BRPI0806923A2

BRPI0806923A2 - Máquina autônoma de distribuição de comida e bebida

Info

Publication number: BRPI0806923A2
Application number: BRPI0806923-9A
Authority: BR
Inventors: Christian Jarisch; Nicola Tomatis; Lucio Scorrano
Original assignee: Nestec Sa
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2008-01-17
Publication date: 2014-04-29
Also published as: WO2008087171A1; AU2008206910A1; US20100100241A1; JP5520607B2; US8509947B2; NO20092862L; CN101594809B; ATE546077T1; ES2380807T3; EP1946684B1; CN101594809A; HK1119384A1; RU2009131459A; PT1946684E; JP2010517875A; EP1946684A1; CA2672321A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÁQUINA AUTÔNOMA DE DISTRIBUIÇÃO DE COMIDA E BEBIDA".

A presente invenção refere-se à produção de bebidas ou comes- tíveis líquidos com base em um líquido, tais como, por exemplo, água ou leite e ingredientes.

Dessa maneira, é o objetivo da presente invenção propor uma tecnologia oferecendo a produção de tais produtos em uma maneira atraen- te.

A invenção propõe uma máquina de café móvel totalmente autô- noma e de preferência completamente embutida com uma ou mais interfa- ces do usuário.

Esse objetivo é realizado por meio dos aspectos das reivindica- ções independentes. As reivindicações dependentes desenvolvem mais a ideia central da invenção.

A invenção propõe um dispositivo robótico móvel autônomo,

compreendendo uma máquina integrada para produzir bebidas ou comestí- veis líquidos.

O dispositivo pode compreender um controlador para a máquina de produção, o controlador sendo conectado em uma interface sem fio proje- tada para receber sinais transmitidos de maneira sem fio capazes de ajustar a operação da máquina de produção.

O dispositivo pode compreender um controlador para a máquina de produção, o controlador sendo conectado em uma interface de usuário manualmente operada para ajustar a operação da máquina de produção.

A interface do usuário pode ser desconectada do robô a fim de

inserir parâmetros externamente.

O dispositivo pode ser equipado com um sistema de navegação autônomo projetado para navegar o robô com base nos sinais de saída de, por exemplo, sensores visuais do robô.

A máquina de produção pode ser completa.

O dispositivo pode compreender um abastecimento de força elé- trica independente. A máquina de produção pode ser projetada para produzir a be- bida ou comestível líquido com base em ingredientes pré-repartidos.

O dispositivo pode ter um recipiente para um estoque de por- ções de ingredientes pré-repartidos.

O dispositivo pode compreender sistema automático de manipu-

lação de xícara e bandeja.

O dispositivo pode compreender um elevador de armazenamen- to de xícara, um pegador de xícara (manipulador de xícara) e um elevador de armazenamento de bandeja, capaz de estocar várias bandejas, enquanto 10 que uma xícara pode ser transferida do elevador de armazenamento de xí- cara para a bandeja superior, a fim de mover a xícara sob a saída de café para a preparação do café.

A invenção também propõe uma interface de usuário baseada na rede para um tal dispositivo, sendo projetada para uma seleção de uma mistura de café, um local de servir e uma hora/data de servir, usando apre- sentação gráfica.

A invenção também propõe uma interface interna para um tal dispositivo, projetada para o pedido de um café diretamente no robô, usando a apresentação gráfica.

Objetivos adicionais, aspectos e vantagens da invenção se tor-

narão evidentes pela descrição detalhada seguinte das modalidades da in- venção, tomada em conjunto com as figuras dos desenhos anexos.

