Yummy Operations Robot Initiative: Autonomous Cooking System Utilizing a Modular Robotic Kitchen and a Dual-Arm Proprioceptive Manipulator
作者: Donghun Noh, Hyunwoo Nam, Kyle Gillespie, Yeting Liu, Dennis Hong
分类: cs.RO
发布日期: 2024-05-17 (更新: 2025-11-24)
💡 一句话要点
YORI：面向可扩展餐饮服务的自主烹饪双臂机器人系统
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 机器人烹饪 双臂机器人 本体感受控制 模块化厨房 运动规划 任务调度 自动化 餐饮服务
📋 核心要点
- 现有机器人烹饪系统在复杂性和适应性方面存在不足，难以应对多菜肴同时烹饪的需求。
- YORI系统采用双臂机器人和模块化厨房，结合本体感受控制和优化调度，实现多菜肴并行烹饪。
- 通过现场演示验证了YORI系统的可靠性，成功完成了牛排薯条的制作，展示了其应用潜力。
📝 摘要（中文）
本文介绍了Yummy Operations Robot Initiative (YORI)，一个本体感受双臂机器人系统，展示了用于可扩展食品服务应用的多菜肴自主烹饪能力。YORI集成了配备本体感受执行器的双臂机械臂、定制设计的工具、电器和一个结构化的厨房环境，以应对烹饪任务的复杂性。本体感受执行器能够实现快速、精确、力控的运动，同时降低与烹饪相关冲击的风险。该系统的模块化厨房设计和灵活的工具更换机制支持通过扭矩控制和基于优化的运动规划与调度实现同步多菜肴准备。一个包含动态重新调度的综合调度框架确保了对新订单和延误的可靠适应。该系统通过现场演示进行了公开验证，在多个会议期间可靠地准备了牛排薯条。本文详细介绍了YORI的设计，并探讨了厨房优化、任务规划和食品质量控制方面的未来方向，展示了其作为可扩展机器人烹饪解决方案的潜力。系统的介绍和烹饪视频可在网上找到。
🔬 方法详解
问题定义：论文旨在解决机器人自主烹饪中多菜肴并行制作的问题。现有机器人烹饪系统通常只能处理单一任务，缺乏灵活性和可扩展性，难以满足实际餐饮服务的需求。此外，烹饪过程中涉及的力控操作和动态环境变化也对机器人控制提出了挑战。
核心思路：论文的核心思路是构建一个模块化的机器人厨房，配备双臂机器人和定制工具，通过本体感受控制实现精确的力控操作，并采用优化调度算法实现多任务并行处理。这种设计旨在提高烹饪效率和适应性，使其能够应对复杂的烹饪任务。
技术框架：YORI系统的整体架构包括以下几个主要模块：1) 双臂机器人：配备本体感受执行器，实现精确的力控操作。2) 模块化厨房：包含定制设计的工具和电器，支持灵活的工具更换和多任务并行处理。3) 运动规划与调度：采用基于优化的运动规划算法和动态调度框架，实现高效的任务分配和执行。4) 控制系统：实现对机器人运动、工具切换和电器控制的协调。
关键创新：该论文的关键创新在于：1) 提出了一个完整的机器人烹饪系统，集成了硬件和软件，实现了多菜肴并行烹饪。2) 采用了本体感受控制，提高了机器人操作的精度和安全性。3) 设计了模块化的厨房环境，提高了系统的灵活性和可扩展性。4) 开发了动态调度框架，能够适应新订单和延误。
关键设计：在关键设计方面，论文采用了以下技术细节：1) 本体感受执行器的力/扭矩控制算法，用于精确控制机器人的操作力。2) 基于优化的运动规划算法，用于生成高效的机器人运动轨迹。3) 动态调度框架，用于实时调整任务分配和执行顺序，以应对动态环境变化。4) 模块化厨房的设计，包括工具的形状、尺寸和材料选择，以及电器的控制接口。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
YORI系统通过现场演示验证了其可靠性，成功完成了牛排薯条的制作。在多个会议期间，系统能够稳定地完成烹饪任务，展示了其在实际应用中的潜力。虽然论文中没有给出具体的性能数据和对比基线，但现场演示的结果表明，YORI系统能够有效地解决多菜肴并行烹饪的问题。
🎯 应用场景
YORI系统具有广泛的应用前景，可应用于餐厅、快餐店、医院、养老院等场所，实现自动化烹饪，提高效率，降低成本。此外，该系统还可用于食品研发、烹饪教学等领域。未来，随着技术的不断发展，机器人烹饪系统有望成为餐饮服务行业的重要组成部分。
📄 摘要（原文）
This paper presents Yummy Operations Robot Initiative (YORI), a proprioceptive dual-arm robotic system that demonstrates autonomous multi-dish cooking for scalable food service applications. YORI integrates a dual-arm manipulator equipped with proprioceptive actuators, custom-designed tools, appliances, and a structured kitchen environment to address the complexities of cooking tasks. The proprioceptive actuators enable fast, precise, force-controlled movements while mitigating the risks associated with cooking-related impacts. The system's modular kitchen design and flexible tool-changing mechanism support simultaneous multi-dish preparation through torque control and optimization-based motion planning and scheduling. A comprehensive scheduling framework with dynamic rescheduling ensures reliable adaptation to new orders and delays. The system was publicly validated through live demonstrations, reliably preparing steak-frites across multiple convention sessions. This paper details YORI's design and explores future directions in kitchen optimization, task planning, and food quality control, demonstrating its potential as a scalable robotic cooking solution. A system introduction and cooking videos are available online.