基于慧魚(yú)機(jī)器人傳菜梯的設(shè)計(jì)

張 超，王曉凱

（安徽科技學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 滁州 233100）

基于慧魚(yú)機(jī)器人傳菜梯的設(shè)計(jì)

張 超，王曉凱

（安徽科技學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 滁州 233100）

本文以慧魚(yú)創(chuàng)意組合模型為平臺(tái)，設(shè)計(jì)出一種傳菜梯的結(jié)構(gòu)模型.該傳菜梯利用觸動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行位置控制.傳菜梯采用慧魚(yú)智能接口板進(jìn)行軟硬件的連接，用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng).ROBOPro軟件控制傳菜梯完成一系列動(dòng)作.本文首先介紹傳菜梯的基本原理，然后確定驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)方案，利用ROBOPro軟件編寫(xiě)出相應(yīng)的控制程序來(lái)進(jìn)行測(cè)試運(yùn)行，完成傳菜梯的軟硬件的設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)傳菜的功能.

機(jī)器人；傳菜梯；慧魚(yú)創(chuàng)意組合

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平不斷地提高，同時(shí)人口也在爆炸式的不斷增長(zhǎng)，人類(lèi)的生活空間相對(duì)縮小，同時(shí)人們對(duì)于生活環(huán)境的要求也在不斷地提高，越來(lái)越擁擠的生存空間以及人們對(duì)方便快捷的生活方式的追求，使得建筑業(yè)得以迅速的發(fā)展，一棟棟高樓大廈拔地而起，十幾層甚至幾十層的賓館、飯店、辦公樓、住宅樓鱗次櫛比.可以想到，隨著社會(huì)的發(fā)展，電梯產(chǎn)品在人們物質(zhì)生活中的地位將越來(lái)越重要，越來(lái)越不可缺少.

傳菜梯、傳菜梯是由雜物運(yùn)送電梯演化升級(jí)而來(lái)，中國(guó)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)總局條文指定的該產(chǎn)品的名詞為雜物電梯，用于賓館、酒店、飯店、醫(yī)院、部隊(duì)、學(xué)校、幼兒園等廚房?jī)?nèi)部運(yùn)送各種物資，由于其多用于不同樓層之間傳送菜盤(pán)，所以人們稱(chēng)之為“傳菜梯”.傳菜梯的出現(xiàn)很好的解決了飯店、賓館等送菜的問(wèn)題，既節(jié)省人力又安全快捷、經(jīng)濟(jì)高效，所以傳菜梯得以快速的發(fā)展.

傳菜梯的作用就是將廚房燒好的飯菜送到指定的房間里去，供客人們食用，首先廚房工作人員將飯菜放入傳送箱中，通過(guò)數(shù)字小鍵盤(pán)輸入指定的房間代碼，按確認(rèn)鍵，然后傳送箱在驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下先豎直移動(dòng)到指定的樓層，然后再橫向移動(dòng)到特定的房間里去，由服務(wù)員將飯菜端至餐桌供客人們食用，然后服務(wù)員按鍵確認(rèn)飯菜以端出，從而傳送箱在驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下回到廚房進(jìn)行下一次飯菜的傳遞，循環(huán)傳菜.

傳菜梯還有很大的發(fā)展空間，可以向更加智能化的方向發(fā)展，首先在點(diǎn)菜環(huán)節(jié)，客人到達(dá)房間后，傳統(tǒng)方式是由服務(wù)員拿來(lái)菜單，并記錄下客人所點(diǎn)的菜，然后將點(diǎn)菜單送至廚房.

智能化的發(fā)展是，每個(gè)房間都有一個(gè)小的顯示器觸屏，上面顯示的是飯店里所有的菜，并且有菜的圖片、價(jià)格、口味等各種信息，用手指點(diǎn)擊就可以選定要上的菜，選好以后，將整個(gè)菜單提交，這樣數(shù)字化的菜單就能通過(guò)線路傳輸?shù)綇N房，廚房這邊也有相應(yīng)的顯示器，用于接收所用房間傳來(lái)的點(diǎn)菜單，再來(lái)燒制飯菜通過(guò)傳菜梯傳送到相應(yīng)的房間去.這樣能節(jié)省人力，更加方便快捷，實(shí)現(xiàn)智能化.