A figura 1 mostra um cenário de aplicação para a presente in- venção,

a figura 2 mostra a base móvel do robô com PC integrado, sen-

sores, baterias e meios de acionamento,

a figura 3 mostra a garrafa de gás para geração de pressão na bomba peristáltica, empurrando a água quente para fora dos dispositivos térmicos, passando através de um fluxímetro e para dentro da unidade de preparação motorizada,

a figura 4 mostra o sistema de saída do café, a figura 5 mostra o sistema de armazenamento de cápsula, a figura 6 mostra o sistema de manipulação e entrega de xícara, as figuras 7 e 8 mostram detalhes do sistema de manipulação e entrega de xícara,

a figura 9 ilustra a operação de suspensão da xícara,

as figuras 10 a 13 ilustram um sistema de bandeja de xícara com

elevador de bandeja,

a figura 14 ilustra a operação do elevador de bandeja, a figura 15 mostra um pegador de xícara, a figura 16 mostra o dispositivo robótico geral,

a figura 17 ilustra a lógica do pedido,

a figura 18 mostra uma interface de usuário separável (PC de bolso, assistente digital pessoal PDA, etc),

a figura 19 mostra a interface do usuário separável em um esta- do conectado ao robô,

a figura 20 mostra uma visão geral do sistema de navegação.

O dispositivo de acordo com a presente invenção é, antes de tudo, um robô tendo a aparência geral como mostrada na figura 16. Ele pode compreender duas partes principais: a base móvel totalmente autônoma co- mo mostrada na figura 2 e uma máquina de bebida completa automática (por 20 exemplo, produção de café), isto é, o robô carrega seus próprios recursos, tais como força elétrica, ingredientes, líquido e força de computação.

Embora veículos guiados autônomos (AGVs) geralmente utili- zem para sua navegação, modificações de ambiente caras e inflexíveis, tais como trilhos de piso ou refletores como faróis, atualmente as abordagens de 25 localização estão prontas para ambientes não modificados, isto é, aspectos naturais. Na realidade, o dispositivo de acordo com a invenção pode ser e- quipado com, por exemplo, sensores visuais (câmeras, etc.), a fim de reco- nhecer o seu ambiente com base em um reconhecimento de padrão dos si- nais de saída dos sensores. O ambiente do robô pode ser previamente pro- 30 gramado e armazenado em uma memória do PC interna. O dispositivo de acordo com a invenção pode agir, dessa maneira, em um cenário de aplica- ção como mostrado na figura 1. A descrição seguinte é separada em quatro partes:

1. Robô e o seu sistema de navegação (base móvel do robô).

2. Máquina de café trabalhando autonomamente com relação ao abastecimento de força elétrica (isto é, sem cabos de força).

3. Sistema de manipulação e entrega de xícara.

4. Interface(s) do usuário.

1. Robô (base móvel)

A base móvel mostrada na figura 2 pode ser um sistema de a- cionamento diferencial executando, por exemplo, o Bluebotics autonomous navigation technology (ANT®) (ver www.bluebotics.com para mais detalhes), sendo um exemplo para um sistema de navegação autônomo.

A tecnologia ANT será agora explicada com referência à figura 20. A navegação é apresentada em três partes: mapa, planejamento e mo- vimento; e localização.

O mapa do ambiente é uma estrutura semelhante a um gráfico

com nós, pontos de interesse que o robô tem que alcançar de modo a exe- cutar uma certa tarefa. Esse gráfico é, portanto, usado para planejamento da trajetória. Além do mais, ele contém a informação sobre todos os aspectos no ambiente. Isso permite calcular qual aspecto está visível a partir da posi- ção atual do robô e usá-lo para localização.

