基于越疆機(jī)器人的智慧早餐機(jī)設(shè)計(jì)

摘 要：隨著生活節(jié)奏的加快，人們?cè)絹碓街匾曉绮偷目旖菖c營養(yǎng)均衡。該研究基于越疆DOBOT機(jī)器人并輔以機(jī)器視覺技術(shù)，旨在設(shè)計(jì)并開發(fā)一款智慧早餐機(jī)，配有相應(yīng)的智能早餐助手機(jī)器人系統(tǒng)。該早餐機(jī)能夠?yàn)橛脩籼峁┛焖?、健康且美味的早餐解決方案，以及更智能化的早餐服務(wù)。智能早餐機(jī)器人是一種融合人工智能技術(shù)的智能家居產(chǎn)品，系統(tǒng)安全、高效、質(zhì)量可靠，能夠與人進(jìn)行協(xié)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)蒸煮雞蛋、熱牛奶等功能。該智慧早餐機(jī)在確保食品安全的同時(shí)，能顯著提高早餐制作的效率和質(zhì)量;設(shè)備易于操作，清潔方便，并且有助于改善早餐飲食習(xí)慣。該研究不僅推動(dòng)智能廚電的創(chuàng)新發(fā)展，而且為現(xiàn)代家庭提供一種符合快節(jié)奏生活方式的早餐新選擇。

關(guān)鍵詞：越疆機(jī)器人;智慧早餐機(jī);機(jī)器人視覺;飲食健康;產(chǎn)品設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM925.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）30-0020-04

Abstract： As the pace of life accelerates， people pay more and more attention to the speed and balanced nutrition of breakfast. The research is based on the DOBOT supplemented by machine vision technology. It aims to design and develop a smart breakfast machine equipped with a corresponding smart breakfast assistant robot system. It can provide users with fast， healthy and delicious breakfast solutions， as well as smarter breakfast services. The smart breakfast robot is a smart home product that integrates artificial intelligence technology. The system is safe， efficient and reliable in quality. It can collaborate with people to realize functions such as automatically cooking eggs and hot milk. This smart breakfast machine can significantly improve the efficiency and quality of breakfast making while ensuring food safety; the equipment is easy to operate， convenient to clean， and helps improve their breakfast eating habits. This research not only promotes the innovative development of smart kitchen appliances， but also provides modern families with a new breakfast option that is in line with a fast-paced lifestyle.

Keywords： DOBOT; smart breakfast machine; robot vision; diet health; product design

在行業(yè)發(fā)展初期，由于產(chǎn)品線較為單一且固定，機(jī)器人制造商不得不提供一體化和全方位的服務(wù)。然而，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人民生活質(zhì)量的穩(wěn)步提高，以及文化教育水平的日漸加深，又加之電子產(chǎn)品的集成度日漸飽和，機(jī)器人市場需求將會(huì)持續(xù)增長。隨著智能機(jī)器人現(xiàn)發(fā)展階段逐漸趨于成熟，在今后人類的生活和工業(yè)生產(chǎn)中智能機(jī)器人將會(huì)發(fā)揮更大的作用。

對(duì)于處在當(dāng)下快節(jié)奏生活的新時(shí)代群體，便捷快速成為大多人的首選，便捷的智能家居機(jī)械也將成為市場主流。智能機(jī)器人的推出，將會(huì)給人們空出更多的時(shí)間和精力去完成更好的事情，而不需要將更多的時(shí)間花費(fèi)在一些內(nèi)務(wù)上。越疆機(jī)器人小型且多功能的配置，正好適應(yīng)家居設(shè)備的需求，例如智能早餐機(jī)、智能鏟貓屎等功能讓家居設(shè)備更加便捷。

