一種運動場飲料自動售賣機器人結構設計

周頔 邱子楓 楊云琪 張成嵐 王夢琦

摘?要：在各大運動場所中如籃球、乒乓球、羽毛球等球類場所占場地較大，傳統(tǒng)自動販賣機一般不能移動且放置在運動場的邊緣角落，消費者需要穿越整個運動場購買飲料后再返回，整個過程十分耗時且不便。本文設計了一款可以廣泛推廣應用的運動場設備——自動售賣機器人裝置，其包括上柜體、下殼體和位于下殼體內(nèi)部的行走機構。下殼體前端設

置有用于識別障礙物的第一紅外測距儀，上柜體上靠近主控制器的部位設置有用于識別購買客戶的第二紅外測距儀，兩個紅外測距儀相互配合來實現(xiàn)機器人的巡航避障。本自動售賣機器人能夠按照預先設定的運動路線移動，且具有自動避障、識別到購買客戶時自動停下的功能，提高了購買便利性。

關鍵詞：運動場；自動化；售賣機器人；結構設計

現(xiàn)代服務業(yè)屬于第三產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展日益受到人們的重視。機器人被用于生活的方方面面，但是民用的卻很少問世，原因在于其價格昂貴、技術較高端，難為大眾所接受，社會對其的研究質(zhì)疑之聲始終不絕于耳。根據(jù)一項調(diào)查表明，中國城市將近70%的籃球運動場或者足球運動場沒有販賣機。自助販賣機不需要店租，不需要導購，不需要收銀員，節(jié)省人力成本，占地面積小，自動結算支付方式，符合當代快節(jié)奏的生活，還可以布置在各個地方。使用運動場售水機器人，可以更好地節(jié)省人力，位置靈活，充分體現(xiàn)了科技的力量，因此我們發(fā)出了“運動場能源站”這一設計思路，并且圍繞著機械方面，給出了初步的方案。

1?機器人設計系統(tǒng)目標與運行環(huán)節(jié)

1.1?系統(tǒng)目標

在傳統(tǒng)的自助販賣機上克服現(xiàn)有技術存在的問題，提供一種便利性高的運動場飲料自動售賣機器人。且其可以在運動場（籃球、乒乓球、羽毛球等球類場所）投入運用，并且有不錯的效果。

1.2?運行環(huán)境

場景環(huán)境：運動場周邊的障礙物少，平地。

硬件設備：蓄電池、電機、伺服電機、PLC控制器等。

支持軟件：微信、支付寶等網(wǎng)上支付軟件。

1.3?技術領域

本實用新型屬于商用服務智能化技術領域，具體涉及一種運動場飲料自動售賣機器人，旨在提高消費者購買飲料的便利性。

1.4?背景技術

各大運動場所如籃球、乒乓球、羽毛球等球類場所占場地較大，傳統(tǒng)自動販賣機一般不能移動且放置在運動場的邊緣角落，消費者需要穿越整個運動場購買飲料后再返回，整個過程十分耗時且不便。

1.5?基礎功能及相關配件

智能導航：GPS導航系統(tǒng)。

自主避障：紅外測距傳感器、電機、差速驅動輪、萬向輪。

多層配送：多層置物架。

人機交互：LED觸控一體機。

語音音樂：一體機后揚聲器。

數(shù)據(jù)保存：儲存主機。

自動販賣：GPRS模塊。

推文廣告：顯示器。

2?原理結構分析

2.1?總體結構設計

根據(jù)總體方案，我們設計了相關的機械結構，如圖1所示。其所展示的是“運動場能源補給機器人”的初步平面三視圖（外觀）。

根據(jù)設計構想，我們通過Solidworks進行了初步的機械結構的三維設計，其三維模型如圖2所示。

2.2?系統(tǒng)化詳細結構設計

2.2.1?智能導航系統(tǒng)

（1）控制器配合傳感器（紅外測距傳感器）導入機器人活動范圍的環(huán)境地圖，設置運動場的運動路線。

（2）設置充電點及備貨點以供機器人在快沒電時或貨品不足時，規(guī)劃路線抵達充電點充電或到備貨點補貨。

2.2.2?自主避障紅外測距傳感器

利用了三個紅外測距傳感器，分為兩組：①下傳感器與②上傳感器。本機器人是根據(jù)紅外信號遇到障礙物的距離不同，反射強度也不同的原理，判斷障礙物遠近以及時規(guī)避。