Planejamento da Trajetória e Movimento

ANT® implementa três algoritmos de planejamento de trajetória. Eles funcionam em níveis diferentes de abstração e consideram as leituras do sensor em graus variados. A camada mais superior é o planejador global 25 com base no gráfico. Ela é baseada na estrutura de gráfico acima mencio- nada onde os nós são as localizações de interesse e as bordas representam a capacidade de travessia entre as localizações. O planejador utiliza uma pesquisa de primeira profundidade gerando uma trajetória ótima de compri- mento. Desde que a trajetória é global e nenhuma leitura de sensor é consi- 30 derada, a modificação dinâmica da trajetória não pode ser tratada nesse ní- vel. A segunda camada do planejamento da trajetória usa uma função de navegação em uma grade local ao redor do robô. Isso pode, dessa maneira, considerar as leituras atuais do sensor e não é limitado aos nós do mapa a priori. Entretanto, as trajetórias têm uma geometria muito fraca, consistindo de segmentos lineares que se situam em ângulos que são múltiplos de 45° e eles têm a tendência de roçar em obstáculos. A regularização e a sua adap- 5 tação aos arredores dinâmicos são feitas na terceira camada do planejamen- to da trajetória. Ela é baseada na faixa elástica. O plano inicial evolui para uma curva mais regular (uma lista de pontos de via) contanto que a faixa elástica não "ceda". No caso em que os obstáculos dinâmicos se movem em uma tal maneira que o espaço livre mínimo ao longo da trajetória não possa 10 ser mantido, ou se a trajetória alonga-se além de uma quantidade razoável, o programa é solicitado novamente para reinicializar a trajetória.

O movimento fica sob o controle da tarefa de escape do obstá- culo em tempo real, que é baseada no método da janela dinâmica permitindo considerar os limites acionadores do robô (velocidade que poderia resultar 15 em colisões posteriores não é permitida, comandos de movimento nunca excedem a velocidade do robô ou limites de aceleração). Além do mais, a janela dinâmica considera a forma "exata" do robô como representado por um polígono convexo.

Em vez de usar a distância percorrida antes de bater em um 20 obstáculo, o tempo até a colisão é usado. Isso resolve uma singularidade quando o robô está virando no lugar (quaisquer colisões aparentariam ins- tantâneas porque a distância percorrida aparenta ser zero). Isso também significa que o robô escolherá mais espaço livre quando se movimenta em velocidades mais altas.

As funções objetivas para velocidade, tópico e espaço livre são

calculadas no espaço da fase acionadora. Limites acionadores são, assim, considerados mais diretamente.

Localização

Esse método é uma localização de múltiplas hipóteses baseada no aspecto global usando o filtro Kalman como base de estimativa. Ele supe- ra limitações do filtro Kalman de hipótese única, desde que o problema de associação de dados é explicitamente tratado. O robô preserva as vanta- gens típicas das abordagens baseadas no aspecto, tais como precisão de localização muito alta e uma implementação eficiente, e adiciona um aspecto importante no caso do robô se desprender do trilho da sua posição: ele pode gerar hipóteses sobre sua posição atual e, portanto, se recolocar.

A técnica que propicia essa propriedade é uma pesquisa com

base forçada em uma árvore de interpretação. Essa árvore é atravessada por todas as associações possíveis de local para global, dado um mapa local dos aspectos observados e um mapa global dos aspectos do modelo. A mesma pesquisa é consistentemente utilizada para geração de hipótese e acompanhamento de postura.

Máquina de Café Automática Embutida

A máquina de café automática embutida tem que satisfazer al- gumas regras técnicas específicas a fim de trabalhar como uma máquina de café autônoma. Problemas como consumo limitado de força, manipulação de cápsula totalmente automática com misturas diferentes, manejo de xícaras e bandejas tinham que ser resolvidos.

A máquina de café é composta de três subconjuntos: o sistema de armazenamento e dispensa de cápsula, o sistema de preparação do café com armazenamento de água quente, sistema de bomba e unidade de ex- tração, e finalmente, o sistema de xícara e bandeja, permitindo um processo de preparação de café totalmente automático internamente.

A base móvel é capaz de se mover, usando seu próprio sistema de movimento ativo (tal como, por exemplo, rodas acionadas por um motor elétrico do robô) em um ambiente definido, considerando objetos móveis 25 como, por exemplo, seres humanos. De preferência, nenhum elemento de orientação físico (linhas, balizas, etc.) é necessário, já que a base móvel pre- ferivelmente, mas não necessariamente, possui orientação própria de acordo com obstáculos reais detectados por seus sensores (câmeras, laser, senso- res táteis, etc.) e comparados com um mapa pré-programado, correspon- 30 dendo com o ambiente de trabalho. O mapa pode ser programado pela pró- pria base do robô usando os seus sensores.

