CN113616076A - 泡茶机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种泡茶机器人，包括：载具；机械臂，设置在载具上，机械臂包括多个可转动连接的驱动轴；主控箱，与载具相连接，主控箱中设有驱动机械臂的电机组件；传动组件，连接电机组件和机械臂的驱动轴，以驱动机械臂的驱动轴。本发明所提供的泡茶机器人，主控箱中设有驱动机械臂的多个电机组件，多个电机组件与多个驱动轴一一对应地相连，用于分别控制多个驱动轴；进一步地，通过传动组件连接电机组件和机械臂的驱动轴，电机组件通过传动组件间接地控制机械臂运动，无需将电机组件设置在机械臂中，通过将多个电机组件集中设置在主控箱中，有效地减轻了机械臂的重量和体积，从而降低了对电机、减速器的性能要求。

Description

泡茶机器人

技术领域

本发明涉及自动泡茶设备技术领域，具体而言，涉及一种泡茶机器人。

背景技术

泡茶机器人的应用场景为家庭，茶馆，以及众多餐饮场所里提供中式泡茶的场合。现阶段市面上暂时没有具有自动泡茶功能的产品销售，仅有实现相应功能的机器作概念演示。但是，作概念演示的机器一般选用轻载多轴工业机械臂作泡茶功能演示，其泡茶操作动作平稳、优雅，但价格高昂，仅仅适于展示以供人欣赏，不适合作为家电产品或者消费电子产品的技术方案；或是选用舵机拼装而成的简单样机，价格低廉，但其动作生硬，外观简陋，噪声较大，可实现的功能较少。采用机械臂来代替人手完成泡茶工作是一个较好的选择，但是，常见的机械臂设计中，驱动电机分布于被驱动关节附近，导致机械臂的重量过大，相应地对于驱动电机的扭矩要求也较高，需要采用高性能电机与精密减速器，造成产品的成本高，不适于批量生产。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的第一个方面在于，提供了一种泡茶机器人。

有鉴于此，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种泡茶机器人，包括：载具；机械臂，设置在载具上，机械臂包括多个可转动连接的驱动轴；主控箱，与载具相连接，主控箱中设有驱动机械臂的电机组件；传动组件，连接电机组件和机械臂的驱动轴，以驱动机械臂的驱动轴。

本发明所提供的泡茶机器人包括载具、机械臂、主控箱和传动组件，其中机械臂设置在载具上并包括多个可转动连接的驱动轴，主控箱与载具相连接，主控箱中设有驱动机械臂的电机组件，具体地，主控箱可以设置在载具的下方，合理地利用了载具下方的空间，并可以起到支撑载具的作用，主控箱中设有多个电机组件，多个电机组件与多个驱动轴一一对应地相连，用于分别控制多个驱动轴；进一步地，通过传动组件连接电机组件和机械臂的驱动轴，电机组件通过传动组件间接地控制机械臂运动，无需将电机组件设置在机械臂中，通过将多个电机组件集中设置在主控箱中，有效地减轻了机械臂的重量和体积，从而降低了对电机、减速器的性能要求。本发明所提供的自动泡茶机器人，通过具有多个驱动轴的机械臂代替人手完成泡茶操作，实现洗茶具、添加茶叶、洗茶叶、注热水泡茶、倒茶、端茶、添茶、换茶叶等全自动泡茶服务，实现泡茶服务的全自动化，消除日常泡茶人员的重复、枯燥操作，降低了人工成本，并且，有针对性地设计轻量化的机械臂，消除了采用高性能电机与精密减速器的需求，降低了产品的总体成本。

另外，本发明提供的上述技术方案中的泡茶机器人还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，进一步地，传动组件包括：多个嵌套式传动轴组件，设置在驱动轴中，嵌套式传动轴组件位于相邻的两个驱动轴的连接处；传动带，连接多个嵌套式传动轴和电机组件。

在该技术方案中，传动组件包括多个嵌套式传动轴组件和传动带，嵌套式传动轴组件设置在驱动轴中，且位于相邻的两个驱动轴的连接处，通过在相邻的两个驱动轴的连接处设置嵌套式传动轴组件，从而能够在同一组相邻的两个驱动轴的连接处传递多个扭矩，而无需在每一个驱动轴中设置电机组件，有利于实现电机组件的集中布置。进一步地，传动带连接嵌套式传动轴和电机组件，使得电机组件转动时能够通过传动带转动嵌套式传动轴组件转动，进而带动驱动轴运动，传动带还可以连接在多个嵌套式传动轴组件之间，使得多个嵌套式传动轴组件都能够在电机组件的带动下转动，从而使得多个驱动轴都能够运动，实现机械臂的多自由度运动。具体地，传动带可以为同步带和/或钢丝绳。

在上述任一技术方案中，进一步地，嵌套式传动轴组件包括：多个传动轴，多个传动轴的直径不同，多个传动轴按照直径由小至大依次由内至外套设，多个传动轴中的任一个传动轴内设有空腔，多个传动轴中的每一个传动轴能够单独转动；传动带与多个传动轴中的任一个相连接，以带动多个传动轴中的任一个传动轴转动。

