本发明涉及服务型、售货型及服务型机器人技术领域，特别涉及一种机械手持瓶开盖装置及方法。
背景技术：
在现代生活中，饮料在餐饮服务中不可或缺，其品种繁多，量大面广，是一个非常庞大的市场，各品牌各商家都在激烈竞争。饮料销售无处不在，包括商场、餐厅、娱乐场所及其他各类公共场所等。
传统的饮料销售模式以人工或自助为主，随着自动化技术的发展，销售及供应方式也在不断的变化，已出现了无人售货机等形式。随着机器人技术的普及应用，在餐饮行业中一些商家引入机器人服务作为营销手段，如餐厅中采用机器人送餐饮到台等。另外，还有厂家专门针对奶茶饮料开发无人值守销售设备，采用工业机器人，进行现场调配售卖。
然而，目前在餐饮销售行业中应用的机器人还有比较大的局限性，如上述的两类机器人。其中的一类，送餐饮机器人，实质上只相当于一种人型的agv小车，只能实现按轨道导航送货，功能单一，难以长久吸引消费者。而另一类，无人值守奶茶销售设备，其实质是把一台工业用的机械臂集成到系统中形成自动化设备，在工作时，机械臂手持钢杯，装入奶茶配料，摇匀后倾倒入台面上的塑料杯中，该套设备配料工位多，占地面积大，而且还不属于专用的饮料机器人，因此在市场上的应用并不多，难以得到大范围推广。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种机械手持瓶开盖装置，将该开瓶装置应用于瓶装饮料服务机器人中，可实现瓶装饮料的自动快速开盖，使用方便，自动化程度高。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述装置实现的机械手持瓶开盖方法。
本发明的技术方案为：一种机械手持瓶开盖装置，包括相配合的持瓶手部和开盖手部，持瓶手部和开盖手部分别安装于机器人两侧的手腕关节上，并在手腕关节的驱动下进行翻转动作；持瓶手部上设有抓瓶用的活动夹爪，开盖手部上设有打开瓶盖用的开盖板。其中，持瓶手部主要用于从机器人上接取并夹持瓶装饮料的瓶体，开盖手部充当开盖器，主要用于完成从瓶体上打开瓶盖的动作，通过持瓶手部和开盖手部之间的配合，可实现自动快速开瓶。
所述持瓶手部包括第一手座和活动夹爪，第一手座安装于机器人的一个手腕关节上，第一手座内设有夹爪驱动组件，第一手座的两侧对称设有两个活动夹爪，各活动夹爪的一端伸入第一手座内并与夹爪驱动组件连接。其中，第一手座作为安装基座，其一侧通过法兰盘装配于机器人的手腕关节上，另一侧上安装两个活动夹爪及下述托板。使用时，机器人的手腕关节通过第一手座带动整个持瓶手部进行翻转，在实际应用中，其翻转角度一般为90°，也可根据实际需要进行调整，同时，通过第一手座内的夹爪驱动组件带动两个活动夹爪进行开合动作，以实现对瓶体进行抓取或放开。
所述持瓶手部还包括托板，托板设于两个活动夹爪之间，托板的一端固定安装于第一手座上。托板起到承托瓶体底部的作用。
作为一种优选方案，所述活动夹爪的主体呈弧形板状，活动夹爪与夹爪驱动组件的连接侧为连接于主体一侧上下两端的两个圆盘，圆盘中部设有轴孔，轴孔处通过支轴与第一手座连接；托板位于两个活动夹爪之间的底部，两个活动夹爪和托板三者之间形成包围于瓶体下部的承托空间。该结构活动夹爪及托板所形成的承托空间与瓶体形状相适应，便于稳定地抓取和夹紧瓶体。在实际应用中，根据瓶装饮料所采用的瓶体形状变化，可相应调整两个活动夹爪的形状，使其内侧形状与瓶体相适应。
