智能倒水機(jī)器人的設(shè)計(jì)

楊磊+徐建軒+印松+曾日潮+李星辰

摘 要 本文中詳細(xì)的闡述了一種使用在會(huì)議室的倒水式智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)的機(jī)械系統(tǒng)中考慮到送杯和送水兩個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，合理可靠的設(shè)計(jì)，最終得出最可靠的方案；控制系統(tǒng)中選用合適的電機(jī)，通過(guò)單片機(jī)技術(shù)和多個(gè)傳感器控制整個(gè)裝置的運(yùn)動(dòng)。整個(gè)裝置的設(shè)計(jì)極大地保證會(huì)議的私密性，提高了服務(wù)的效率。

關(guān)鍵詞 會(huì)議 智能機(jī)器人 傳感器 單片機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

智能機(jī)器人作為先智能建筑與智慧城市進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平和科技水平的重要標(biāo)志。本文中智能倒水機(jī)器人是一種自動(dòng)送杯并在倒?jié)M水后運(yùn)送水的裝置，當(dāng)舉行會(huì)議時(shí)，它能夠取代服務(wù)員，這樣不僅能使會(huì)議流暢的進(jìn)行下去，還能夠保證會(huì)議的私密性，很好的減少了人力資源，提高了服務(wù)的效率。

1裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

作為一個(gè)倒水裝置，最重要的兩個(gè)參數(shù)便是其運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和功能的可靠性，如果裝置在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)杯中的水灑出來(lái)、或者杯子未到位而水龍頭先出水的情況，說(shuō)明裝置還存在一定的缺陷。本裝置中采取了兩個(gè)直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)三個(gè)輪子運(yùn)動(dòng)（后面兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪、前面一個(gè)從動(dòng)輪）的機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)保持裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，倒水結(jié)構(gòu)采取旋轉(zhuǎn)式送杯的形式，箱頂中間部位設(shè)有環(huán)形軌道，通過(guò)支撐圓環(huán)的三個(gè)小滾輪做圓周運(yùn)動(dòng)?？刂撇糠忠阅K化的設(shè)計(jì)思想為主導(dǎo)，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、STC89C52RC-RD單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、紅外遙控模塊、循跡傳感器模塊、送杯模塊、水泵模塊、供電電池、穩(wěn)壓電源模塊等。通過(guò)機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的密切配合保證了運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和功能的可靠性。

1.1 機(jī)械系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)中的機(jī)械部分包括倒水機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)，倒水機(jī)構(gòu)設(shè)置于箱頂，包括出水裝置和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，出水裝置包括水桶，水桶頂部通過(guò)水管連接至水泵，水泵通過(guò)水管連接至水龍頭，水龍頭下方和出水口處均設(shè)有光電傳感器；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括一步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)輸出軸上端連接有聯(lián)軸器，聯(lián)軸器上端連接有傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸與圓盤(pán)相連，圓盤(pán)與箱頂之間設(shè)有支撐圓環(huán)，支撐圓環(huán)包括塑料圓圈以及緊固于塑料圓圈圓周的三個(gè)小滾輪，箱頂中間部位設(shè)有環(huán)形軌道，三個(gè)小滾輪在環(huán)形軌道處做圓周運(yùn)動(dòng)。倒水機(jī)構(gòu)下端連接有行走機(jī)構(gòu)，包括一底板，底板中間部位有兩臺(tái)直流無(wú)刷電機(jī)，通過(guò)電機(jī)座固定于底板上，底板后側(cè)兩個(gè)角處均通過(guò)螺栓緊固有兩個(gè)軸承座，主動(dòng)軸通過(guò)軸承固定于軸承座之間，主動(dòng)軸中間部位設(shè)有主動(dòng)齒輪，直流無(wú)刷電機(jī)輸出端也連接有輸出齒輪，主動(dòng)齒輪與輸出齒輪通過(guò)同步帶連接，兩個(gè)主動(dòng)軸一端均連接有驅(qū)動(dòng)輪，底板下端前側(cè)設(shè)有從動(dòng)輪（如圖1）。

1.2控制系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)方案中的智能倒水機(jī)器人采用后輪驅(qū)動(dòng)，后輪左右兩邊各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由單片機(jī)輸出PWM調(diào)制信號(hào)控制后面兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速?gòu)亩刂茩C(jī)器人轉(zhuǎn)向。循跡是指小車(chē)在白色的地板上循黑帶行走，本設(shè)計(jì)中的機(jī)器人循跡行走通過(guò)TRCT5000紅外對(duì)管反射式光電傳感器，小車(chē)在行駛過(guò)程中，當(dāng)左、右的傳感器檢測(cè)不到到黑線時(shí)，小車(chē)直線前進(jìn)，當(dāng)靠左邊的傳感器檢測(cè)到黑帶時(shí)，小車(chē)向左拐；當(dāng)靠右邊的傳感器檢測(cè)到黑帶時(shí)，小車(chē)向右拐。裝置采用多個(gè)紅外對(duì)管傳感器可以使小車(chē)的行駛更加靈活，拐彎時(shí)更加順暢。

當(dāng)本裝置執(zhí)行命令時(shí)，遙控器通過(guò)無(wú)線控制給單片機(jī)控制器一個(gè)信號(hào)，機(jī)器人行走至指定位置后，控制器給步進(jìn)點(diǎn)擊驅(qū)動(dòng)器一個(gè)脈沖，使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)水龍頭下方的光電傳感器監(jiān)測(cè)到有杯子時(shí)，將信號(hào)傳遞給單片機(jī)控制器，而后控制水泵使水龍頭出水一定時(shí)間，出水動(dòng)作完成后，水泵停止工作，單片機(jī)控制器給轉(zhuǎn)盤(pán)控制裝置信號(hào)使圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)，達(dá)到倒水的目的。

2使用效果與結(jié)論

2.1使用效果

從制作的樣機(jī)來(lái)看，機(jī)器人可以順暢地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的循跡、定位和倒水等功能。在此基礎(chǔ)上，為了使機(jī)器人更加智能化，還可以為其擴(kuò)展避障、自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)保持安全距離、車(chē)速檢測(cè)和遠(yuǎn)程控制等功能設(shè)計(jì)（如圖2）。

2.2結(jié)論

本設(shè)計(jì)中的智能倒水機(jī)器人，采用TRCT5000紅外傳感器為循跡模塊，通過(guò)電路將紅外收發(fā)模塊、光電傳感器等數(shù)據(jù)讀入，利用嵌入式程序算法對(duì)讀入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過(guò)輸出PWM波信號(hào)控制2個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)循跡、定位和倒水等功能，同時(shí)使用單元化的電路設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，響應(yīng)快，性能穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1] 許果，王峻峰，何松齡.一種基于SCARA機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，2005（4）.

[2] 吳振彪，工業(yè)機(jī)器人[M].華中科技大學(xué)出版社，2002.