在该技术方案中，嵌套式传动轴组件包括多个传动轴，多个传动轴中的任一个传动轴均与传动带相连接，并在传动带的带动下能够单独转动，也即，一个嵌套式传动组件的多个传动轴在转动时互不影响，使得每一个传动轴可以与不同位置的嵌套式传动轴组件或电机组件相连接，在转动时可以驱动不同位置的驱动轴运动，实现了机械臂的多自由度运动。具体地，嵌套式传动轴组件的多个传动轴的直径不同，多个传动轴按照直径由小至大依次由内至外套设，也即，位于内层的传动轴直径较小，位于外层的传动轴直径较大，多个传动轴中的任一个传动轴内设有空腔，内层的传动轴位于外层的传动轴的空腔中，实现多层传动轴的嵌套组装。可以理解的是，位于最内层的传动轴的空腔可以用于容纳水路管道等零部件，使得水路管道可以从主控箱中伸出，沿机械臂的内部空隙和嵌套式传动轴组件的中心处的空腔延伸，直至热水出水口，使热水能直接注入茶具中。

在上述任一技术方案中，进一步地，嵌套式传动轴组件还包括：轴承，设置在相邻的两层传动轴之间，轴承的外壁与位于外层的传动轴相连，轴承的内壁与位于内层的传动轴相连，以使相邻的两层传动轴能够单独转动。

在该技术方案中，述嵌套式传动轴组件还包括设置在相邻的两层传动轴之间的轴承，轴承的外壁与位于外层的传动轴相连，轴承的内壁与位于内层的传动轴相连，以使相邻的两层传动轴能够单独转动，通过设置轴承，能够减小相邻的两层传动轴之间的摩擦力，使得每层传动轴能够单独转动，且转动顺畅。具体地，轴承固定安装于外层传动轴的内壁上，内层传动轴伸入到轴承孔中，实现内层传动轴和外层传动轴之间的嵌套，使得各传动轴转动时相互不影响。

在上述任一技术方案中，进一步地，机械臂包括依次相连的第一驱动轴、第二驱动轴、第三驱动轴、第四驱动轴和第五驱动轴，第一驱动轴与载具相连接；第一驱动轴与载具的连接处形成第一关节，第一驱动轴与第二驱动轴的连接处形成第二关节，第二驱动轴与第三驱动轴的连接处形成第三关节，第三驱动轴与第四驱动轴的连接处形成第四关节，第四驱动轴与第五驱动轴的连接处形成第五关节；嵌套式传动轴组件至少设置在第二关节、第三关节和第四关节处。

在该技术方案中，机械臂包括依次相连的第一驱动轴、第二驱动轴、第三驱动轴、第四驱动轴和第五驱动轴，其中，第一驱动轴与载具相连接，也即，机械臂的多个驱动轴由靠近载具的一端至远离载具的一端依次为第一驱动轴至第五驱动轴，第一驱动轴与载具的连接处形成第一关节，第一驱动轴能够相对于载具转动，第一驱动轴与第二驱动轴的连接处形成第二关节，第二关节转动时能够带动第二驱动轴运动，第二驱动轴与第三驱动轴的连接处形成第三关节，第三关节转动时能够带动第三驱动轴运动，第三驱动轴与第四驱动轴的连接处形成第四关节，第四关节转动时能够带动第四驱动轴运动，第四驱动轴与第五驱动轴的连接处形成第五关节，第五关节转动时能够带动第五驱动轴运动，实现机械臂的多自由度运动。进一步地，嵌套式传动轴组件至少设置在第二关节、第三关节和第四关节处，使得第二关节、第三关节和第四关节的位置均能够传递多个扭矩，从而通过第二关节在操控第二驱动轴运动的同时，还可以间接地操控位于其远端的第三驱动轴、第四驱动轴和第五驱动轴，同样地，通过第三关节在操控第三驱动轴运动的同时，还可以间接地操控位于其远端的第四驱动轴和第五驱动轴，而通过第四关节在操控第四驱动轴运动的同时，还可以间接地操控位于其远端的第五驱动轴，这样实现了通过嵌套式传动轴组件、传动带以及电机组件的配合，即可间接地控制多个驱动轴运动，无需将电机组件设置在机械臂中，通过将多个电机组件集中设置在主控箱中，有效地减轻了机械臂的重量和体积，从而降低了对电机组件、减速器等的性能要求。

可以理解的是，由于第一驱动轴直接设置在载具上，并能够相对于载具进行转动，可以直接在第一驱动轴的内部设置单体传动轴，并使得单体传动轴与电机组件通过传动带相连接，从而实现第一驱动轴的转动；进一步地，由于第五驱动轴已经位于最远端，也即，第五驱动轴的远端已没有其他需要控制的驱动轴，因此，也可以不在第五关节处设置嵌套式传动轴组件。

可以理解的是，机械臂的第一驱动轴、第二驱动轴、第三驱动轴、第四驱动轴和第五驱动轴，可以被理解为底座、肩、肘、腕、指，通过多个驱动轴的配合就如同通过人身体各部的配合运动完成泡茶操作。

在上述任一技术方案中，进一步地，设置在第二关节处的嵌套式传动轴组件包括四层传动轴；设置在第三关节处的嵌套式传动轴组件包括三层传动轴；设置在第四关节处的嵌套式传动轴组件包括二层传动轴。

