0010-智能機(jī)器人傳菜員行走機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、控制及制作【全套21張CAD圖+PROE模型+文獻(xiàn)翻譯+說明書】

0010-智能機(jī)器人傳菜員行走機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、控制及制作【全套21張CAD圖+PROE模型+文獻(xiàn)翻譯+說明書】,全套21張CAD圖+PROE模型+文獻(xiàn)翻譯+說明書,智能,機(jī)器人,傳菜員,行走,機(jī)械,結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì),控制,節(jié)制,制作,全套,21,cad,proe,模型,文獻(xiàn),翻譯,說明書,仿單 1 導(dǎo)言 1.1 主題來源 隨著現(xiàn)代工業(yè)化進(jìn)程的加快，機(jī)械自動(dòng)化成為了社會(huì)的一種趨勢(shì)。在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)大量運(yùn)用機(jī)器人完成生產(chǎn)線的加工與制造。隨著人們對(duì)生活中物質(zhì)文化需求的增多，機(jī)器人也漸漸走入了人們的生活之中。尤其是在餐飲行業(yè)，一款良好的送餐機(jī)器人可以良好的減緩企業(yè)用工的壓力。但現(xiàn)在的餐飲行業(yè)多是以人力進(jìn)行工作及送餐，人流量大，工作強(qiáng)度高，對(duì)勞動(dòng)人員的精神及體力無疑是一種嚴(yán)峻的考驗(yàn)；對(duì)企業(yè)來說，即使花很高的價(jià)錢也很難留住勞動(dòng)人員。但此類服務(wù)的技術(shù)含量相對(duì)較低，大量的雇傭勞動(dòng)人員又會(huì)造成人才的不合理利用，人力資源造成不必要的浪費(fèi)，而且雇傭人力還會(huì)存在著衛(wèi)生等隱患。 1.2 智能機(jī)器人傳菜員研究目的 如能開發(fā)一款以機(jī)器人代替人力進(jìn)行送餐的機(jī)械設(shè)備，無疑可以減少企業(yè)的用工難，工作壓力大等問題，對(duì)于食品衛(wèi)生安全方面也會(huì)有進(jìn)一步的保證。企業(yè)也可以避免長(zhǎng)期花費(fèi)高價(jià)雇傭服務(wù)員等費(fèi)用，對(duì)企業(yè)來說又是一筆額外的收益。而且以機(jī)器人代替人力還會(huì)使餐廳成為亮點(diǎn)，吸引顧客，對(duì)企業(yè)的發(fā)展有著良好的市場(chǎng)前景。因此，送餐機(jī)器人將會(huì)成為未來餐飲行業(yè)的必然趨勢(shì)。 1.3 智能機(jī)器人傳菜員課題規(guī)劃 本課題在于不僅設(shè)計(jì)一款集機(jī)、液、電、傳感技術(shù)、自動(dòng)控制一體化餐廳服務(wù)機(jī)器人，并按照設(shè)計(jì)完成制造全過程；該產(chǎn)品不僅要具有靈巧的機(jī)械行走結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定的液壓四自由度端盤機(jī)械手、還要具有清晰的軌跡識(shí)別/盤子定位抓取/障礙物識(shí)別避讓等多組傳感器、其程序控制上能具有餐桌識(shí)別能力的智能控制系統(tǒng)。完全代替人工實(shí)現(xiàn)尋找餐桌、識(shí)別該餐桌所需要的若干菜盤并將其端放到餐桌上的指定區(qū)域，菜品運(yùn)送完畢后，能夠原地掉頭按照原來的軌跡路線返回到起點(diǎn)。 1.4 智能機(jī)器人傳菜員設(shè)計(jì)的意義及市場(chǎng)前景 智能機(jī)器人傳菜員可以完全代替人力在餐廳進(jìn)行服務(wù)工作，對(duì)未來餐飲行業(yè)的運(yùn)營(yíng)形式有著深遠(yuǎn)的影響，這將是使機(jī)器人進(jìn)入人們生活所邁出的一大步，全智能的服務(wù)可以為顧客提供一個(gè)方便、快捷、衛(wèi)生的體驗(yàn)，也會(huì)成為餐廳的一大賣點(diǎn)，更為經(jīng)營(yíng)者省去了一大筆服務(wù)人員的雇傭費(fèi)用。目前，擁有機(jī)器人服務(wù)的餐廳還比較少，這是一個(gè)蘊(yùn)藏著商機(jī)的新興市場(chǎng)，在未來將會(huì)迅速的發(fā)展起來，成為一種潮流，也將預(yù)示著以機(jī)器人為主導(dǎo)的時(shí)代即將來臨。 2 課題設(shè)計(jì)任務(wù)書 2.1 課題名稱 智能機(jī)器人傳菜員行走機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、控制及制作 2.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 本題目主要任務(wù)是：完成該機(jī)械行走傳動(dòng)方案的總體設(shè)計(jì)、液壓端盤機(jī)械手的液壓系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)、多組識(shí)別傳感器的總體設(shè)計(jì)、控制程序的框圖的總體設(shè)計(jì)、并完成按照上述設(shè)計(jì)工程圖紙完成元器件制作(采購(gòu))、系統(tǒng)總體裝配、調(diào)試等全部過程。還要負(fù)責(zé)全部參賽全過程的組織協(xié)調(diào)。根據(jù)以上描述，可以知道該題目屬于真正的全面設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試聯(lián)合完成的真題真做類型課題。是對(duì)畢業(yè)生一種難得的鍛煉和挑戰(zhàn)。 