1 傳菜梯的傳菜原理

傳菜梯，顧名思義，就是可以根據(jù)輸入的具體房間號(hào)碼信息，將飯菜安全準(zhǔn)確的傳送至指定的房間，然后由服務(wù)員將菜盤(pán)端至餐桌上，供客人們食用.而我們的產(chǎn)品能獨(dú)立完成這一系列的動(dòng)作.因此該傳菜梯必須具備以下的基本功能，才能完成上述一系列的動(dòng)作.首先，應(yīng)能完成信息的輸入，從而來(lái)指定具體的房間，該部分由幾個(gè)觸動(dòng)開(kāi)關(guān)傳感器組合而成.其次，應(yīng)能進(jìn)行縱向的傳輸，使托盤(pán)到達(dá)指定的樓層.第三，應(yīng)能進(jìn)行縱向和橫向之間的換接，交接給仿人機(jī)器人后通過(guò)橫向和縱向的傳動(dòng)裝置回到廚房，等待下一次傳送.第四，再通過(guò)仿人機(jī)器人進(jìn)行橫向的傳輸，將托盤(pán)送至指定的房間.第五，機(jī)器人能安全準(zhǔn)確的把托盤(pán)放至桌面上.放下托盤(pán)后，機(jī)器人返回等待下一個(gè)指令.第六，機(jī)器人能按照指令進(jìn)行結(jié)賬，收盤(pán)等功能.

1.1 傳菜梯的基本組成要素分析

本次設(shè)計(jì)的傳菜梯系統(tǒng)是一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng).所謂的機(jī)電一化系統(tǒng)是指在系統(tǒng)的主功能、信息處理功能和控制功能等方面引了電子技術(shù)，并把機(jī)械裝置、執(zhí)行部件、計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備以及軟件等有機(jī)結(jié)合而成的系統(tǒng)，即機(jī)械、執(zhí)行、信息處理、接口和軟件等部分在電子技術(shù)的支配下以系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行組合而形成的一種新型機(jī)械系統(tǒng).

該傳菜梯模型就是依據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成原則進(jìn)行設(shè)計(jì)的.其主要由以下四個(gè)基本組要素：動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分、傳感檢測(cè)部分、控制及信息處理部分、執(zhí)行部分.

1.2 傳菜梯的機(jī)器本體結(jié)構(gòu)

傳菜梯的機(jī)器本體包括機(jī)械傳動(dòng)裝置和機(jī)械控制裝置.其主要功能是使傳菜梯構(gòu)造系統(tǒng)的各子系統(tǒng)、零部件按照一定的空間和時(shí)間關(guān)系安置在一定的位置上，并保持特定的關(guān)系.首先在廚房接入入口通過(guò)縱向傳動(dòng)裝置，在縱向傳動(dòng)底盤(pán)上分四個(gè)窗口，分別放物品，傳送到指定樓層后由四輪仿人機(jī)器人用擬人化托手將托盤(pán)放至機(jī)器人的保溫箱體內(nèi)，以便客人能享用到更美味的食品.再由機(jī)器人掃描將貼有標(biāo)簽的托盤(pán)送至指定房間的指定餐桌.

1.2.1 動(dòng)力部分

動(dòng)力部分的功能是按照傳菜梯的控制要求，為系統(tǒng)提供動(dòng)力以保證的系統(tǒng)正常運(yùn)行.

1.2.2 驅(qū)動(dòng)部分

驅(qū)動(dòng)部分的功能是在控制信息的作用下，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種動(dòng)作和功能.