在该技术方案中，设置在第二关节处的嵌套式传动轴组件包括四层传动轴，使得第二关节的位置能够传递四个独立的扭矩，从而通过第二关节在操控第二驱动轴运动的同时，还可以间接地操控位于其远端的第三驱动轴、第四驱动轴和第五驱动轴；同样地，设置在第三关节处的嵌套式传动轴组件包括三层传动轴，使得第三关节的位置能够传递三个独立的扭矩，从而通过第三关节在操控第三驱动轴运动的同时，还可以间接地操控位于其远端的第四驱动轴和第五驱动轴；进一步地，设置在第四关节处的嵌套式传动轴组件包括二层传动轴，使得第四关节的位置能够传递两个独立的扭矩，从而通过第四关节在操控第四驱动轴运动的同时，还可以间接地操控位于其远端的第五驱动轴，这样实现了通过嵌套式传动轴组件、传动带以及电机组件的配合，即可间接地控制多个驱动轴运动，无需将电机组件设置在机械臂中，通过将多个电机组件集中设置在主控箱中，有效地减轻了机械臂的重量和体积，从而降低了对电机组件、减速器等的性能要求。

在上述任一技术方案中，进一步地，电机组件的数量为多个，泡茶机器人还包括：滑轮减速装置，滑轮减速装置与多个电机组件中的至少一个相连接。

在该技术方案中，电机组件的数量为多个，多个电机组件均设置在电控箱中，且多个电机组件一一对应地与多个驱动轴相连，从而一一对应地驱动多个驱动轴转动，也即，一个电机组件对应地驱动一个驱动轴运动；滑轮减速装置与多个电机组件中的至少一个相连接，起到降低转速，增加转矩的作用。

具体地，由于第一驱动轴、第二驱动轴和第三驱动轴所受的力和扭矩较大，因此，可以分别在与第一驱动轴、第二驱动轴、第三驱动轴相连接的电机组件处设置减速比较大的滑轮减速装置，例如，具体可以在上述电机组件的输出轴处增加减速比为4:1的滑轮减速机构，当然，滑轮减速机构的减速比不做具体限定，并且，上述多个电机组件处的滑轮装置的减速比可以相同，也可以不同。

可以理解的是，电机组件可以为蜗轮蜗杆减速电机装置，由于第四驱动轴和第五驱动轴所需扭矩较小，因此，可以直接通过减速电机组件的输出轴驱动，当然，也可以在电机组件的输出轴处增加滑轮减速装置，具体减速比可以根据实际需要进行设置。

在上述任一技术方案中，进一步地，泡茶机器人还包括：至少一个茶位，设置在载具上，茶位用于放置茶具；控制器，设置在主控箱中；控制按键，设置在载具上，控制按键与控制器电连接。

在该技术方案中，在载具上设置有至少一个茶位，茶位用于放置茶具，在载具上还设置有至少一个控制按键，在主控箱中设有控制器，控制按键与控制器电连接。具体地，载具上可以设置有多个茶位，茶位的位置固定，各个茶位处设有控制按键，人机互动通过控制按键实现，控制按键的操控模式与对应功能可以按需调整，例如长按控制按键为添加茶位，单击控制按键为要求添茶，双击控制按键为收回杯子等。

在上述任一技术方案中，进一步地，泡茶机器人还包括：至少一个茶位，设置在载具上，茶位用于放置茶具；控制器，设置在主控箱中；语音识别模块，与控制器电连接。

在该技术方案中，在载具上设置有至少一个茶位，茶位用于放置茶具，在载具上还设置有至少一个语音识别模块，在主控箱中设有控制器，语音识别模块与控制器电连接。具体地，载具上可以设置有多个茶位，茶位的位置固定，各个茶位处设有语音识别模块，人机互动通过语音识别模块实现，直接通过识别语音识别模块接收到的语音内容来实现对应功能。

当然，本方案并不局限于此，可以理解的是，用户与泡茶机器人还可以通过智能设备的APP，如智能手机、智能手表等设备的APP，来实现人机互动。

在上述任一技术方案中，进一步地，泡茶机器人还包括：水路管道，设置在主控箱中，水路管道依次穿过第一驱动轴、第二驱动轴、第三驱动轴和第四驱动轴，并与设置在第四驱动轴上的出水口相连通。

在该技术方案中，泡茶机器人还包括设置在主控箱中的水路管道，水路管道依次穿过第一驱动轴、第二驱动轴、第三驱动轴和第四驱动轴，并与设置在第四驱动轴上的出水口相连通，具体地，水路管道从主控箱伸出，沿着机械臂的内部空隙和嵌套传动轴中心处的空腔延伸至第四驱动轴处的出水口，使热水能直接注入茶具中。通过将水路管道集成设置在主控箱中，并在机械臂的内部延伸，使得产品的结构集中，便于日常的清洁维护等，也使得产品美观；进一步地，设置水路管道与位于第四驱动轴上的出水口相连通，使得水路管道中的液体能够直接由第四驱动轴注入到茶具中，实现泡茶、清洗等步骤。具体地，第五驱动轴可以夹起茶具，将出水口设置在第四驱动轴上，便于泡茶机器人在夹起茶具的同时向茶具中注入热水，使得注水位置更加准确，防止热水洒出到茶具外部；当然，也可以不夹起茶具，直接将第四驱动轴移动到指定位置，也即，第四驱动轴的出水口与茶具相对应的位置，直接向茶具中注入热水。