2.3 設(shè)計(jì)要求 對(duì)該機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)、并著重設(shè)計(jì)機(jī)器人行走機(jī)械結(jié)構(gòu)以及端盤機(jī)械手的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)其控制結(jié)構(gòu)的總體控制方式進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。具體如下： 1） 主要根據(jù)總體方案圖，完成繪制系統(tǒng)裝配圖，并依裝配圖繪制全套零件圖 2） 輔助完成依據(jù)液壓系統(tǒng)圖，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行制作的過程。 3） 輔助完成三組傳感器安排和設(shè)計(jì)。 4） 主要完成該機(jī)器人控制程序設(shè)計(jì)框圖。并輔助編制控制程序 5） 輔助完成根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙監(jiān)控該機(jī)器人制造全過程。并實(shí)施裝配 6） 輔助完成對(duì)機(jī)器人/傳感器和控制程序的運(yùn)動(dòng)調(diào)試。 3 工作原理與制作過程 3.1 概述 智能機(jī)器人傳菜員的整體由三大部分組成，即機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輪子轉(zhuǎn)向、前進(jìn)、停止以及液壓系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)盤子的抓取?？刂葡到y(tǒng)還設(shè)有紅外遙控程序，當(dāng)機(jī)器人的電源接通時(shí)，利用遙控器輸入相應(yīng)的桌號(hào)，機(jī)器人便會(huì)啟動(dòng)到達(dá)相應(yīng)的桌位實(shí)現(xiàn)送餐過程。機(jī)器人的行走部分是通過機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，機(jī)械系統(tǒng)由一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、灰度傳感器組成，為了使該機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，利用其機(jī)器人特有的獨(dú)輪結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輪子的直線行走及轉(zhuǎn)彎，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活；在其外殼四周加裝了四個(gè)輔助萬向腳輪，保證它無論向何方運(yùn)動(dòng)都能穩(wěn)定。大輪子由為電機(jī)配重的大齒輪固定，步進(jìn)電機(jī)被固定在小齒輪支架圈上，大齒輪底部裝有排在一排的八個(gè)灰度傳感器。機(jī)器人循跡的軌跡為黑色線條，利用傳感器對(duì)黑線的檢測(cè)來控制機(jī)器人的行走方向，當(dāng)機(jī)器人偏離軌道時(shí)，外側(cè)的傳感器會(huì)檢測(cè)到黑線，根據(jù)傳感器位置的不同，傳感器將信號(hào)發(fā)送到控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)的單片機(jī)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行糾偏。這時(shí)，輪子會(huì)向反方向轉(zhuǎn)偏離的角度，使大輪子會(huì)的軌跡的正中央，在八個(gè)傳感器的前方另裝有一個(gè)傳感器，當(dāng)機(jī)器人總到指定桌位時(shí)，九個(gè)傳感器同時(shí)檢測(cè)到黑線，機(jī)器人停止行走，執(zhí)行抓盤子程序。此時(shí)手爪張開，步進(jìn)電機(jī)以大輪子中軸線為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手執(zhí)行找盤子動(dòng)作，手爪中心裝有紅外線傳感器，盤子放置的高度高于臺(tái)面，當(dāng)傳感器正對(duì)于臺(tái)面時(shí)，傳感器的檢測(cè)距離小于臺(tái)面，不能檢測(cè)到物體，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。一旦傳感器轉(zhuǎn)到盤子下面時(shí)，手抓回轉(zhuǎn)到盤子中心位置，此時(shí)液壓系統(tǒng)啟動(dòng)。液壓鋼的運(yùn)動(dòng)是通過控制系統(tǒng)的單片機(jī)控制繼電器的吸合與斷開控制的，再通過與繼電器相連的電磁換向閥來控制液壓缸的伸長(zhǎng)與收縮。豎直液壓缸由最高點(diǎn)下降至距離盤子一定高度后停止。此時(shí)手爪缸收縮，機(jī)械手抓取盤子。抓完盤子后液壓缸轉(zhuǎn)回到初始位置，水平液壓缸伸長(zhǎng)，豎直缸下降，當(dāng)盤底與桌子相接觸的時(shí)候，機(jī)械手張開，盤子放到桌子上。之后機(jī)械手收回，液壓系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)。繼續(xù)執(zhí)行抓盤子過程，餐臺(tái)共有四個(gè)盤子，當(dāng)機(jī)械手依次抓完盤子以后，端菜過程結(jié)束。步進(jìn)電機(jī)掉頭旋轉(zhuǎn)180度，直線電機(jī)啟動(dòng)，原路返回。機(jī)器人裝有避障裝置，當(dāng)前方遇到障礙物時(shí)，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)停止行走，以免撞到障礙。障礙物撤離后，直流電機(jī)又會(huì)啟動(dòng)，繼續(xù)前行，返回路徑初始位置，實(shí)現(xiàn)了送餐的全智能化。 