1 研究背景及意義

為了提升人們的生活質(zhì)量和工作效率，現(xiàn)代社會(huì)不斷追求減少日常生活中的繁瑣事務(wù)和工作場所的不必要麻煩。時(shí)間作為一種寶貴資源，其節(jié)省意味著能夠?yàn)槿藗儙砀嗟男菹ⅰW(xué)習(xí)或娛樂時(shí)間。在這一目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)智能機(jī)器人的技術(shù)革新和開發(fā)變得尤為重要。

智能機(jī)器人的研究與開發(fā)正在向著更加智能化、人性化的方向邁進(jìn)。研究人員致力于探索如何通過創(chuàng)新技術(shù)，打造一個(gè)安全、高效且可靠的人機(jī)協(xié)作系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)不僅需要確保機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時(shí)的安全性，還要提高其完成任務(wù)的效率，同時(shí)保證機(jī)器人在各種環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。

通過這些研究，期望使機(jī)器人能夠更有效地應(yīng)對(duì)與人類安全互動(dòng)的挑戰(zhàn)。這包括識(shí)別和適應(yīng)人類的指令，以及在不同的工作環(huán)境中靈活地部署和調(diào)整自己的行為。例如，在家庭環(huán)境中，智能居家機(jī)器人應(yīng)該能夠理解家庭成員的需求，并能夠在不同的情況下提供幫助，如清潔、照顧老人或兒童，甚至是進(jìn)行簡單的家務(wù)勞動(dòng)。

此外，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能機(jī)器人的應(yīng)用場景也在不斷擴(kuò)展。它們不僅可以在家庭環(huán)境中發(fā)揮作用，還能在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療保健、教育輔導(dǎo)等多個(gè)領(lǐng)域中扮演重要角色。智能機(jī)器人的發(fā)展，將極大地推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的提升和生活質(zhì)量的改善。

總之，通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)優(yōu)化，智能機(jī)器人將更好地服務(wù)于人類社會(huì)，為人們的日常生活和工作帶來便利，節(jié)省寶貴的時(shí)間資源，從而開啟一個(gè)更加智能化、便捷化的未來。

2 研究內(nèi)容

為方便人們?cè)谌粘Ｉ睢⒐ぷ髦?，盡可能地減少麻煩、節(jié)省時(shí)間，對(duì)智能機(jī)器人進(jìn)行創(chuàng)新性的發(fā)展展開研究，通過開發(fā)更加安全、高效、可靠的人機(jī)協(xié)作系統(tǒng)，使配備這些系統(tǒng)的機(jī)器人能夠更有效地應(yīng)對(duì)安全互動(dòng)和靈活部署的挑戰(zhàn)，從而推動(dòng)智能機(jī)器人的發(fā)展，讓智能居家機(jī)器人可更好地為人類服務(wù)。

對(duì)于許多年輕一代的人來說，有如此智能化和便捷性的家居工具無疑是夢寐以求的，且考慮到家中空間一般都比較緊湊，為了節(jié)省空間，選擇了越疆公司占地面積小、使用范圍廣、功能多樣化、可改造強(qiáng)和外表簡潔的魔術(shù)師人工智能套件。由于越疆公司的魔術(shù)師人工智能套件擁有極高的開發(fā)自由性和靈活性，讓這個(gè)機(jī)器人擁有極高的可塑造性。根據(jù)現(xiàn)在的發(fā)展需求和人們的生活發(fā)展需要，首先考慮的是便捷、高效的時(shí)間和成本問題。因此，本文基于越疆機(jī)器人，開發(fā)出了智能早餐助手機(jī)器人。

3 擬解決的問題

近年來，很多人尤其是年輕人，由于工作任務(wù)重、時(shí)間緊，無法有更寬裕的時(shí)間準(zhǔn)備早餐。而多功能早餐機(jī)的問世在一定程度上解決了現(xiàn)代人因故無法吃上早餐的難題。使用多功能早餐機(jī)確實(shí)帶來了很多便利，但仍然需要使用者將食材放入早餐機(jī)中進(jìn)行蒸煮，如果遇到食材種類不同，分放的時(shí)間不同，則操作較為繁瑣，仍然需要花費(fèi)較多的時(shí)間。目前，也有采用桌面機(jī)器人放入早餐機(jī)中進(jìn)行蒸煮的設(shè)計(jì)，但由于食材的形狀不同，而現(xiàn)有機(jī)器人末端抓取裝置較為單一，難以適應(yīng)不同食材的抓取，且由于小型桌面機(jī)器人力量較小，較難夾起體積較大的食材，且較難實(shí)現(xiàn)食材的穩(wěn)定拿放。