在上述任一技术方案中，进一步地，泡茶机器人还包括：水泵，设置在主控箱中，水泵与水路管道相连；加热装置，设置在主控箱中，加热装置与水路管道相连；电源装置，设置在主控箱中，电源装置用于给水泵、加热装置、电机组件、泡茶机器人的控制器和泡茶机器人的控制按键供电。

在该技术方案中，泡茶机器人还包括水泵、加热装置和电源装置，水泵、加热装置和电源装置均设置在主控箱中，水泵与水路管道相连；加热装置与水路管道相连；电源装置设置在主控箱中，电源装置用于给水泵、加热装置、电机组件、泡茶机器人的控制器和泡茶机器人的控制按键等零部件供电。具体地，加热装置为即热加热模块，能够实现快速加热，减少了等待时间，提升了用户的使用体验。

具体地，控制器可以采用嵌入式控制器，控制器基于廉价嵌入式单片机，大大降低了产品的成本；泡茶机器人还包括电机驱动板，电机组件采用PWM调速控制，控制器对每个电机组件输出两路PWM信号，PWM信号通过电机驱动板后，控制电机组件的正转动与反转，电机组件的转子尾端有增量式旋转编码器，能实现对输出轴转动的伺服控制。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本发明一个实施例提供的泡茶机器人的一个结构示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例提供的泡茶机器人的一个主视图；

图3示出了根据本发明一个实施例提供的泡茶机器人的一个右视图；

图4示出了根据本发明一个实施例提供的泡茶机器人的嵌套式传动轴组件一个部分剖视示意图；

图5示出了根据本发明一个实施例提供的泡茶机器人的一个部分结构示意图；

图6示出了根据本发明一个实施例提供的泡茶机器人的另一个部分结构示意图；

图7示出了根据本发明一个实施例提供的泡茶机器人的一个内部传动带连接结构示意图；

图8示出了根据本发明一个实施例提供的泡茶机器人的一个内部传动带连接结构主视图；

图9示出了根据本发明一个实施例提供的泡茶机器人的一个内部传动带连接结构俯视图。

其中，图1至图9中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

100泡茶机器人，110载具，112茶位，114茶具，120机械臂，121第一驱动轴，122第二驱动轴，123第三驱动轴，124第四驱动轴，125第五驱动轴，126第一关节，127第二关节，128第三关节，129第四关节，130第五关节，140主控箱，142水路管道，144电路管道，146电机组件，150嵌套式传动轴组件，152传动轴(152a第一传动轴，152b第二传动轴，152c第三传动轴，152d第四传动轴)，154空腔，155同步轮，156轴承，158滑轮减速装置；162同步带，164钢丝绳。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述方面、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图9描述根据本发明一些实施例提出的泡茶机器人100。

实施例一

如图1至图3所示，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种泡茶机器人100，包括：载具110；机械臂120，设置在载具110上，机械臂120包括多个可转动连接的驱动轴；主控箱140，与载具110相连接，主控箱140中设有驱动机械臂120的电机组件146；传动组件，连接电机组件146和机械臂120的驱动轴，以驱动机械臂120的驱动轴。

本发明所提供的泡茶机器人100包括载具110、机械臂120、主控箱140和传动组件，其中机械臂120设置在载具110上并包括多个可转动连接的驱动轴，主控箱140与载具110相连接，主控箱140中设有驱动机械臂120的电机组件146，具体地，主控箱140可以设置在载具110的下方，合理地利用了载具110下方的空间，并可以起到支撑载具110的作用，主控箱140中设有多个电机组件146，多个电机组件146与多个驱动轴一一对应地相连，用于分别控制多个驱动轴；进一步地，通过传动组件连接电机组件146和机械臂120的驱动轴，电机组件146通过传动组件间接地控制机械臂120运动，无需将电机组件146设置在机械臂120中，通过将多个电机组件146集中设置在主控箱140中，有效地减轻了机械臂120的重量和体积，从而降低了对电机、减速器的性能要求。本发明所提供的自动泡茶机器人100，通过具有多个驱动轴的机械臂120代替人手完成泡茶操作，实现洗茶具114、添加茶叶、洗茶叶、注热水泡茶、倒茶、端茶、添茶、换茶叶等全自动泡茶服务，实现泡茶服务的全自动化，消除日常泡茶人员的重复、枯燥操作，降低了人工成本，并且，有针对性地设计轻量化的机械臂120，消除了采用高性能电机与精密减速器的需求，降低了产品的总体成本。

实施例二

在上述实施例一的基础上，进一步地，如图4、图7、图8和图9所示，传动组件包括多个嵌套式传动轴组件150和传动带，嵌套式传动轴组件150设置在驱动轴中，且位于相邻的两个驱动轴的连接处，通过在相邻的两个驱动轴的连接处设置嵌套式传动轴组件150，从而能够在同一组相邻的两个驱动轴的连接处传递多个扭矩，而无需在每一个驱动轴中设置电机组件146，有利于实现电机组件146的集中布置。进一步地，传动带连接嵌套式传动轴152和电机组件146，使得电机组件146转动时能够通过传动带转动嵌套式传动轴组件150转动，进而带动驱动轴运动，传动带还可以连接在多个嵌套式传动轴组件150之间，使得多个嵌套式传动轴组件150都能够在电机组件146的带动下转动，从而使得多个驱动轴都能够运动，实现机械臂120的多自由度运动。具体地，传动带可以为同步带162和/或钢丝绳164。