3.2 工作原理 智能機(jī)器人傳菜員在工作前應(yīng)當(dāng)在所要操作空間的地面上粘貼或制作寬度為45mm的寬條線作為其循跡的導(dǎo)引線，其餐廳相應(yīng)布置如圖1。因黑色對(duì)于光的吸收最為明顯，白色對(duì)光的吸收最弱，所以建議將軌跡鋪成黑色，地面為白色效果最佳。該機(jī)器人的供電選用兩塊串聯(lián)的12V、12Ah鋰電池，步進(jìn)電機(jī)接24V電，直流電機(jī)接12V電。導(dǎo)引線貼好后，將充滿電的機(jī)器人放在導(dǎo)引線的起點(diǎn)位置，并調(diào)整好大齒輪下表面一排的八個(gè)灰度傳感器的寬度位置，使左右兩邊最靠近輪子的傳感器分別位于寬條導(dǎo)引線的內(nèi)側(cè)邊緣處，打開電源進(jìn)入待操作狀態(tài)，將盛好菜肴的四個(gè)盤子放到餐臺(tái)上，利用遙控器對(duì)送餐機(jī)器人輸入需要送達(dá)的桌號(hào)，再按下確認(rèn)鍵，步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)該智能機(jī)器人傳菜員沿導(dǎo)引線運(yùn)動(dòng)，其間大齒輪下表面上的灰度傳感器分別拾取導(dǎo)引線的兩個(gè)邊緣，當(dāng)其他相鄰的兩個(gè)灰度傳感器進(jìn)入導(dǎo)引線時(shí)，說明機(jī)器人偏離了運(yùn)行軌道，傳感器會(huì)將信號(hào)傳送給單片機(jī)，此時(shí)單片機(jī)會(huì)根據(jù)傳感器的相對(duì)位置進(jìn)行反方向的糾偏，由步進(jìn)電機(jī)連接的小齒輪發(fā)生旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)中間的大齒輪以及固定在大齒輪上的輪子發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使兩邊靠近輪子的傳感器回到導(dǎo)引線內(nèi)部，輪子能夠沿著正確的軌跡前進(jìn)。如此不斷自動(dòng)修正，保持沿導(dǎo)引線正確的運(yùn)動(dòng)（單片機(jī)程序中應(yīng)含有“防抖動(dòng)”程序，即用以減少或避免機(jī)器人在不斷糾偏不斷來回抖動(dòng)中蛇形前進(jìn)）。當(dāng)其抵達(dá)某軌跡的岔口時(shí)，輪子一側(cè)的四個(gè)傳感器就會(huì)同時(shí)檢測(cè)到信號(hào)，發(fā)出一個(gè)信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)此信號(hào)給以計(jì)數(shù)，并判斷執(zhí)行轉(zhuǎn)90度彎或是繼續(xù)前進(jìn)。當(dāng)達(dá)到了設(shè)定的目的地坐標(biāo)數(shù)值后，單片機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)彎角度指令使輸送機(jī)器人按指令沿導(dǎo)引線轉(zhuǎn)彎送達(dá)某目的地坐標(biāo)地點(diǎn)。在坐標(biāo)地點(diǎn)貼有相對(duì)較寬的黑的區(qū)域。當(dāng)一排的八個(gè)灰度傳感器同時(shí)檢測(cè)到黑色時(shí)，直流電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人停在坐標(biāo)地點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)大輪的正前方另裝有第九個(gè)灰度傳感器，當(dāng)這九個(gè)傳感器同時(shí)檢測(cè)到黑色時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出信號(hào)使總繼電器吸合，液壓系統(tǒng)進(jìn)入待工作狀態(tài)，控制液壓泵的電機(jī)啟動(dòng)，液壓泵開始工作。液壓缸的每個(gè)行程分別由6個(gè)分繼電器控制，每一個(gè)分繼電器與電磁換向閥的一端相連，繼電器控制液壓缸在一個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)與停止，電磁閥用來控制液壓缸的伸長(zhǎng)與收縮。機(jī)械手先執(zhí)行找盤子過程，手爪缸伸長(zhǎng)，機(jī)械手張開，因?yàn)闄C(jī)器人的餐臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過程中受大齒輪的影響自身會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，所以此過程分為兩種情況：（1）機(jī)器人停在目標(biāo)位置時(shí)，要抓取的第一個(gè)盤子正好在機(jī)械手中心紅外線傳感器的監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，機(jī)械手順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到盤子的邊緣，當(dāng)檢測(cè)信號(hào)消失時(shí)，機(jī)械手逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到盤子中心（從盤子邊緣到盤子中心是通過延時(shí)來控制的），執(zhí)行抓盤子動(dòng)作。（2）機(jī)器人停在目標(biāo)位置時(shí)，要抓取的第一個(gè)盤子不在機(jī)械手中心紅外線傳感器的監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，機(jī)械手順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到盤子的邊緣，當(dāng)紅外線傳感器檢測(cè)到盤子時(shí)，單片機(jī)啟動(dòng)延時(shí)程序，轉(zhuǎn)到盤子中心，執(zhí)行抓盤子動(dòng)作。