摘 要：隨著生活節(jié)奏的加快，人們越來越重視早餐的快捷與營養(yǎng)均衡。該研究基于越疆DOBOT機器人并輔以機器視覺技術，旨在設計并開發(fā)一款智慧早餐機，配有相應的智能早餐助手機器人系統。該早餐機能夠為用戶提供快速、健康且美味的早餐解決方案，以及更智能化的早餐服務。智能早餐機器人是一種融合人工智能技術的智能家居產品，系統安全、高效、質量可靠，能夠與人進行協作，實現自動蒸煮雞蛋、熱牛奶等功能。該智慧早餐機在確保食品安全的同時，能顯著提高早餐制作的效率和質量;設備易于操作，清潔方便，并且有助于改善早餐飲食習慣。該研究不僅推動智能廚電的創(chuàng)新發(fā)展，而且為現代家庭提供一種符合快節(jié)奏生活方式的早餐新選擇。

關鍵詞：越疆機器人;智慧早餐機;機器人視覺;飲食健康;產品設計

中圖分類號：TM925.5 文獻標志碼：A 文章編號：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，由于產品線較為單一且固定，機器人制造商不得不提供一體化和全方位的服務。然而，隨著我國經濟的迅猛發(fā)展，人民生活質量的穩(wěn)步提高，以及文化教育水平的日漸加深，又加之電子產品的集成度日漸飽和，機器人市場需求將會持續(xù)增長。隨著智能機器人現發(fā)展階段逐漸趨于成熟，在今后人類的生活和工業(yè)生產中智能機器人將會發(fā)揮更大的作用。

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

1 研究背景及意義

為了提升人們的生活質量和工作效率，現代社會不斷追求減少日常生活中的繁瑣事務和工作場所的不必要麻煩。時間作為一種寶貴資源，其節(jié)省意味著能夠為人們帶來更多的休息、學習或娛樂時間。在這一目標的驅動下，對智能機器人的技術革新和開發(fā)變得尤為重要。

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

通過這些研究，期望使機器人能夠更有效地應對與人類安全互動的挑戰(zhàn)。這包括識別和適應人類的指令，以及在不同的工作環(huán)境中靈活地部署和調整自己的行為。例如，在家庭環(huán)境中，智能居家機器人應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，甚至是進行簡單的家務勞動。

此外，隨著技術的不斷進步，智能機器人的應用場景也在不斷擴展。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、醫(yī)療保健、教育輔導等多個領域中扮演重要角色。智能機器人的發(fā)展，將極大地推動社會生產力的提升和生活質量的改善。

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

2 研究內容

為方便人們在日常生活、工作中，盡可能地減少麻煩、節(jié)省時間，對智能機器人進行創(chuàng)新性的發(fā)展展開研究，通過開發(fā)更加安全、高效、可靠的人機協作系統，使配備這些系統的機器人能夠更有效地應對安全互動和靈活部署的挑戰(zhàn)，從而推動智能機器人的發(fā)展，讓智能居家機器人可更好地為人類服務。

對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、可改造強和外表簡潔的魔術師人工智能套件。由于越疆公司的魔術師人工智能套件擁有極高的開發(fā)自由性和靈活性，讓這個機器人擁有極高的可塑造性。根據現在的發(fā)展需求和人們的生活發(fā)展需要，首先考慮的是便捷、高效的時間和成本問題。因此，本文基于越疆機器人，開發(fā)出了智能早餐助手機器人。

3 擬解決的問題

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

本文基于越疆機器人，利用越疆DOBOT機器人輔以機器視覺技術，研究開發(fā)一套智能早餐助手機器人系統，該系統安全、高效、質量可靠，可以人機協作，繼而實現自動蒸煮雞蛋、熱牛奶等工作。解決了早起上班、上學等沒時間做早餐的難題。

4 研究設計效果

4.1 工作站布局圖

智慧早餐機工作站布局圖如圖1所示。

4.2 工作站效果圖

根據大概的布局圖，用3D建模軟件進行3D布局，對項目的整個工作空間有一個大概了解，然后進行3D建模，在3D軟件中按照平面布局圖搭建工作站。經過不斷調整，使工作空間達到一個最為理想的狀態(tài)，在這樣的布局中可以使工作流程最簡便（圖2—圖3）。