进一步地，如图4所示，嵌套式传动轴组件150包括多个传动轴152，多个传动轴152中的任一个传动轴152均与传动带相连接，并在传动带的带动下能够单独转动，也即，一个嵌套式传动组件的多个传动轴152在转动时互不影响，使得每一个传动轴152可以与不同位置的嵌套式传动轴组件150或电机组件146相连接，在转动时可以驱动不同位置的驱动轴运动，实现了机械臂120的多自由度运动。具体地，嵌套式传动轴组件150的多个传动轴152的直径不同，多个传动轴152按照直径由小至大依次由内至外套设，也即，位于内层的传动轴152直径较小，位于外层的传动轴152直径较大，多个传动轴152中的任一个传动轴152内设有空腔154，内层的传动轴152位于外层的传动轴152的空腔154中，实现多层传动轴152的嵌套组装。可以理解的是，位于最内层的传动轴152的空腔154可以用于容纳水路管道142等零部件，使得水路管道142可以从主控箱140中伸出，沿机械臂120的内部空隙和嵌套式传动轴组件150的中心处的空腔154延伸，直至热水出水口，使热水能直接注入茶具114中。

进一步地，如图4所示，嵌套式传动轴组件150还包括设置在相邻的两层传动轴152之间的轴承156，轴承156的外壁与位于外层的传动轴152相连，轴承156的内壁与位于内层的传动轴152相连，以使相邻的两层传动轴152能够单独转动，通过设置轴承156，能够减小相邻的两层传动轴152之间的摩擦力，使得每层传动轴152能够单独转动，且转动顺畅。具体地，轴承156固定安装于外层传动轴152的内壁上，内层传动轴152伸入到轴承156孔中，实现内层传动轴152和外层传动轴152之间的嵌套，使得各传动轴152转动时相互不影响。

实施例三

在本发明的一个具体实施例中，进一步地，如图1、图2、图3、图5和图6所示，机械臂120包括依次相连的第一驱动轴121、第二驱动轴122、第三驱动轴123、第四驱动轴124和第五驱动轴125，其中，第一驱动轴121与载具110相连接，也即，机械臂120的多个驱动轴由靠近载具110的一端至远离载具110的一端依次为第一驱动轴121至第五驱动轴125，第一驱动轴121与载具110的连接处形成第一关节126，第一驱动轴121能够相对于载具110转动，第一驱动轴121与第二驱动轴122的连接处形成第二关节127，第二关节127转动时能够带动第二驱动轴122运动，第二驱动轴122与第三驱动轴123的连接处形成第三关节128，第三关节128转动时能够带动第三驱动轴123运动，第三驱动轴123与第四驱动轴124的连接处形成第四关节129，第四关节129转动时能够带动第四驱动轴124运动，第四驱动轴124与第五驱动轴125的连接处形成第五关节130，第五关节130转动时能够带动第五驱动轴125运动，实现机械臂120的多自由度运动。进一步地，嵌套式传动轴组件150至少设置在第二关节127、第三关节128和第四关节129处，使得第二关节127、第三关节128和第四关节129的位置均能够传递多个扭矩，从而通过第二关节127在操控第二驱动轴122运动的同时，还可以间接地操控位于其远端的第三驱动轴123、第四驱动轴124和第五驱动轴125，同样地，通过第三关节128在操控第三驱动轴123运动的同时，还可以间接地操控位于其远端的第四驱动轴124和第五驱动轴125，而通过第四关节129在操控第四驱动轴124运动的同时，还可以间接地操控位于其远端的第五驱动轴125，这样实现了通过嵌套式传动轴组件150、传动带以及电机组件146的配合，即可间接地控制多个驱动轴运动，无需将电机组件146设置在机械臂120中，通过将多个电机组件146集中设置在主控箱140中，有效地减轻了机械臂120的重量和体积，从而降低了对电机组件146、减速器等的性能要求。

可以理解的是，如图5和图6所示，由于第一驱动轴121直接设置在载具110上，并能够相对于载具110进行转动，可以直接在第一驱动轴121的内部设置单体传动轴152，并使得单体传动轴152与电机组件146通过传动带相连接，从而实现第一驱动轴121的转动；进一步地，由于第五驱动轴125已经位于最远端，也即，第五驱动轴125的远端已没有其他需要控制的驱动轴，因此，也可以不在第五关节130处设置嵌套式传动轴组件150。

可以理解的是，如图5和图6所示，机械臂120的第一驱动轴121、第二驱动轴122、第三驱动轴123、第四驱动轴124和第五驱动轴125，可以被理解为底座、肩、肘、腕、指，通过多个驱动轴的配合就如同通过人身体各部的配合运动完成泡茶操作。

进一步地，如图4所示，设置在第二关节127处的嵌套式传动轴组件150包括四层传动轴152，使得第二关节127的位置能够传递四个独立的扭矩，从而通过第二关节127在操控第二驱动轴122运动的同时，还可以间接地操控位于其远端的第三驱动轴123、第四驱动轴124和第五驱动轴125；同样地，设置在第三关节128处的嵌套式传动轴组件150包括三层传动轴152，使得第三关节128的位置能够传递三个独立的扭矩，从而通过第三关节128在操控第三驱动轴123运动的同时，还可以间接地操控位于其远端的第四驱动轴124和第五驱动轴125；进一步地，设置在第四关节129处的嵌套式传动轴组件150包括二层传动轴152，使得第四关节129的位置能够传递两个独立的扭矩，从而通过第四关节129在操控第四驱动轴124运动的同时，还可以间接地操控位于其远端的第五驱动轴125，这样实现了通过嵌套式传动轴组件150、传动带以及电机组件146的配合，即可间接地控制多个驱动轴运动，无需将电机组件146设置在机械臂120中，通过将多个电机组件146集中设置在主控箱140中，有效地减轻了机械臂120的重量和体积，从而降低了对电机组件146、减速器等的性能要求。