抓盤子時(shí)，控制豎直缸下降的繼電器與換向閥啟動(dòng)，單片機(jī)通過延時(shí)是機(jī)械手下降到抓取盤子的高度，控制豎直缸下降的繼電器與換向閥斷開，控制手爪缸收縮的繼電器與換向閥啟動(dòng)，對(duì)盤子進(jìn)行抓取。抓住盤子后，控制手爪缸收縮的繼電器與換向閥斷開，控制豎直缸上升的繼電器與換向閥啟動(dòng)，液壓缸上升到最高點(diǎn)，控制豎直缸上升的繼電器與換向閥斷開，控制水平缸伸長(zhǎng)的繼電器與換向閥啟動(dòng)，水平缸伸到最長(zhǎng)，控制水平缸伸長(zhǎng)的繼電器與換向閥斷開，控制豎直缸下降的繼電器與換向閥啟動(dòng)，當(dāng)豎直缸下降到盤子底部與餐桌接觸時(shí)，控制豎直缸下降的繼電器與換向閥斷開，控制手爪缸伸長(zhǎng)的繼電器與換向閥啟動(dòng)，機(jī)械手張開，盤子被放到餐桌上?？刂曝Q直缸上升的繼電器與換向閥啟動(dòng)，液壓缸上升到最高點(diǎn)，控制豎直缸上升的繼電器與換向閥斷開，控制水平缸收縮的繼電器與換向閥啟動(dòng)，水平缸收縮至最短，自此完成一次端菜過程。在抓取第二、三、四個(gè)盤子時(shí)，首先會(huì)執(zhí)行找盤子程序中的情況（2），然后按端菜程序依次將盤子送至餐桌。當(dāng)完成第四個(gè)端菜過程后，控制手爪缸收縮的繼電器與換向閥啟動(dòng)，機(jī)械手閉合，表示端菜過程結(jié)束?？刂埔簤罕玫碾姍C(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，液壓系統(tǒng)完成工作。步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)大齒輪中間的大輪子旋轉(zhuǎn)180度。機(jī)器人原路返回至導(dǎo)引線起點(diǎn)位置，機(jī)器人送餐完畢。當(dāng)餐臺(tái)上初始的盤子數(shù)量小于四個(gè)時(shí)，機(jī)械手抓完最后一個(gè)盤子，會(huì)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)0度，如在其過程中紅外線傳感器并未檢測(cè)到盤子，控制系統(tǒng)結(jié)束端菜過程，控制手爪缸收縮的繼電器與換向閥啟動(dòng)，機(jī)械手閉合，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)大齒輪中間的大輪子旋轉(zhuǎn)180度。機(jī)器人原路返回至導(dǎo)引線起點(diǎn)位置，機(jī)器人送餐完畢。由于液壓缸的缸桿為圓柱體，故在其軸向伸縮的同時(shí)會(huì)伴隨著軸向的旋轉(zhuǎn)，因此在水平缸與豎直缸的缸體與缸桿之間安裝有導(dǎo)向架，以防止因軸向旋轉(zhuǎn)而使運(yùn)動(dòng)軌跡偏離預(yù)定目標(biāo)。在水平桿的導(dǎo)向架最前端裝有紅外線避障傳感器，其檢測(cè)距離為10cm，當(dāng)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中遇到前方有障礙物時(shí)，避障傳感器將接收到信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出指令，直流電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人停在原地不動(dòng)；當(dāng)將障礙物移開后，單片機(jī)發(fā)出指令，直流電機(jī)繼續(xù)工作，機(jī)器人開始運(yùn)動(dòng)。此設(shè)計(jì)可以有效的避免機(jī)器人在送餐過程中撞倒行人，為顧客和機(jī)器人提供了安全保障。 圖1 3.3 行走部分機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及控制 行走部分主要采用自行設(shè)計(jì)的獨(dú)輪機(jī)構(gòu)，通過直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)前進(jìn)，獨(dú)輪通過爪型固定架，安裝在從動(dòng)轉(zhuǎn)向輪中心。在機(jī)箱底部均布有四個(gè)萬向腳輪，是機(jī)器人在行走時(shí)能夠保持平衡。轉(zhuǎn)向部分通過與步進(jìn)電機(jī)直接相連的轉(zhuǎn)向齒輪控制，大齒輪與三個(gè)小齒輪相嚙合，通過42兩相四拍步進(jìn)電機(jī)對(duì)其實(shí)現(xiàn)精確地轉(zhuǎn)向控制。 圖2 圖3 圖4 圖5 3.4 液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本液壓系統(tǒng)設(shè)定壓力為0.8MPa,大臂升降A(chǔ)缸選用內(nèi)徑40行程320mm ，安裝方式后法蘭安裝。水平伸縮缸B采用內(nèi)徑32，行程220mm?？刂剖肿埡细證內(nèi)徑25行程100mm。泵選用型號(hào)：CB-B4，流量1.8L/min,齒輪泵，壓力2.5MPA 轉(zhuǎn)速1450 n/min,電機(jī)采用24V 直流電機(jī)其功率0.13KW ，電流5.2A,轉(zhuǎn)速1500 n/min。油管管徑采用6mm,郵箱油量5.4L電磁閥采用三位四通，通徑4，通量6L/min如圖7。其原理圖如圖6，液壓缸之間的鏈接如圖8。 圖6 圖7 圖8 3.5 三組傳感器的布局及功能 3.5.1行走部分傳感器 行走控制系統(tǒng)通過固定于從動(dòng)大齒輪底面的9個(gè)PH6002A光耦傳感器實(shí)現(xiàn)循跡的糾偏、轉(zhuǎn)彎、桌定位及掉頭。