1.2.3 傳感檢測(cè)部分

傳感檢測(cè)部分的功能是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并轉(zhuǎn)換成可識(shí)別信號(hào)，傳輸?shù)絉OBOPro接口板，經(jīng)過(guò)分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息.本次的傳菜梯設(shè)計(jì)中用到的傳感器是接觸傳感器即接觸行程開(kāi)關(guān).主要是檢測(cè)和反饋傳菜箱體的位置信息，并將檢測(cè)信息傳送到接口板，經(jīng)處理后由接口板發(fā)出相應(yīng)的指令信息.

1.2.4 控制及信息處理部分

控制及信息處理部分是傳菜梯的核心部分.其功能是將來(lái)自傳感器的檢測(cè)信息和外部的輸入命令進(jìn)行集中、存儲(chǔ)、分析、加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)輸出接口送往執(zhí)行部件，控制整個(gè)系統(tǒng)有目的地有序運(yùn)行.傳菜梯的控制與信息處理單元主要由計(jì)算機(jī)、可編程控制器、邏輯電路及I/O接口等組成.

1.2.5 執(zhí)行部分

執(zhí)行部分的功能是根據(jù)控制信息和指令完成所要求的動(dòng)作.本次設(shè)計(jì)中的執(zhí)行部件采用齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)完成傳菜箱的傳送.

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 傳菜梯的信息輸入

我們要將飯菜傳送至指定的房間，所以要將不同房間進(jìn)行編碼，將房間的代碼信息通過(guò)輸入裝置輸入傳菜梯的控制系統(tǒng)中，才能控制驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件去完成指定的動(dòng)作.本次設(shè)計(jì)一共模擬了四個(gè)小房間，分成兩樓，每樓兩間房，分別標(biāo)號(hào)為1、2、3、4.所以房間信息的輸入部分用了五個(gè)觸動(dòng)傳感器開(kāi)關(guān)，其中四個(gè)用于選擇指定的房間，還有一個(gè)用于輸入信息確認(rèn).

2.2 傳菜梯的縱向傳動(dòng)

由于各大飯店的廚房一般都在一樓，而且飯店的樓層都很多，所以應(yīng)通過(guò)傳菜梯的縱向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同樓層之間的傳送，通過(guò)行程觸動(dòng)開(kāi)關(guān)和控制程序的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同樓層之間的識(shí)別.縱向傳送裝置主要包含箱體，箱體內(nèi)底部開(kāi)設(shè)有傳菜托盤(pán)滑槽，位于傳菜托盤(pán)滑槽的一端設(shè)置有側(cè)推滑塊，側(cè)推滑塊通過(guò)傳動(dòng)螺桿與設(shè)置在箱體外底部一側(cè)的帶減速器的電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)連接，傳菜托盤(pán)滑槽的另一端設(shè)置有傳菜托盤(pán)出入口，箱體的外頂部中心設(shè)置有升降滑輪，升降滑輪通過(guò)升降繩索與升降機(jī)傳動(dòng)連接；并在每個(gè)樓層都設(shè)四個(gè)不同的傳送窗口，以便能更快捷的傳送物品.

2.3 傳菜梯的橫向傳動(dòng)

橫向傳送裝置主要包含支架，支架上設(shè)置有導(dǎo)向滑槽，導(dǎo)向滑槽內(nèi)滑動(dòng)連接有移動(dòng)托板或移動(dòng)鏈板，所述傳菜托盤(pán)出入口的寬度與移動(dòng)托板的寬度相等，所述移動(dòng)托板通過(guò)設(shè)置在其兩側(cè)邊的傳動(dòng)桿傳動(dòng)連接，所述兩傳動(dòng)桿的一端均固定連接有相同的傳動(dòng)鏈輪，所述兩傳動(dòng)鏈輪通過(guò)同一個(gè)傳動(dòng)鏈條與設(shè)置在支架的一端的帶有減速器的電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)連接.

進(jìn)一步說(shuō)，側(cè)推滑塊和移動(dòng)托板上均設(shè)置有電磁傳菜托盤(pán)吸附裝置，電磁傳菜托盤(pán)吸附裝置和帶有減速器的電動(dòng)機(jī)均與智能控制系統(tǒng)電連接.