具体地，如图4所示，图4示出了设置在第二关节127处的嵌套式传动轴组件150的部分剖视示意图，该嵌套式传动轴组件150包括四层传动轴152，具体分别为由内层至外层依次分布的第一传动轴152a、第二传动轴152b、第三传动轴152c、第四传动轴152d，使得第二关节127的位置能够传递四个独立的扭矩，从而通过第二关节127在操控第二驱动轴122运动的同时，还可以间接地操控位于其远端的第三驱动轴123、第四驱动轴124和第五驱动轴125；进一步地，每层传动轴152上可以设置有同步轮155，用于与同步带162配合传动。

实施例四

在上述任一实施例中，进一步地，如图7、图8和图9所示，电机组件146的数量为多个，多个电机组件146均设置在电控箱中，且多个电机组件146一一对应地与多个驱动轴相连，从而一一对应地驱动多个驱动轴转动，也即，一个电机组件146对应地驱动一个驱动轴运动；滑轮减速装置158与多个电机组件146中的至少一个相连接，起到降低转速，增加转矩的作用。

具体地，由于第一驱动轴121、第二驱动轴122和第三驱动轴123所受的力和扭矩较大，因此，可以分别在与第一驱动轴121、第二驱动轴122、第三驱动轴123相连接的电机组件146处设置减速比较大的滑轮减速装置158，例如，具体可以在上述电机组件146的输出轴处增加减速比为4:1的滑轮减速机构，当然，滑轮减速机构的减速比不做具体限定，并且，上述多个电机组件146处的滑轮装置的减速比可以相同，也可以不同。

可以理解的是，电机组件146可以为蜗轮蜗杆减速电机装置，由于第四驱动轴124和第五驱动轴125所需扭矩较小，因此，可以直接通过减速电机组件146的输出轴驱动，当然，也可以在电机组件146的输出轴处增加滑轮减速装置158，具体减速比可以根据实际需要进行设置。

进一步地，如图1、图2和图3所示，在载具110上设置有至少一个茶位112，茶位112用于放置茶具114，在载具110上还设置有至少一个控制按键，在主控箱140中设有控制器，控制按键与控制器电连接。具体地，载具110上可以设置有多个茶位112，茶位112的位置固定，各个茶位112处设有控制按键，人机互动通过控制按键实现，控制按键的操控模式与对应功能可以按需调整，例如长按控制按键为添加茶位112，单击控制按键为要求添茶，双击控制按键为收回杯子等。

进一步地，如图1、图2和图3所示，在载具110上设置有至少一个茶位112，茶位112用于放置茶具114，在载具110上还设置有至少一个语音识别模块，在主控箱140中设有控制器，语音识别模块与控制器电连接。具体地，载具110上可以设置有多个茶位112，茶位112的位置固定，各个茶位112处设有语音识别模块，人机互动通过语音识别模块实现，直接通过识别语音识别模块接收到的语音内容来实现对应功能。

当然，本方案并不局限于此，可以理解的是，用户与泡茶机器人100还可以通过智能设备的APP，如智能手机、智能手表等设备的APP，来实现人机互动。

进一步地，如图1、图2和图3所示，泡茶机器人100还包括设置在主控箱140中的水路管道142，水路管道142依次穿过第一驱动轴121、第二驱动轴122、第三驱动轴123和第四驱动轴124，并与设置在第四驱动轴124上的出水口相连通，具体地，水路管道142从主控箱140伸出，沿着机械臂120的内部空隙和嵌套传动轴152中心处的空腔154延伸至第四驱动轴124处的出水口，使热水能直接注入茶具114中。通过将水路管道142集成设置在主控箱140中，并在机械臂120的内部延伸，使得产品的结构集中，便于日常的清洁维护等，也使得产品美观；进一步地，设置水路管道142与位于第四驱动轴124上的出水口相连通，使得水路管道142中的液体能够直接由第四驱动轴124注入到茶具114中，实现泡茶、清洗等步骤。具体地，第五驱动轴125可以夹起茶具114，将出水口设置在第四驱动轴124上，便于泡茶机器人100在夹起茶具114的同时向茶具114中注入热水，使得注水位置更加准确，防止热水洒出到茶具114外部；当然，也可以不夹起茶具114，直接将第四驱动轴124移动到指定位置，也即，第四驱动轴124的出水口与茶具114相对应的位置，直接向茶具114中注入热水。

进一步地，泡茶机器人100还包括水泵、加热装置和电源装置，水泵、加热装置和电源装置均设置在主控箱140中，水泵与水路管道142相连；加热装置与水路管道142相连；电源装置设置在主控箱140中，电源装置用于给水泵、加热装置、电机组件146、泡茶机器人100的控制器和泡茶机器人100的控制按键等零部件供电。具体地，加热装置为即热加热模块，能够实现快速加热，减少了等待时间，提升了用户的使用体验。