其排布左右各四個(gè)，正前方一個(gè)，利用黑色吸光性強(qiáng)的原理，將光耦輸出模擬信號(hào)通過LM339四相電壓比較器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出到單片機(jī)上。單片機(jī)通過脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)不同轉(zhuǎn)角的控制。如圖9 圖9 在行走，轉(zhuǎn)彎時(shí)主要依靠左右四個(gè)傳感器不同的返回值，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)糾偏，轉(zhuǎn)彎。其糾偏狀態(tài)如表1所示： L4 L3 L2 L1 R1 R2 R3 R4 狀態(tài) 1 1 1 0 1 1 1 1 微左偏 1 1 0 0 1 1 1 1 稍微左偏 1 1 0 1 1 1 1 1 稍左偏 1 0 0 1 1 1 1 1 稍左偏 1 0 1 1 1 1 1 1 左偏 0 0 1 1 1 1 1 1 為嚴(yán)重左偏 0 1 1 1 1 1 1 1 嚴(yán)重左偏 1 1 1 1 0 1 1 1 微右偏 1 1 1 1 0 0 1 1 稍微右偏 1 1 1 1 1 0 1 1 稍右偏 1 1 1 1 1 0 0 1 稍右偏 1 1 1 1 1 1 0 1 右偏 1 1 1 1 1 1 0 0 微嚴(yán)重右偏 1 1 1 1 1 1 1 0 嚴(yán)重右偏 表1 3.5.2避障傳感器 避障傳感器將其安排在水平缸的前端如圖10，位于小導(dǎo)向架的頂部，此位置也是機(jī)器人整體的最前端，其檢測(cè)距離為20cm。當(dāng)機(jī)器人運(yùn)行時(shí)，如前方遇到障礙物，傳感器跳轉(zhuǎn)至低電平觸發(fā)，信號(hào)反饋到單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出停止前進(jìn)的指令。此功能可防止機(jī)器人運(yùn)行時(shí)撞到顧客，發(fā)生意外事故。 圖10 3.5.3 盤子定位傳感器 盤子定位傳感器布置在機(jī)械手的軸套內(nèi)部，其內(nèi)部設(shè)置了凹槽，便于傳感器的安放，盤子定位主要通過光電開關(guān)進(jìn)行定位并確定盤子中心進(jìn)行端菜過程。如圖11 圖11 3.6 機(jī)器人整體程序的設(shè)計(jì)框圖及編寫 初始化,首先通過單片機(jī)（MCU）對(duì)液晶屏及紅外接收初始化清零，遙控器輸入設(shè)定桌號(hào)，經(jīng)紅外接收頭將信號(hào)輸入到MCU中，并顯示在液晶屏上。同上述所述，用遙控器啟動(dòng)機(jī)器人。單片機(jī)整體控制如圖12。 圖12 機(jī)器人啟動(dòng)以后，機(jī)器人開始沿著黑色膠帶鋪設(shè)好的軌跡行走。循跡主要依托于對(duì)稱排布與機(jī)器人底部的八個(gè)循跡傳感器，其排布左右各四個(gè)。不同位置不同數(shù)目的循跡傳感器檢測(cè)到黑線具有不同的返回值，其將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入到上述MCU中。上述MCU根據(jù)上述不同的返回值，利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)相應(yīng)的轉(zhuǎn)角來保證機(jī)器人沿著黑線中心行走。如圖13 遙控器輸入相應(yīng)餐桌位置 遙控器輸入啟動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)繼電器置1 直流電機(jī)置0 步進(jìn)電機(jī)糾偏 直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 打開總電源 液晶屏顯示 圖13 當(dāng)上述循跡傳感器有一側(cè)四個(gè)循跡傳感器同時(shí)檢測(cè)到時(shí)，如果是輸入行號(hào)或列號(hào)，機(jī)器人執(zhí)行90度轉(zhuǎn)外。否則上述MCU只進(jìn)行計(jì)數(shù)。 為保證機(jī)器人到達(dá)桌位能夠停下來，在機(jī)器人底盤加設(shè)第九個(gè)循跡傳感器。當(dāng)九個(gè)同時(shí)檢測(cè)到黑線時(shí)，機(jī)器人到達(dá)指定桌位。如圖14 機(jī)器人啟動(dòng) 傳感器返回值是否為0FFFF 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一定的角度糾偏 NO 行號(hào)t+1 液晶屏顯示 t是否等于餐桌列號(hào) 小于 r=t-行號(hào) 大于 r是否等于行號(hào) YES YES 直流電機(jī)繼電器置1 獨(dú)輪轉(zhuǎn)相應(yīng)方向的90° 置0 YES 小于 圖14 在機(jī)器人到達(dá)指定桌位以后，直流電機(jī)繼電器斷開，機(jī)器人停止行走。液壓電機(jī)繼電器打開，液壓泵開始工作。 液壓機(jī)械手通過六個(gè)繼電器模塊控制電磁閥依次動(dòng)作保證液壓機(jī)械手的整個(gè)動(dòng)作。 為保證機(jī)械手能準(zhǔn)確抓到盤子，在機(jī)械手上設(shè)有紅外定位傳感器。如果菜盤位于上述液壓機(jī)械手下方，現(xiàn)尋找中心在抓取菜盤。然后再依次抓取所有的盤子。如果盤子不在機(jī)械手下方，則先尋找盤子，在定位抓取。機(jī)械手尋找盤子旋轉(zhuǎn)由步進(jìn)電機(jī)控制，如圖15。機(jī)械手動(dòng)作順序如表2。 