烹飪機(jī)器人鍋具示教信息獲取及運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃.pdf

1、烹飪機(jī)器人的用途是實(shí)現(xiàn)中餐烹飪,它通過(guò)一系列依時(shí)間先后順序連續(xù)執(zhí)行的機(jī)械動(dòng)作來(lái)完成菜肴烹制,包括在合適的時(shí)間使用合適的烹調(diào)方法,以及在合適的時(shí)間添加合適的主料或輔料等。烹飪機(jī)器人的鍋具運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是其最主要也是最復(fù)雜的機(jī)構(gòu),烹飪機(jī)器人主要通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)諸如“炒”、“燒”等中餐烹調(diào)方法。設(shè)計(jì)鍋具運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械動(dòng)作即是設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,從而使機(jī)構(gòu)的末端--鍋具能夠通過(guò)其運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)給定烹調(diào)方法所規(guī)定的要求,然而由于鍋具運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的自由度有限以及

2、鍋具運(yùn)動(dòng)空間的限制,鍋具運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)還無(wú)法直接模仿人手部動(dòng)作,因此還不能從機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解角度進(jìn)行鍋具運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械動(dòng)作設(shè)計(jì)。
　　 本文研究的目的是通過(guò)示教的途徑利用示教者于真實(shí)的烹飪環(huán)境中產(chǎn)生的鍋具運(yùn)動(dòng)示教信息來(lái)設(shè)計(jì)鍋具運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械動(dòng)作,它的意義在于:1)機(jī)械動(dòng)作設(shè)計(jì)是有依據(jù)的；2)鍋具運(yùn)動(dòng)示教信息承載有示教者的烹飪技藝；3)示教是一次完成的,它可以節(jié)約設(shè)計(jì)成本,特別是原材料成本；4)示教者可以對(duì)多種類型的鍋具運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)示

3、教。這一研究是作者在深期間以深圳市繁興科技有限公司生產(chǎn)的BS-A型烹飪機(jī)器人為示教對(duì)象并在該公司資助下完成的,所獲得的成果如下:
　　 1、設(shè)計(jì)了一種基于慣性技術(shù)和超聲波技術(shù)的鍋具運(yùn)動(dòng)位置和姿態(tài)測(cè)量裝置。該裝置在利用慣性技術(shù)測(cè)量鍋具運(yùn)動(dòng)過(guò)程中姿態(tài)變化時(shí),并不采用目前應(yīng)用的諸如擴(kuò)展卡爾曼算法等慣性傳感器和地磁傳感器數(shù)據(jù)融合算法,轉(zhuǎn)而采用REQUEST算法對(duì)慣性傳感器等數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,從而降低了加速度計(jì)因同時(shí)測(cè)量鍋具線加速度而造成的影

4、響；在利用超聲波技術(shù)測(cè)量鍋具運(yùn)動(dòng)過(guò)程中位置變化時(shí),該裝置可以結(jié)合每一時(shí)刻測(cè)得的鍋具姿態(tài)得到該時(shí)刻鍋具上超聲波傳感器附近任意點(diǎn)相對(duì)于某一全局坐標(biāo)系的位置。
　　 2、設(shè)計(jì)了一種能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出示教者示教過(guò)程中具有確定意圖的握有鍋具的手部動(dòng)作的種類以及每種動(dòng)作發(fā)生的起止時(shí)刻的方法。這一方法首先將上述識(shí)別過(guò)程轉(zhuǎn)化為在一條2維曲線上搜索代表待識(shí)別動(dòng)作的曲線段(稱為曲線類型)的過(guò)程,而后將這條2維曲線分割為一系列的曲線片段與曲線類型進(jìn)行比

5、較,這事實(shí)上已經(jīng)成為2維曲線識(shí)別問(wèn)題。論文設(shè)計(jì)并比較了四種曲線識(shí)別方法,即基于曲線彎曲角特征和基于曲線對(duì)重心距離特征的模板匹配方法以及基于上述兩種特征的的模型匹配方法,其中所采用的模型為隱馬爾可夫模型,并且每種曲線特征采用了不同的隱馬爾可夫模型形式。實(shí)驗(yàn)表明基于曲線對(duì)重心距離特征的模型匹配方法在識(shí)別精度上是最優(yōu)的,雖然其識(shí)別時(shí)間是最長(zhǎng)的。
　　 3、提出了一種基于離散元的鍋具運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械動(dòng)作編制方法。這一方法以離散元作為工具建