具体地，如图1、图2和图3所示，主控箱140中还设有电路管道144，与电源装置相连接。

具体地，控制器可以采用嵌入式控制器，控制器基于廉价嵌入式单片机，大大降低了产品的成本；泡茶机器人100还包括电机驱动板，电机组件146采用PWM调速控制，控制器对每个电机组件146输出两路PWM信号，PWM信号通过电机驱动板后，控制电机组件146的正转动与反转，电机组件146的转子尾端有增量式旋转编码器，能实现对输出轴转动的伺服控制。

具体实施例

如图1至图9所示，本发明提供了一种全自动泡茶机器人100。泡茶机器人100的应用场景为家庭，茶馆，以及众多餐饮场所里提供中式泡茶的场合。现阶段市面上暂时没有具有自动泡茶功能的产品销售，功能相近的产品为智能烧水机，能为用户不间断地提供热水，其功能包括自动注水，自动烧水，智能保温等，但当用户泡茶时还是需要进行人手操作。本发明所提供的泡茶机器人100能为多个茶位112同时提供智能泡茶服务，包括洗茶具114、添加茶叶、洗茶叶、注热水泡茶、倒茶、端茶、添茶、换茶叶等。

进一步地，泡茶机器人100的关键技术包括：机械部分，常见的机械臂120设计中，电机组件146分布于被驱动关节附近，而本发明的泡茶机器人100的机械臂120中所有的电机组件146均布置于第一驱动轴121附近的主控箱140中，通过同步带162和钢丝绳164把动力传递到相应的驱动轴。此设计能减少机械臂120的重量，减少各驱动轴的扭矩负载，从而降低电机组件146的扭矩要求。

具体地，如图4所示，机械设计中，本发明采用不同直径的传动轴152相互嵌套的设计(也即嵌套式传动轴组件150)，解决了在同一关节(如第一关节126、第二关节127等)处传递多个扭矩的问题，相互嵌套的传动轴152的直径不同，位于内层的传动轴152的直径较小，通过轴承156安装于外层传动轴152的内壁，实现嵌套，各传动轴152转动时相互不影响。

进一步地，采用路径规划算法，根据茶具114的位置及需要完成的服务(倒茶、端茶等动作)，对机械臂120末端(夹爪)在三维空间的运动轨迹进行优化规划，从而实现缩短运动时间，提高服务效率。

进一步地，采用底层电机组件146控制算法，从路径规划计算出各驱动轴的转动角度，基于PID控制算法与机械臂120重力补偿控制算法，实现各电机的运动控制，保证运动平稳性与定位精度。

本发明的泡茶机器人100，如图1、图2和图3所示，采用多轴机械臂120代替人手完成泡茶操作，实现洗茶具114、添加茶叶、洗茶叶、注热水泡茶、倒茶、端茶、添茶、换茶叶等全自动泡茶服务；进一步地，可以实现人机互动，具体地，可以通过控制按键实现人机互动，当然也可以通过手机APP、语音互动等智能形式实现人机互动。

本发明的泡茶机器人100，机械臂120采用轻量化设计，消除了采用高性能电机与精密减速器的需求，机械臂120的本体部分采用钣金生产，主控制器基于廉价嵌入式单片机，实现总体成本为类似功能的工业机器手演示机型的十分之一，甚至更低，大大降低了产品的成本，提升了产品批量生产的可行性。

具体地，如图1、图2和图3所示，本发明所提出的全自动泡茶机器人100主要组成部分包括一只小型5轴机械臂120，安装在载具110上，载具110具体可以为茶桌，主控箱140位于茶桌下方，设有供水、供电接口(也即水路管道142、电路管道144)，若干个茶位112。

茶位112的位置固定，各茶位112设有一个控制按键，人机互动通过控制按键实现，控制按键的模式与对应功能可按需调整，例如长按控制按键为添加茶位112，单击控制按键为要求添茶，双击控制按键为收回杯子等。

进一步地，如图1、图2、图3和图5所示，为了实现自动泡茶功能，需要泡茶机器人100在三维空间的操作范围内移动茶具114，即需要3个自由度；在移动茶具114时，需要保持茶具114处于水平状态，或者在倒茶时的受控倾斜状态，需要1个自由度；另外，取、放茶具114的抓取动作也需要一个自由度，因此，机器人需要具备5个自由度，从近端到远端，各关节分别命名为底座、肩、肘、腕和指(也即，第一关节126、第二关节127、第三关节128、第四关节129和第五关节130)。

各关节均采用一个蜗轮蜗杆减速电机驱动，在前三轴(底座、肩、肘)所受的力和扭矩较大，在电机组件146输出轴处增加减速比为4:1的滑轮减速装置158，后两轴(腕、指)所需要的扭矩较小，直接通过减速电机组件146的输出轴驱动。电机采用PWM调速控制，嵌入式控制器对每个电机输出两路PWM信号，PWM信号通过驱动板后，控制电机的正转动与反转。电机转子尾端有增量式旋转编码器，能实现对输出轴转动的伺服控制。

如图1、图2、图3和图5所示，本发明所提供的泡茶机器人100，机械臂120在肩关节、肘关节、腕关节(也即，第二关节127、第三关节128、第四关节129)处采用嵌套式传动轴组件150结构设计，实现在同一关节处传递多干个驱动扭矩。相互嵌套的传动轴152直径不同，位于内层的传动轴152直径较小，通过轴承156安装于外层传动轴152的内壁，实现嵌套，各传动轴152转动时相互不影响。

