机3、出冰机、固体供料机构6和珍珠供料筒12；液体加料区包括多个出料水龙头。关节机器人10从出杯机构抓取奶茶杯并带动奶茶杯依次经过固体加料区、液体加料区，加料完成后送入封杯机8进行自动封杯。按照先固体后液体的加料顺序，能够避免大块固体颗粒放入液体时的液体飞溅，产品制备过程更加清洁卫生，奶茶成分配比更加精确。优选的，固体加料区中供糖机3、出冰机、固体供料机构6和珍珠供料筒12沿关节机器人10的轴向依次设置，按照固体颗粒大小或者是否容易飞溅进行的程度进行加注固体物料，按照出杯机构、固体加料区、液体加料区和封杯机8沿关节机器人10的圆周方向依次布置，能够减少关节机器人本体1001的运动行程，同时加料的顺序更加合理。
48.为了该自动奶茶制作设备更加卫生、安全，主机架1的每个侧面、上端面、下端面设置封板，封板用于将主机架1的内部与外部环境隔离，从而防止灰尘等进入主机架1的内部。主机架1内部靠近封板处设置奶茶成品放置位9和吸管取料位，奶茶成品放置位9用于放置制作完成的奶茶、吸管取料位于奶茶成品放置位9的一侧，奶茶成品放置位9和吸管取料位相邻的封板处开有对应的取杯窗口17和吸管窗口18，取杯窗口17和吸管窗口18的一侧分别设置取杯窗口开合机构16、吸管窗口18开合机构，取杯窗口开合机构16、吸管窗口18开合机构设置在主机架1的内部，取杯窗口开合机构16、吸管窗口18开合机构用于开启或者关闭取杯窗口17、吸管窗口18。当单杯奶茶制作完成后，关节机器人10将封杯后的奶茶放置到奶茶成品放置位9，取杯窗口17和吸管窗口18打开，顾客从取杯窗口17取出奶茶成品放置位9的
奶茶以及从吸管窗口18取出吸管。
49.该自动奶茶制作设备的吸管取料位采用市场上常见的吸管存储设备，方便拿取。
50.为了保证顾客取料的安全，在奶茶成品放置位9靠近封板的两侧放置安全光栅15，安全光栅15用于检测顾客是否伸入取奶茶，取杯窗口开合机构16根据安全光栅15的检测结果控制取杯窗口17开启或者关闭。
51.该自动奶茶制作设备还包括互动显示屏19，互动显示屏19用于展示可供选择的奶茶种类以及口味，互动显示屏19内部集成支付程序以及点单程序、订单处理程序。
52.该自动奶茶制作设备的奶茶自动制备流程，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：根据订单处理程序的处理结果，转化成关节机器人10可以识别的订单信息；步骤2：关节机器人10获取到新的订单，开始从初始位置关节运动到相应取杯点，自动落杯器开始落杯，关节机器人10夹持纸杯；步骤3：关节机器人10夹取到杯子后，根据订单详情判断需要添加的原料，依次运动到相应的固体原料供应机构等待落料；步骤4：关节机器人10运动到液体加料区，对奶茶杯注入相应液体；步骤5：奶茶制备完成后放置到奶茶成品放置位9，互动显示屏19显示制备完成通知顾客取走奶茶，同时关节机器人10运动返回至起始点。
53.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际结构可以有多种方式和变化。凡在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施实例，均属于本发明的保护范围。