到達(dá)指定桌位 液壓泵繼電器 置0 手爪 張開 是否有盤子 步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn) 步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn) 是否有盤子 步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)30° 是否有盤子 步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)30° 機(jī)械手送菜 獨(dú)輪是否已轉(zhuǎn)360° 置1 No YES No YES YES No No YES 圖15 動(dòng)作順序 YA1 YA2 YA3 YA4 YA6 YA7 YA8 YA9 YA10 YA11 YA12 YA13 電機(jī)啟動(dòng) + 手抓張開 + + 手臂下降 + + 手抓抓取盤子 + + 手臂上升 + + 手臂前伸 + + 手臂下降 + + 手抓張開 + + 手臂上升 + + 手抓收合 + + 泵卸載 表2 當(dāng)所有盤子都抓取結(jié)束時(shí)，機(jī)器人通過步進(jìn)電機(jī)控制180度掉頭。 回函數(shù)主要控制其按原路返回。如果有一側(cè)四個(gè)循跡傳感器同時(shí)檢測(cè)到黑線時(shí)機(jī)器人90度轉(zhuǎn)彎。但第一測(cè)到機(jī)器人轉(zhuǎn)彎但不計(jì)數(shù)。如圖16。 送餐結(jié)束 獨(dú)輪旋轉(zhuǎn)180° 直流電機(jī) 傳感器狀態(tài)返回值 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一定角度 X+1 Y是否等于餐桌列號(hào) 液晶顯示 Y=X-行號(hào) 是否為輸入行號(hào) 獨(dú)輪轉(zhuǎn)90° 一側(cè)4個(gè) 檢測(cè)到 X=1 X>1 大于 NO YES NO YES 置0 偏離 圖16 在整個(gè)全過程中如果避障傳感器測(cè)到障礙物，上述繼電器模塊直流電機(jī)繼電器立即斷開，機(jī)器人停止行走，待障礙物移開時(shí)機(jī)器人可繼續(xù)行走。如圖17。 輸入餐桌號(hào)并啟動(dòng)機(jī)器人 前進(jìn)函數(shù) 前進(jìn)函數(shù) 前進(jìn)函數(shù) 系統(tǒng)停止工作 是否有障礙 有障礙物 有障礙物 有障礙物 有障礙物 無障礙物 無障礙物 無障礙物 YES NO NO NO NO 圖17 機(jī)器人整體程序如下： /****************************************************************/ /****************************************************************/ /*主控芯片 :STC89C52 */ /* 步進(jìn)電機(jī)啟停設(shè)有加減速。正常10kHZ , 減速5kHZ */ /***************************************************************/ /* 紅外遙控器控制 ：1、控制步進(jìn)（綠）和直流（藍(lán)）電機(jī)啟動(dòng) */ /*（液晶配合顯示） 2、數(shù)字按鍵：確定餐桌序號(hào) */ /*此程序是針對(duì)uPD6121系列遙控器的取碼程序，解碼值在Im[2]中，當(dāng)IrOK=1時(shí)解碼有效*/ /***************************************************************/ /*機(jī)械手控制：電磁閥繼電器：0--開（燈亮），1--閉合 50 /*****************************/ /*****************************/ #include < reg52.h > #include < intrins.h > //#include"inf-test.h" /**********函數(shù)聲明***********/ #define uint unsigned int #define uchar unsigned char /******糾偏部分*******/ void delayms(uint x); void jiupian(); void motor_bj_left(); void motor_bj_right(); void time2_init(); void maichong(); void speed(); void goahead(); void comeback(); /******避障部分*******/ void bizhang(); /******紅外控制部分******/ //sfr P2M0 = 0X96; //sfr P2M1 = 0X95; #define uchar unsigned char #define Imax 14000 #define Imin 8000 #define Inum1 1450 #define Inum2 700 #define Inum3 3000 void init_inf(); void control(); void site(); void inf_address(); /******lcd顯示部分******/ void delay1(uint x); void write_com(uchar com); void write_data(uchar dat); void init(); /******機(jī)械手部分*******/ void fa_cz_up_zhua(); void fa_cz_down_zhua(); void fa_cz_up_fang(); void fa_cz_down_fang(); void fa_sp_shen(); void fa_sp_suo(); void fa_hand_jiance(); void fa_hand_fang(); void fa_hand_zhua(); void fa_hand_init(); void hand_start(); void