所述夹爪驱动组件包括伺服电机、主动齿轮和从动齿轮，伺服电机与主动齿轮相连接，主动齿轮与和从动齿轮相啮合，主动齿轮安装于一个活动夹爪端部的圆盘上，从动齿轮安装于另一个活动夹爪端部的圆盘上。使用时，伺服电机驱动主动齿轮转动，主动齿轮带动从动齿轮进行反向转动，从而驱使两个活动夹爪也进行反向转动，实现打开或合拢的动作。
进一步地，所述持瓶手部中，两个活动夹爪相对的内侧分别设有弹性垫片，所增加的弹性垫片可有效提高活动夹爪与瓶体之间的摩擦力，进一步保证抓瓶的稳定性。
所述开盖手部包括第二手座、定爪、开盖座和开盖板，第二手座安装于机器人的另一个手腕关节上，定爪一侧安装于第二手座上，定爪另一侧安装有开盖座，开盖板安装于开盖座上。其中，第二手座作为安装基座，其一侧通过法兰盘装配于机器人的手腕关节上，另一侧上安装定爪，使用时，机器人的手腕关节带动通过第二手座带动开盖手部进行翻转动作，其翻转角度可打开瓶盖即可，在实际应用中，该翻转角度一般小于90°。
所述开盖手部还包括电磁铁，电磁铁安装于开盖座上。通过电磁铁通电产生磁力，从而可对瓶盖产生吸附作用，一方面增加开盖板对瓶盖的卡紧力，另一方面可在瓶盖打开后吸附瓶盖，避免瓶盖掉落，带瓶盖被带至指定位置(如下述瓶盖仓上的集瓶孔处)之后，再通过电磁铁断电，取消对瓶盖的吸附作用，使瓶盖掉落至指定的收集容器中。
所述开盖座底部为开放式槽体，开盖板倾斜设于开放式槽体中，开盖板上设有开盖口。该结构中，开盖口的形状与市面通用开盖器上的通孔形状相同，主要适用于常见的冠型盖开启，根据瓶装饮料的实际情况，也可对该开盖口的形状进行调整，使其与瓶盖结构相适应。
此外，上述机器人上还设有瓶盖仓，瓶盖仓上设有集瓶孔，集瓶孔位于开盖手部下方。
本发明通过上述装置实现一种机械手持瓶开盖方法，具体为：持瓶手部通过其活动夹爪抓取并夹紧瓶装饮料的瓶体后，在机器人的手腕关节带动下进行翻转，直至瓶体处于直立状态；然后开盖手部移动至瓶体上方，并通过开盖板卡住瓶盖进行定位，接着开盖手部在机器人的手腕关节带动下进行翻转，利用开盖板带动瓶盖从瓶体上分离，实现开盖动作。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本机械手持瓶开盖装置及方法是针对瓶装饮料服务机器人而提出的，在机器人提供用户所需的瓶装饮料后，通过持瓶手部和开盖手部之间的配合，可实现自动快速开盖，使用方便而有趣，有利于改善用户体验，提高机器人的市场竞争力。
本机械手持瓶开盖装置中，持瓶手部通过两个活动夹爪之间的开合动作，配合托板的使用，可较好地保证夹持瓶体时的稳定性，避免瓶体滑落；而开盖手部中通过设置带有开盖口的开盖板，可适应目前市面上大多数的瓶盖使用，其应用范围较广；同时，持瓶手部和开盖手部均具有结构简单、灵活性强的特点，有利于降低机器人的制造成本。
附图说明
图1为本机械手持瓶开盖装置应用于机器人时的结构示意图。
图2为持瓶手部的结构示意图。
图3为持瓶手部打开第一手座盖板后的俯视图。
图4为图3的a-a方向所示持瓶手部截面图。
图5为图4的b-b方向所示持瓶手部截面图。