4.3 智慧早餐機工作流程

利用2臺越疆魔術師人工智能套件去實現智能早餐小助手的功能，圖2、圖3中機器人A實現操作蒸蛋器部分，機器人B實現食物運送的部分（機器人A左，機器人B右）。在機器啟動后，機器人就會以如圖4所示的流程圖描述的流程進行工作。

4.4 系統程序設計

搭建好工作站后，根據所設想的工作流程去編寫程序。經過不斷地調試程序和簡化工作流程，對項目的功能進行優(yōu)化。最終編寫出一套能夠流暢運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

機器人A實現操作蒸蛋器部分時的程序，如圖5所示。

4.4.2 操作食物運送部分的程序

機器人B實現食物運送部分時的程序，如圖6所示。

5 智慧早餐機的應用價值

智慧早餐機的研發(fā)具有重要的學術價值和應用價值。

在學術方面，該研究將應用人工智能、機器學習、數據分析等先進技術，探索早餐服務優(yōu)化和個性化推薦的研究方法，為餐飲服務行業(yè)和校園食堂管理提供了有益的探索和實踐。

在經濟效益和社會效益方面，進一步闡述了自動夾取設備在經濟和社會方面的價值。

從經濟角度來看，該設備可以大幅降低早餐準備的成本，減少人力投入和時間消耗，提高生產效率和經營利潤。同時，設備的智能化和自動化特點也有助于減少人為操作引起的錯誤和浪費，提高資源利用率。

從社會角度來看，自動夾取設備能夠為人們提供更便捷、高效的早餐服務，減少人們忙碌生活中的繁瑣工作，提升生活質量。尤其對于學生、上班族、老年人等時間緊張或身體不便的人群，這樣的設備能夠為他們帶來更多的便利和舒適。

目前，智慧早餐機器人的研究雖然仍存在一定的局限性，例如機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，機器人的安全性和穩(wěn)定性也需要進一步提升，避免出現意外情況。

6 目前存在的局限性及技術基礎

專利申請過程中也對自動夾取設備存在的不足和問題進行了說明。例如，對于某些特殊形狀或質地的食材，夾取的精確性和穩(wěn)定性可能會受到一定限制。此外，設備的成本和維護保養(yǎng)也是需要考慮的因素。

需進一步研究的問題：自動夾取設備在技術和應用方面仍需進一步研究。例如，如何進一步提升夾取精確度和穩(wěn)定性，如何應對不同形狀和特性的食材，如何降低設備成本和提高可持續(xù)性等方面都需要進行深入的研究和探索。

通過對自動夾取設備的專利申請，使得智慧早餐小助手項目中的創(chuàng)新和技術突破得到了充分保護。該專利的獲得將為項目的推廣和商業(yè)化奠定堅實的基礎，同時也為相關領域的發(fā)展提供了有力的支持和借鑒。

7 結束語

智慧早餐機系統擁有很強的擴展能力，這意味著在產品的后期階段，能夠根據用戶反饋和市場需求，進行必要的功能改進和系統調試。通過使用C#這種強大的編程語言，可以開發(fā)出更加高效、便捷的功能，以滿足用戶的需求。

為了進一步提升用戶體驗，計劃開發(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慣，使得用戶在早上醒來時，只需通過手機一鍵操作，便能啟動機器人早餐小助手系統。這樣，用戶無須花費過多時間和精力，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更加智能化、便捷化、健康化。這包括對食物的選擇、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準。同時，也將關注機器人的安全性和穩(wěn)定性問題。機器人在日常使用中可能會遇到各種意外情況，因此，需要確保機器人在各種情況下都能穩(wěn)定運行，不會對用戶造成任何安全隱患。

此外，還將重視機器人的用戶體驗和滿意度。通過收集用戶反饋，分析用戶行為，不斷優(yōu)化產品設計，提高產品的用戶黏性，從而提升產品的市場競爭力?？傮w來說，智慧早餐機系統將在保持其強大擴展性的同時，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，滿足用戶的需求，提升用戶的生活質量。

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基金項目：2022年度廣州市大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目（2022CXCYJH024）;2023年度廣州工程技術職業(yè)學院校級科研創(chuàng)新團隊（2024GZGCKY02）;2023年度廣州市高等教育教學質量與教學改革工程項目（2023XDCY005）

第一作者簡介：楊春英（1981-），女，碩士，講師。研究方向為機器人技術、信息與計算科學。