A base móvel contém as baterias para abastecimento de força, bem como o controlador (PC de controle, etc) e meios de comunicação para o robô completo.

2. Máquina de café autônoma

A máquina de café integrada no robô pode usar a tecnologia do gás, isto é, a produção de bebidas usando um gás pressurizado agindo em um reservatório de líquido 3, mostrado na figura 3.

A figura 1 mostra uma unidade de preparação 1, bem como um mecanismo de dispensa de cápsula 2. As cápsulas representam uma possi- bilidade para usar ingredientes pré-repartidos. Outras pré-repartições tais como sacos de chá, bolsas, etc. podem ser usadas também. Alternativamen- te, a repartição é executada pelo próprio robô.

A máquina de café compreende as seguintes partes:

um tanque de água térmico 3 incluindo uma bomba peristáltica e aquecimento ativo, permitindo que a água no dispositivo térmico seja manti- 15 da na temperatura de extração correta sem abastecimento de energia princi- pal. O aquecedor pode trabalhar no fio de força (aquecimento), e a seguir se torna independente do fio, usando um aquecimento por bateria (manter quente).

A garrafa de gás 6 é usada para geração de pressão na bomba peristáltica, empurrando a água quente para fora do tanque de água térmico

3, passando através de um fluxímetro 4 e para dentro da unidade de prepa- ração motorizada 1.

Um sistema de saída de café 7 (ver figura 4) com função antigo- tejamento fechando a saída 7 em uma posição vertical quando não dispen- sando o café. O café restante na saída é esvaziado através de um segundo tubo para dentro da bandeja de cápsula usada.

Um sistema de armazenamento de cápsula (por exemplo, vários tubos de armazenamento) com seu mecanismo de dispensa 2, simetrica- mente disposto sobre duas rampas de cápsula 5, permitindo que as cápsu- 30 Ias deslizem para baixo sobre uma rampa central 5a para dentro da unidade de preparação 1 depois de ter liberado uma cápsula em um dos vários me- canismos de dispensa 2. Na unidade de produção da bebida 1, água quente sob pressão é injetada no interior da cápsula a fim de interagir com os ingredientes conti- dos na cápsula. (Geralmente na unidade de preparação 1 um líquido é colo- cado em contato com os ingredientes que são preferivelmente providos em pacotes pré-repartidos).

Depois da extração, a cápsula é ejetada em uma bandeja de cápsula usada.

3. Sistema de manipulação e entrega de xícara (figuras 6 a 15):

O robô contém um sistema de manipulação de xícara indepen- dente, compreendendo:

- um tubo de armazenamento de xícara 12 com autorregulação das xícaras de modo a ter sempre a xícara superior 11 pronta para ser cap- turada por um pegador (manipulador de xícara) 10. Além do mais, usando sensores 16, 17, o tubo de armazenamento pode aceitar xícaras novas e

autorregular o elevador de xícara 14.

Na realidade, o elevador de xícara é feito por um fuso 15 acio- nado por motor 13 que move um suporte de xícara 14 ao longo da direção vertical. Os sensores 16, 17 autorregulam a posição das xícaras a fim que a xícara 11 esteja sempre pronta para ser apanhada pelo pegador 10 e colo- 20 cada na bandeja 9. Os sensores 16, 17 funcionam de acordo com o princípio mostrado na figura 9, enquanto que dois sensores 16, 17 são colocados no topo do elevador de xícara e um sensor é colocado no fundo do elevador.