2.2.3?柜體設計

柜體包括主柜體和位于主柜體內(nèi)部的飲料托架，主柜體包括底座、罩體，罩體由半罩體、第一柜門、第二柜門依次圍合形成，第一柜門、第二柜門的頂部分別與旋轉中心的周圈滑動配合，第一柜門、第二柜門的底部分別與底座的頂部滑動配合，第一柜門與第二柜門之間通過電子鎖連接。該設計的工作原理為：主控制器在收到購買指令后控制電子鎖解除鎖定，解鎖后第一柜門、第二柜門自動朝半罩體兩側滑動，客戶取出飲料托架上的飲料后柜門自動收回且電子鎖鎖住，從而實現(xiàn)了飲料的自助購買，如圖4所示：

2.2.4?多功能化拖物盤（防盜、智能檢測、提醒）

飲料托架還包括由上至下依次布置的多層飲料托盤，飲料托盤上均勻設置有多個飲料放置區(qū)，飲料放置區(qū)上設置有重力監(jiān)測儀。當某一重力監(jiān)測儀的重力信號消失時，表示與其對應的飲料放置區(qū)上的飲料被取走，主控制器通過監(jiān)測消失的重力信號數(shù)量計算出被取走的飲料數(shù)量，并在被取走的飲料數(shù)量與購買指令中的飲料數(shù)量不對應時發(fā)出報警提示，用于防盜以及提醒客戶及時取走飲料。

3?人機交互系統(tǒng)（自動售賣、推文廣告、語音音樂）

3.1?自動販賣原理

該系統(tǒng)采用GPRS網(wǎng)絡實現(xiàn)自動售貨機與遠程監(jiān)控中心的通信，并在此基礎上設計出了適應于自動售貨機的GPRS無線終端、該系統(tǒng)信息傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式，與LED觸屏顯示器協(xié)同。

3.2?推文廣告

在顯示屏上投入廣告，用以店鋪宣傳、學校通知、賽事宣傳等使得自動售賣機器人資源得到最大利用。學生們有需要時使用微信、支付寶等方式支付更加便捷。

3.3?語音音樂

觸屏顯示器內(nèi)置揚聲器實現(xiàn)語音播報、音樂，以及警報系統(tǒng)。

4?機器人設計系統(tǒng)目標與運行環(huán)節(jié)

4.1?移動

所述行走機構包括內(nèi)殼體、①兩個萬向輪（前兩輪）、兩個電機、②兩個差速驅動輪（后兩輪）。內(nèi)殼體的頂部與上柜體的底部固定連接，在第一紅外測距儀和第二紅外測距儀均有識別信號時控制兩個電機停止工作狀態(tài)，所述內(nèi)殼體內(nèi)部設置有為兩個電機提供動力的蓄電池。

4.2?蓄電池

在續(xù)航系統(tǒng)上，“運動場能源補給機器人”使用了DCF12612/65?UPS電源蓄電池。它有著安全可靠、維護簡單、使用壽命長、高功率性能好、自放電小于4%、使用方便這六大特性。

5?機器人實施步驟分析

5.1?用戶角度操作機器人

要實現(xiàn)自主收銀（功能類似于自助販賣機），擬通過以下方式實現(xiàn)。

第一步：點擊顯示器中的買水功能，彈出二維碼掃描進入小程序。

第二步：手機上彈出小程序打開倉門，客戶自主選擇需要的商品。

第三步：選擇結束后關閉倉門，系統(tǒng)識別客戶選取的商品進行結算。

第四步：系統(tǒng)發(fā)送賬單至小程序，形成賬單，基于平臺的免密支付，完成支付交易。

5.2?機器人實施步驟圖

結語

本實用新型屬于商用服務智能化技術領域，具體涉及一種運動場飲料自動售賣機器人，可以提高消費者購買飲料的便利性。大運動場所如籃球、乒乓球、羽毛球等球類場所占場地較大。相較于傳統(tǒng)自動販賣機一般不能移動且放置在運動場的邊緣角落的弊端，本實用新型的便利性顯而易見，實用性和推廣價值值得期待。

參考文獻：

［1］姚墨迪，王劉菲，馮淑元.餐廳服務機器人的研究［J］.北京電子科技職業(yè)學院，2016.

［2］王君君，金甌，賀建飚.基于GPRS的自動售貨終端的設計與實現(xiàn)［J］.微計算機信息，2009.

基金支持：武漢商學院2022年大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃，項目名稱：基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的球場能源站（項目編號：202211654121）

作者簡介：周喆頔（2003—?），男，漢族，湖北宜昌人，在讀本科，研究方向：機械臂智能控制分析；邱子楓（2002—?），男，漢族，湖北黃石人，在讀本科，研究方向：機械臂智能控制分析；楊云琪（2003—?），女，漢族，湖北十堰人，在讀本科，研究方向：智能機器人編程；張成嵐（2003—?），男，漢族，湖北荊州人，在讀本科，研究方向：智能機器人編程；王夢琦（2004—?），男，漢族，湖北黃岡人，在讀本科，研究方向：智能機器人編程。