更進(jìn)一步說(shuō)，箱體四周側(cè)壁上設(shè)有隔熱層，箱體的下方設(shè)置有支撐腳，傳菜托盤(pán)出入口的兩側(cè)壁上設(shè)有導(dǎo)向斜面或?qū)蚧∶?

本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型不僅能將菜縱向傳送至不同的樓層，而且可以橫向傳動(dòng)至不同的房間，這不僅提高了上菜效率，且大大減輕了服務(wù)員的勞動(dòng)強(qiáng)度和降低出錯(cuò)率.

2.4 自助服務(wù)功能

本傳菜梯還結(jié)合了以往的傳菜梯的傳送功能及服務(wù)員的點(diǎn)餐、語(yǔ)音介紹及自助刷卡結(jié)賬功能，這是它的獨(dú)特之處，它是傳統(tǒng)傳菜梯的結(jié)合體，通過(guò)觸動(dòng)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟服務(wù)功能，發(fā)出指令后由傳感器檢測(cè)識(shí)別相關(guān)的服務(wù)項(xiàng)，再由控制系統(tǒng)做出對(duì)應(yīng)的決策，由執(zhí)行器執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作.

3 設(shè)計(jì)的最終結(jié)果及改進(jìn)

經(jīng)過(guò)上述的所有設(shè)計(jì)過(guò)程，認(rèn)真調(diào)試程序和調(diào)整傳菜梯中各個(gè)零件之間的位置，使傳菜盡可能準(zhǔn)確的到達(dá)指定的樓層和房間，最終的模型圖如圖1所示.

由于受實(shí)驗(yàn)室慧魚(yú)機(jī)器人模塊不足的限制，只能進(jìn)行粗略的傳送，設(shè)計(jì)中所用到的零件全是根據(jù)要求自己創(chuàng)新組合而成，所以在完整性、準(zhǔn)確性、外觀等方面有很大的欠缺，有待進(jìn)一步的改進(jìn).其中縱向和橫向的換接可以用電磁鐵的吸合等方式實(shí)現(xiàn)，還有當(dāng)飯菜傳送至指定的房間后，應(yīng)在傳菜箱的底面上設(shè)計(jì)一個(gè)觸動(dòng)開(kāi)關(guān)，由于飯菜自身的重量，該開(kāi)關(guān)始終處于閉合狀態(tài)，當(dāng)服務(wù)員端出飯菜后，開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)彈開(kāi)，然后再延時(shí)一定時(shí)間后，自動(dòng)返回至廚房，等待下次傳送，這樣可以避免由于服務(wù)員的失誤而造成飯菜沒(méi)有及時(shí)端出的問(wèn)題.也可以在每個(gè)房間都設(shè)置一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)服務(wù)員按下開(kāi)關(guān)后，傳菜箱才會(huì)返回，設(shè)計(jì)中如果按照上述方法設(shè)計(jì)，則要多用4個(gè)觸動(dòng)開(kāi)關(guān)，而擴(kuò)展板上沒(méi)有多余的接口，所以未能實(shí)現(xiàn).

圖1 傳菜梯模型圖

4 結(jié)語(yǔ)

本次論文設(shè)計(jì)的題目為：基于慧魚(yú)機(jī)器人傳菜梯的設(shè)計(jì).設(shè)計(jì)時(shí)，主要涉及到機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器技術(shù)及其應(yīng)用等相關(guān)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí).通過(guò)設(shè)計(jì)達(dá)到傳菜的目的.

在進(jìn)行本次設(shè)計(jì)之前，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有的資源，設(shè)計(jì)、組裝傳菜梯的本體，并確定各種運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)的方式，然后，根據(jù)傳菜梯要實(shí)現(xiàn)的功能，選擇合適的傳感器.傳菜梯的本體設(shè)計(jì)好后，便進(jìn)行控制程序的編制與調(diào)試，設(shè)計(jì)出符合要求的傳菜梯傳送系統(tǒng).

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TP242.3

A

1673-260X（2014）11-0047-03

安徽科技學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助