本文基于越疆機(jī)器人，利用越疆DOBOT機(jī)器人輔以機(jī)器視覺技術(shù)，研究開發(fā)一套智能早餐助手機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)安全、高效、質(zhì)量可靠，可以人機(jī)協(xié)作，繼而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)蒸煮雞蛋、熱牛奶等工作。解決了早起上班、上學(xué)等沒時(shí)間做早餐的難題。

4 研究設(shè)計(jì)效果

4.1 工作站布局圖

智慧早餐機(jī)工作站布局圖如圖1所示。

4.2 工作站效果圖

根據(jù)大概的布局圖，用3D建模軟件進(jìn)行3D布局，對(duì)項(xiàng)目的整個(gè)工作空間有一個(gè)大概了解，然后進(jìn)行3D建模，在3D軟件中按照平面布局圖搭建工作站。經(jīng)過不斷調(diào)整，使工作空間達(dá)到一個(gè)最為理想的狀態(tài)，在這樣的布局中可以使工作流程最簡便（圖2—圖3）。

4.3 智慧早餐機(jī)工作流程

利用2臺(tái)越疆魔術(shù)師人工智能套件去實(shí)現(xiàn)智能早餐小助手的功能，圖2、圖3中機(jī)器人A實(shí)現(xiàn)操作蒸蛋器部分，機(jī)器人B實(shí)現(xiàn)食物運(yùn)送的部分（機(jī)器人A左，機(jī)器人B右）。在機(jī)器啟動(dòng)后，機(jī)器人就會(huì)以如圖4所示的流程圖描述的流程進(jìn)行工作。

4.4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

搭建好工作站后，根據(jù)所設(shè)想的工作流程去編寫程序。經(jīng)過不斷地調(diào)試程序和簡化工作流程，對(duì)項(xiàng)目的功能進(jìn)行優(yōu)化。最終編寫出一套能夠流暢運(yùn)行且工作流程最為簡便的程序。

4.4.1 操作蒸蛋器部分的程序

機(jī)器人A實(shí)現(xiàn)操作蒸蛋器部分時(shí)的程序，如圖5所示。

4.4.2 操作食物運(yùn)送部分的程序

機(jī)器人B實(shí)現(xiàn)食物運(yùn)送部分時(shí)的程序，如圖6所示。

5 智慧早餐機(jī)的應(yīng)用價(jià)值

智慧早餐機(jī)的研發(fā)具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。

在學(xué)術(shù)方面，該研究將應(yīng)用人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)，探索早餐服務(wù)優(yōu)化和個(gè)性化推薦的研究方法，為餐飲服務(wù)行業(yè)和校園食堂管理提供了有益的探索和實(shí)踐。

在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益方面，進(jìn)一步闡述了自動(dòng)夾取設(shè)備在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)方面的價(jià)值。

從經(jīng)濟(jì)角度來看，該設(shè)備可以大幅降低早餐準(zhǔn)備的成本，減少人力投入和時(shí)間消耗，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)營利潤。同時(shí)，設(shè)備的智能化和自動(dòng)化特點(diǎn)也有助于減少人為操作引起的錯(cuò)誤和浪費(fèi)，提高資源利用率。

從社會(huì)角度來看，自動(dòng)夾取設(shè)備能夠?yàn)槿藗兲峁└憬?、高效的早餐服?wù)，減少人們忙碌生活中的繁瑣工作，提升生活質(zhì)量。尤其對(duì)于學(xué)生、上班族、老年人等時(shí)間緊張或身體不便的人群，這樣的設(shè)備能夠?yàn)樗麄儙砀嗟谋憷褪孢m。