find(); void find_1(); void find_2(); void qucai(); void hand_stop(); void goback(); void jixieshou(); /*********位定義************/ /******糾偏部分*******/ sbit PWM1=P2^0; sbit PWM2=P2^1; sbit graysensor_1=P2^3; /******避障部分*******/ sbit zhangai=P3^0; /******機(jī)械手部分*******/ sbit fa_cz1=P0^0; sbit fa_cz2=P0^2; sbit fa_sp1=P0^3; sbit fa_sp2=P0^4; sbit fa_hand1=P0^5; sbit fa_hand2=P0^6; sbit JXS_ZKG=P2^4; sbit handsingle=P3^3; /******紅外控制部分******/ sbit Relay = P2^5 ; sbit hongwai=P3^2; sbit Relay_bj=P2^2; /******定義變量和數(shù)組*******/ /******糾偏部分*******/ unsigned long int i=0; unsigned long int n; unsigned long int count1; unsigned long int count2; uint time; uchar graysensor; uchar k=0; //sfr T2MOD=0xc9; /******機(jī)械手部分*******/ unsigned long int c; uchar d=0; uchar h=0; uchar l=0; uchar aa=0; uchar bb=0; /******紅外控制部分******/ uchar Im[4] = {0x00,0x00,0x00,0x00}; uchar show[2]={0,0}; uchar f; uchar IrOK; unsigned long Tc; unsigned long m; uchar t=0; uchar r; uchar s; static uchar u; static uchar v; /******lcd顯示部分******/ uchar code table_num1[]={11,12,21,22}; uchar code table_num2[]={11,12,13,21,22,23,31,32,33}; uchar code table1[]="0123456789"; uchar code xuyan1[]="welcome to R&R"; uchar code xuyan2[]="REBOT RESTAURANT"; sbit rs=P3^5; sbit lcden=P3^4; sbit dula=P2^6; sbit wela=P2^7; /*此程序是針對(duì)uPD6121系列遙控器的取碼程序，解碼值在Im[2]中，當(dāng)IrOK=1時(shí)解碼有效*/ /*****************************/ /* 紅外遙控器控制 */ /*****************************/ void init_inf() { m = 0; f = 0; EA = 1; IT0 = 1; EX0 = 1; TMOD = 0x11; TH0 = 0; TL0 = 0; TR0 = 1; } /*****外部中斷解碼程序******/ void intersvr0(void) interrupt 0 using 1 { Tc = TH0 * 256 + TL0; TH0 = 0; TL0 = 0; if((Tc > Imin) && (Tc < Imax)) { m = 0; f = 1; return; } if(f == 1) { if(Tc > Inum1 && Tc < Inum3) { Im[m / 8] = Im[m / 8] >> 1 | 0x80; m++; } if(Tc > Inum2 && Tc < Inum1) { Im[m / 8] = Im[m / 8] >> 1; m++; } if(m == 32) { m = 0; f = 0; if(Im[2] ==~ Im[3]) { IrOK =1 ; } else { IrOK = 0; } } } } /***紅外接收處理函數(shù)與顯示***/ void delay1(uint x) { uint a,b; for(a=x;a>0;a--) for(b=10;b>0;b--); } void write_com(uchar com) { P0=com; rs=0; lcden=0; delay1(10); lcden=1; delay1(10); lcden=0; } void write_data(uchar dat) { P0=dat; rs=1; lcden=0; delay1(10); lcden=1; delay1(10); lcden=0; } void init() { dula=0; wela=0; write_com(0x38); delay1(20); write_com(0x0f); delay1(20); write_com(0x06); delay1(20); write_com(0x01); delay1(20); } void lcd() { uchar e; write_com(0x80+17); delay1(20); for(e=0;e<14;e++) { write_data(xuyan1[e]); delay1(20); } write_com(0xc0+17); delay1(50); for(e=0;e<16;e++) { write_data(xuyan2[e]); delay1(40); } } /*指定位置*/ void site() { u=(s/10); v=(s%10); } void inf_address() { if(IrOK == 