图6为单个活动手爪的结构示意图。
图7为开盖手部的结构示意图。
图8为图7所示开盖手部的主视图。
图9为本机械手持瓶开盖装置进行开盖的原理示意图。
上述各图中，各附图标记所示部件如下：1为机器人，2为持瓶手部，2-1为第一手座，2-2为活动夹爪，2-3为托板，2-4为驱动电机，2-5为主动齿轮，2-6为从动齿轮，2-7为圆盘，2-8为支轴，3为开盖手部，3-1为第二手座，3-2为定爪，3-3开盖座，3-4为开盖板，3-5为电磁铁，4为出瓶孔。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例一种机械手持瓶开盖装置，如图1所示，包括相配合的持瓶手部2和开盖手部3，持瓶手部和开盖手部分别安装于机器人1两侧的手腕关节上，并在手腕关节的驱动下进行翻转动作；持瓶手部上设有抓瓶用的活动夹爪，开盖手部上设有打开瓶盖用的开盖板。其中，持瓶手部主要用于从机器人上接取并夹持瓶装饮料的瓶体，开盖手部充当开盖器，主要用于完成从瓶体上打开瓶盖的动作，通过持瓶手部和开盖手部之间的配合，可实现自动快速开瓶。
本实施例中，机器人右手为持瓶手部，用于夹取和握持瓶体，机器人左手为开盖手部，充当开盖器，与右手配合，开启瓶装饮料的冠形盖。各手部的具体结构如下：
如图2所示，持瓶手部主要由第一手座2-1、活动夹爪2-2、托板2-3等组成。如图3～图5所示，第一手座内部装配有伺服电机2-4和齿轮装置(包括相啮合的主动齿轮2-5和从动齿轮2-6)，可驱动一对活动夹爪进行开合动作，从而夹紧或松开瓶体。托板固定装配在第一手座下部，处于两个活动夹爪中间。两个活动夹爪夹持瓶体时，瓶底被托板承托，即使夹爪松开，瓶体也能稳固的置于其上，不会滑落，方便消费者取瓶。其中，单个活动夹爪的结构如图6所示，其一侧为上下分布的两个圆盘2-7，各圆盘通过支轴2-8与第一手座连接。右手通过第一手座背面的法兰盘装配在机器人的右手腕关节上，当右腕关节旋转时，可带动持瓶手部整体转位。
如图6或图7所示，开盖手部主要由第二手座3-1、定爪3-2、开盖座3-3、开盖板3-4、电磁铁3-5等组成。定爪是一个刚性架体，固定安装在第二手座上，其前部的矩形缺口嵌入开盖座并通过螺钉紧固。
开盖座是一个长方体零件，下部加工有矩形槽，槽中间嵌入开盖板，开盖板倾斜一定角度设置，如图7所示。开盖板与通常使用的冠形盖开盖器一样，中间的加工有开盖口，可配合瓶口的冠形盖并顺利撬开。开盖座的上方装配有一个圆柱形电磁铁，用于吸紧脱离瓶口的瓶盖。左手通过第二手座背面的法兰盘装配在机器人的左手腕关节上。当左手腕关节旋转时，可带动开盖手部整体转位。
通过上述装置实现的机械手持瓶开盖方法，如图9所示，其具体过程如下：
(1)机器人右手(即持瓶手部)和左手(即开盖手部)处于初始位置，右手上的活动手爪合拢中心正对机器人上的出瓶孔4，当瓶装饮料被推出至机器人体外后，向前滑行进入机器人右手的活动手爪内，直至瓶底触碰托板。其后，右手内部的伺服电机通过主动齿轮和从动齿轮驱动两个活动手爪进一步合拢至夹紧瓶体。
(2)机器人的右手腕关节旋转，驱动右手转位90°，使瓶体直立。
(3)机器人的左手移动至瓶体上方，同时左手腕关节旋转，驱动左前臂向内摆动一定角度，使左手上的开盖座的矩形槽套入瓶颈，开盖板卡入瓶盖，实现定位。