进一步地如图7、图8、和图9所示，泡茶机器人100的功能模块还包括，嵌入式控制器，电机驱动板，多个电机组件146，水泵，即热加热模块，及电源模块，均布置于主控箱140内。电机组件146的扭矩通过嵌套的传动轴152及同步带162与钢丝绳164，传递到肩、肘、腕和指等各关节。热水管从主控箱140伸出，沿嵌套传动轴152中心处的空腔154和机械臂120的内部空隙延伸至腕部处的热水出水口，使热水能直接注入茶具114中。

本发明所提供的泡茶机器人100，实现了泡茶服务的全自动化，消除日常泡茶的重复、枯燥操作；并且，有针对性设计的轻量化机械臂120，降低了总体成本；通过采用嵌套式传动轴组件150的设计，实现了在同一关节处传递不同扭矩，有利于实现电机组件146在主控箱140中的集中布置；将电机组件146集中设置在主控箱140中的布局设计，能够有效地减轻机械臂120重量，从而降低对电机组件146、减速器的性能要求；进一步地，从腕部热水出水口直接往茶具114里注水的注水方式，也使得注水位置更加准确，防止热水洒出到茶具114外部。

在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种泡茶机器人，其特征在于，包括：

载具；

机械臂，设置在所述载具上，所述机械臂包括多个可转动连接的驱动轴；

主控箱，与所述载具相连接，所述主控箱中设有驱动所述机械臂的电机组件；

传动组件，连接所述电机组件和所述机械臂的驱动轴，以驱动所述机械臂的驱动轴。

2.根据权利要求1所述的泡茶机器人，其特征在于，所述传动组件包括：

多个嵌套式传动轴组件，设置在所述驱动轴中，所述嵌套式传动轴组件位于相邻的两个所述驱动轴的连接处；

传动带，连接所述多个嵌套式传动轴和所述电机组件。

3.根据权利要求2所述的泡茶机器人，其特征在于，所述嵌套式传动轴组件包括：

多个传动轴，所述多个传动轴的直径不同，所述多个传动轴按照直径由小至大依次由内至外套设，所述多个传动轴中的任一个传动轴内设有空腔，所述多个传动轴中的每一个传动轴能够单独转动；

所述传动带与所述多个传动轴中的任一个相连接，以带动所述多个传动轴中的任一个传动轴转动。

4.根据权利要求3所述的泡茶机器人，其特征在于，所述嵌套式传动轴组件还包括：

轴承，设置在相邻的两层传动轴之间，所述轴承的外壁与位于外层的所述传动轴相连，所述轴承的内壁与位于内层的所述传动轴相连，以使相邻的两层传动轴能够单独转动。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的泡茶机器人，其特征在于，所述机械臂包括依次相连的第一驱动轴、第二驱动轴、第三驱动轴、第四驱动轴和第五驱动轴，所述第一驱动轴与所述载具相连接；

所述第一驱动轴与所述载具的连接处形成第一关节，所述第一驱动轴与所述第二驱动轴的连接处形成第二关节，所述第二驱动轴与所述第三驱动轴的连接处形成第三关节，所述第三驱动轴与所述第四驱动轴的连接处形成第四关节，所述第四驱动轴与所述第五驱动轴的连接处形成第五关节；

所述嵌套式传动轴组件至少设置在所述第二关节、所述第三关节和所述第四关节处。

6.根据权利要求5所述的泡茶机器人，其特征在于，

设置在所述第二关节处的所述嵌套式传动轴组件包括四层传动轴；

设置在所述第三关节处的所述嵌套式传动轴组件包括三层所述传动轴；

设置在所述第四关节处的所述嵌套式传动轴组件包括二层所述传动轴。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的泡茶机器人，其特征在于，所述电机组件的数量为多个，所述泡茶机器人还包括：

滑轮减速装置，所述滑轮减速装置与多个所述电机组件中的至少一个相连接。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的泡茶机器人，其特征在于，所述泡茶机器人还包括：

至少一个茶位，设置在所述载具上，所述茶位用于放置茶具；

控制器，设置在所述主控箱中；

控制按键，设置在所述载具上，所述控制按键与所述控制器电连接。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的泡茶机器人，其特征在于，所述泡茶机器人还包括：

至少一个茶位，设置在所述载具上，所述茶位用于放置茶具；

控制器，设置在所述主控箱中；

语音识别模块，与所述控制器电连接。

10.根据权利要求5所述的泡茶机器人，其特征在于，所述泡茶机器人还包括：

水路管道，设置在所述主控箱中，所述水路管道依次穿过所述第一驱动轴、第二驱动轴、第三驱动轴和第四驱动轴，并与设置在所述第四驱动轴上的出水口相连通。

11.根据权利要求10所述的泡茶机器人，其特征在于，所述泡茶机器人还包括：

水泵，设置在所述主控箱中，所述水泵与所述水路管道相连；

加热装置，设置在所述主控箱中，所述加热装置与所述水路管道相连；

电源装置，设置在所述主控箱中，所述电源装置用于给所述水泵、所述加热装置、所述电机组件、所述泡茶机器人的控制器和所述泡茶机器人的控制按键供电。

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