目前，智慧早餐機(jī)器人的研究雖然仍存在一定的局限性，例如機(jī)器人的制作能力和菜品種類有限，需要不斷拓展和優(yōu)化。同時(shí)，機(jī)器人的安全性和穩(wěn)定性也需要進(jìn)一步提升，避免出現(xiàn)意外情況。

6 目前存在的局限性及技術(shù)基礎(chǔ)

專利申請(qǐng)過程中也對(duì)自動(dòng)夾取設(shè)備存在的不足和問題進(jìn)行了說明。例如，對(duì)于某些特殊形狀或質(zhì)地的食材，夾取的精確性和穩(wěn)定性可能會(huì)受到一定限制。此外，設(shè)備的成本和維護(hù)保養(yǎng)也是需要考慮的因素。

需進(jìn)一步研究的問題：自動(dòng)夾取設(shè)備在技術(shù)和應(yīng)用方面仍需進(jìn)一步研究。例如，如何進(jìn)一步提升夾取精確度和穩(wěn)定性，如何應(yīng)對(duì)不同形狀和特性的食材，如何降低設(shè)備成本和提高可持續(xù)性等方面都需要進(jìn)行深入的研究和探索。

通過對(duì)自動(dòng)夾取設(shè)備的專利申請(qǐng)，使得智慧早餐小助手項(xiàng)目中的創(chuàng)新和技術(shù)突破得到了充分保護(hù)。該專利的獲得將為項(xiàng)目的推廣和商業(yè)化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供了有力的支持和借鑒。

7 結(jié)束語

智慧早餐機(jī)系統(tǒng)擁有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力，這意味著在產(chǎn)品的后期階段，能夠根據(jù)用戶反饋和市場需求，進(jìn)行必要的功能改進(jìn)和系統(tǒng)調(diào)試。通過使用C#這種強(qiáng)大的編程語言，可以開發(fā)出更加高效、便捷的功能，以滿足用戶的需求。

為了進(jìn)一步提升用戶體驗(yàn)，計(jì)劃開發(fā)一款專門的App軟件。這款軟件將充分考慮到用戶的作息習(xí)慣，使得用戶在早上醒來時(shí)，只需通過手機(jī)一鍵操作，便能啟動(dòng)機(jī)器人早餐小助手系統(tǒng)。這樣，用戶無須花費(fèi)過多時(shí)間和精力，就能快速享受到一份營養(yǎng)均衡、健康的早餐。

在未來的發(fā)展中，還將深入研究如何使早餐服務(wù)更加智能化、便捷化、健康化。這包括對(duì)食物的選擇、烹飪方式、營養(yǎng)搭配等方面的研究和優(yōu)化，以確保提供的早餐不僅美味，而且符合健康飲食的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，也將關(guān)注機(jī)器人的安全性和穩(wěn)定性問題。機(jī)器人在日常使用中可能會(huì)遇到各種意外情況，因此，需要確保機(jī)器人在各種情況下都能穩(wěn)定運(yùn)行，不會(huì)對(duì)用戶造成任何安全隱患。

此外，還將重視機(jī)器人的用戶體驗(yàn)和滿意度。通過收集用戶反饋，分析用戶行為，不斷優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的用戶黏性，從而提升產(chǎn)品的市場競爭力。總體來說，智慧早餐機(jī)系統(tǒng)將在保持其強(qiáng)大擴(kuò)展性的同時(shí)，不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，以提供更加智能、便捷、健康的早餐服務(wù)，滿足用戶的需求，提升用戶的生活質(zhì)量。

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第一作者簡介：楊春英（1981-），女，碩士，講師。研究方向?yàn)闄C(jī)器人技術(shù)、信息與計(jì)算科學(xué)。