- Sistema de bandeja de xícara com autorregulação das bande- jas 9 de modo a ter a bandeja superior sempre pronta para pegar xícaras

novas, trabalhando de acordo com o princípio mostrado na figura 14 e inclu- indo sensores 17. Os quatro tubos 23 em cada posição de xícara na bandeja permitem detectar a presença de uma xícara na bandeja contendo sensores óticos. Várias bandejas podem ser empilhadas em um elevador de bandeja a fim de afastá-las para servir café em uma mesa e permitir que o robô colo- 30 que as próximas quatro xícaras na bandeja seguinte, que se move até a po- sição correta, uma vez que a bandeja cheia tenha sido removida do robô. O elevador de bandeja trabalha de acordo com o mesmo princípio do eievador de xícara. Além do mais, o sistema de bandeja consiste de um chassi fixo 8, mantendo as bandejas montadas em um carrossel 21, permitindo mover a xícara a ser movida sob a saída de café 7. A rotação da bandeja é feita por um motor 20 e duas engrenagens correspondentes 21, 22 ao redor do eixo 5 geométrico 18. O movimento vertical das bandejas é feito por um segundo motor 19 e um fuso central 24. Bloqueando a rotação da bandeja relativa- mente ao carrossel 21 graças aos quatro tubos de detecção de xícara 23, as bandejas podem ser levantadas e abaixadas.

As bandejas 9 têm posições numeradas a fim de identificar a

mistura de café servida. Além do mais, o carrossel de bandeja é relacionado de modo a saber qual café está servido em qual xícara.

- Um pegador de xícara (ver particularmente figura 15) para transferir uma xícara do tubo de armazenamento de xícara sobre a bandeja de xícara.

O pegador de xícara compreende um chassi 26 e dois motores,

um 27 permitindo o posicionamento de uma xícara sobre uma bandeja, um 28, a prensagem de uma xícara 11 pronta no elevador de armazenamento de xícara.

Descrição Funcional Geral

O processo do pedido de café pode ser descrito como a seguir:

1. Recebimento de um pedido de café usando uma das interfa- ces explicadas abaixo.

2. Uma xícara é colocada na bandeja pelo pegador. O elevador de xícara se move acima da próxima xícara. O pegador se move de volta na

posição de prontidão sobre a xícara.

3. Liberação da cápsula desejada, que desliza para dentro da cabeça de preparação.

4. A bandeja de xícara gira 90° de modo a colocar a xícara sob a saída do café.

5. A saída de café é aberta e a cabeça de preparação fechada.

6. Extração do café.

7. A saída do café é fechada e a cabeça de preparação aberta, ejetando a cápsula extraída em uma bandeja de cápsula.

8. A xícara está pronta para ser retirada pelo usuário, ou alterna- tivamente toda a bandeja, o elevador de bandeja se move acima da próxima bandeja.

4. Interface do Usuário

A(s) interface(s) do usuário é são um dos elementos do sistema. Pode existir, na realidade, pelo menos duas interfaces diferentes:

- a primeira conta com uma interface aérea do robô conectado em um controlador do robô. Usando a interface aérea, por exemplo, uma 10 aplicação com base na rede pode permitir o pedido de qualquer navegador remoto da rede em uma rede de intranet segura. Alternativamente, a interfa- ce aérea do robô pode ser projetada para qualquer comunicação sem fio com base em linguagem ou dados (tal como, por exemplo, mensagens de texto).

-A segunda interface conta com uma interface de usuário sepa-

rável controlada manualmente, tais como, por exemplo, um PC de bolso, um PDA, um controle remoto, que pode ser colocado e conectado no robô. A interface de usuário separável pode ser usada diretamente no dispositivo de acordo com a presente invenção (interna) para escolher as misturas de café, 20 ou ela pode ser separada e usada externamente permitindo que os usuários escolham suas misturas, por exemplo, ao redor de uma mesa de conferên- cia.

Os sistemas de pedido rebocados podem ser projetados como Pedido Remoto (Intranet) e Pedido Direto (PC de bolso), robô interno ou ro- bô externo (sala de conferência).