(4)左手腕关节旋转，带动左手转位(如图9所示为逆时针方向)，其内的开盖板撬起瓶盖，与此同时，开盖座上的电磁铁通电，吸紧脱离瓶口的瓶盖。
(5)左手带动瓶盖离开瓶体后，电磁铁失电，使瓶盖失去电磁吸合力而跌落收集；与此同时，左手将已开盖的瓶体送出。
完成上述工作后，机器人的左手、右手复位，等待下一个工作指令。
实施例2
本实施例一种机械手持瓶开盖装置，与实施例1相比较，其不同之处在于：持瓶手部中，两个活动夹爪相对的内侧分别设有弹性垫片，所增加的弹性垫片可有效提高活动夹爪与瓶体之间的摩擦力，进一步保证抓瓶的稳定性。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
1.一种机械手持瓶开盖装置，其特征在于，包括相配合的持瓶手部和开盖手部，持瓶手部和开盖手部分别安装于机器人两侧的手腕关节上，并在手腕关节的驱动下进行翻转动作；持瓶手部上设有抓瓶用的活动夹爪，开盖手部上设有打开瓶盖用的开盖板。
2.根据权利要求1所述一种机械手持瓶开盖装置，其特征在于，所述持瓶手部包括第一手座和活动夹爪，第一手座安装于机器人的一个手腕关节上，第一手座内设有夹爪驱动组件，第一手座的两侧对称设有两个活动夹爪，各活动夹爪的一端伸入第一手座内并与夹爪驱动组件连接。
3.根据权利要求2所述一种机械手持瓶开盖装置，其特征在于，所述持瓶手部还包括托板，托板设于两个活动夹爪之间，托板的一端固定安装于第一手座上。
4.根据权利要求3所述一种机械手持瓶开盖装置，其特征在于，所述活动夹爪的主体呈弧形板状，活动夹爪与夹爪驱动组件的连接侧为连接于主体一侧上下两端的两个圆盘，圆盘中部设有轴孔，轴孔处通过支轴与第一手座连接；托板位于两个活动夹爪之间的底部，两个活动夹爪和托板三者之间形成包围于瓶体下部的承托空间。
5.根据权利要求4所述一种机械手持瓶开盖装置，其特征在于，所述夹爪驱动组件包括伺服电机、主动齿轮和从动齿轮，伺服电机与主动齿轮相连接，主动齿轮与和从动齿轮相啮合，主动齿轮安装于一个活动夹爪端部的圆盘上，从动齿轮安装于另一个活动夹爪端部的圆盘上。
6.根据权利要求3所述一种机械手持瓶开盖装置，其特征在于，所述持瓶手部中，两个活动夹爪相对的内侧分别设有弹性垫片。
7.根据权利要求1所述一种机械手持瓶开盖装置，其特征在于，所述开盖手部包括第二手座、定爪、开盖座和开盖板，第二手座安装于机器人的另一个手腕关节上，定爪一侧安装于第二手座上，定爪另一侧安装有开盖座，开盖板安装于开盖座上。
8.根据权利要求7所述一种机械手持瓶开盖装置，其特征在于，所述开盖手部还包括电磁铁，电磁铁安装于开盖座上。
9.根据权利要求7所述一种机械手持瓶开盖装置，其特征在于，所述开盖座底部为开放式槽体，开盖板倾斜设于开放式槽体中，开盖板上设有开盖口。
10.根据权利要求1～9任一项所述装置实现一种机械手持瓶开盖方法，其特征在于，持瓶手部通过其活动夹爪抓取并夹紧瓶装饮料的瓶体后，在机器人的手腕关节带动下进行翻转，直至瓶体处于直立状态；然后开盖手部移动至瓶体上方，并通过开盖板卡住瓶盖进行定位，接着开盖手部在机器人的手腕关节带动下进行翻转，利用开盖板带动瓶盖从瓶体上分离，实现开盖动作。
技术总结