Os gráficos da figura 17 explicam uma colocação típica de pedi- do em um PC de mesa, via uma rede de intranet protegida:

a aplicação com base na rede, em primeiro lugar, solicita esco- lher, também, misturas que você quer ou se você somente deseja uma visita do robô. Finalmente, a interface do usuário permite escolher o lugar e a hora para encontrar o robô. Sob esse aspecto, a interface gráfica ilustra o ambi- ente, por exemplo, exibindo um mapa. O usuário pode então, usando o ma- pa, especificar uma localização-alvo.

O usuário pode especificar a localização desejada onde ele/ela deseja que o café seja produzido. O usuário pode escolher, se ele apenas deseja que o robô se mova para a localização instruída desejada sem pedi- 5 do de café preliminar ou ele/ela pode pedir diretamente uma xícara de café, escolhendo a mistura desejada. Usando a informação transmitida na posição desejada para a dispensa da bebida, sua posição natural e seu sistema de navegação, o robô se moverá autonomamente para o local desejado na hora desejada (se alguma) e começará a preparar o café, se um pedido de café 10 foi feito. Todas essas operações ocorrem sem influência humana externa.

Se várias pessoas pedem um café ao mesmo tempo, uma lista de fila é estabelecida pelo robô semelhante a uma fila de impressora.

Vários conflitos podem ser manipulados implementando regras de prioridade (por exemplo, salas de conferência são servidas antes de pe- didos individuais).

Uma vez que todos os cafés em um local definido tenham sido servidos, o robô continua a se mover para o próximo ponto de pedido ou pa- ra uma estação de acoplamento para recarga.

O PC de bolso é colocado no robô, de modo a mostrar a ocupa- 20 ção da bandeja (qual mistura em qual xícara) e permite o pedido de café di- reto internamente, simplesmente clicando na mistura desejada. Depois do pedido, o robô imediatamente começa a preparação do café. Como mencio- nado antes, o PC de bolso pode ser removido do robô a fim de fazer pedidos de café ao redor de uma mesa de conferência (pedido de café externo).

Máquina de café totalmente autônoma, servindo automaticamen-

te café sem influência externa, exceto o processo do pedido.

Claims

1. Dispositivo robótico móvel autônomo, tendo um mecanismo de movimento ativo e compreendendo uma máquina integrada para produzir bebidas ou comestíveis líquidos.

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, compreendendo um controlador para a máquina de produção, o controlador sendo conectado a uma interface sem fio projetada para receber sinais transmitidos de maneira sem fio capazes de ajustar a operação da máquina de produção.

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, compreendendo um controlador para a máquina de produção, o controlador sendo conectado em uma interface de usuário manualmente o- perada para ajustar a operação da máquina de produção.

4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, no qual a interface do usuário pode ser desconectada do robô a fim de inserir parâmetros externamente.

5. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, compreendendo um sistema de navegação autônomo projeta- do do para navegar o robô com base nos sinais de saída de, por exemplo, sen- sores visuais do robô.

6. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual a máquina de produção é completa.

7. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, compreendendo um abastecimento de força elétrica indepen- dente.

8. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual a máquina de produção produz a bebida ou comestível líquido com base em ingredientes pré-repartidos.

9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, no qual o dispositivo tem um recipiente para um estoque de por- ções de ingredientes pré-repartidos.

10. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, compreendendo um sistema automático de manipulação de xícara e bandeja.

11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 10, compreendendo um elevador de armazenamento de xícara, um pegador de xícara e um elevador de armazenamento de bandeja, capaz de estocar várias bandejas, enquanto que uma xícara pode ser transferida do elevador de armazenamento de xícara para a bandeja superior, a fim de mo- ver a xícara sob a saída de café para a preparação do café.

12. Interface de usuário baseada na rede para um tal dispositivo, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, compreendendo a possibilidade de selecionar uma mistura de café, um local de servir e uma hora/data de servir, usando apresentação gráfica.

13. Interface interna para um dispositivo como definido na reivin- dicação 1, permitindo o pedido de um café diretamente no robô, usando a apresentação gráfica.