1) { switch(Im[2]) { case 0x0c: s=table_num1[0]; write_data(table1[1]); break; case 0x18: s=table_num1[1]; write_data(table1[2]); break; case 0x5e: s=table_num1[2]; write_data(table1[3]); break; case 0x08: s=table_num1[3]; write_data(table1[4]); break; case 0x1c: s=table_num2[4]; write_data(table1[5]); break; case 0x5a: s=table_num2[5]; write_data(table1[6]); break; case 0x42: s=table_num2[6]; write_data(table1[7]); break; case 0x52: s=table_num2[7]; write_data(table1[8]); break; case 0x4a: s=table_num2[8]; write_data(table1[9]); break; case 0x43: Relay =~ Relay; write_data(table1[0]); k=1; break; case 0x40: Relay_bj=~Relay_bj; write_data(table1[0]); break; } IrOK = 0; } site(); } void control(void) { while(k==0) { inf_address(); } while((k==1)&&(aa==0)) { jiupian(); } } void init_kg() { JXS_ZKG=1; Relay=1; Relay_bj=0; } /**************************/ /*機(jī)械手程序 */ /**************************/ void fa_cz_up_zhua() { fa_cz1=0; delayms(8400); //6400 fa_cz1=1; delayms(1); } void fa_cz_down_zhua() { fa_cz2=0; delayms(6200); //7200 8800 6200 fa_cz2=1; delayms(1); } void fa_cz_up_fang() { fa_cz1=0; delayms(8400); fa_cz1=1; delayms(1); } void fa_cz_down_fang() { fa_cz2=0; delayms(6700); //4700 fa_cz2=1; delayms(1); } void fa_sp_shen() { fa_sp1=0; delayms(6000); //4700 fa_sp1=1; delayms(1); } void fa_sp_suo() { fa_sp2=0; delayms(7500); fa_sp2=1; delayms(1); } /*手部行程：從完全收縮到完全伸出-----機(jī)械手呈現(xiàn)：抓-張-抓（此處只用到上半行程*/ void fa_hand_jiance() { fa_hand1=0; delayms(1600); //1700 fa_hand1=1; delayms(1); } void fa_hand_init() { fa_hand2=0; delayms(2700); fa_hand2=1; delayms(1); } void fa_hand_fang() { fa_hand1=0; delayms(1100); fa_hand1=1; delayms(2000); } void fa_hand_zhua() { fa_hand2=0; delayms(1600); //1650 fa_hand2=1; delayms(2000); } void qucai() { i=0; d++; fa_cz_down_zhua(); fa_hand_zhua(); fa_cz_up_zhua(); delayms(500); if(bb==0) { n=c; motor_bj_left(); i=0; } delayms(500); if(i==0) { fa_sp_shen(); fa_cz_down_fang(); fa_hand_fang(); fa_cz_up_fang(); fa_sp_suo(); } EX1=1; h=d; bb=0; } void fand_1() { uint g=0; while(handsingle==0) { n=1; motor_bj_right(); g++; } if(handsingle==1) { bb=1; if((g>155)||(g=155)) c=g-155; else c=155-g; delayms(500); n=0; count2=20; n=170; motor_bj_left(); qucai(); } } void find_2() { n=2560; motor_bj_right(); if(handsingle==0) { EX1=1; n=155; motor_bj_right(); delayms(500); if(handsingle==0) { qucai(); } else { EX1=1; n=(2560-c); motor_bj_right(); } } } void intersvr1() interrupt 2 { c=i+155; n=0; count2=20; EX1=0; delayms(20); } void find() { EX1=0; if((handsingle==0)&&(d==0)) { EX1=0; fand_1(); } else { bb=0; find_2(); } } void hand_start() { Relay=1; aa=1; n=0; i=0; count2=20; EA=0; P0=0xff; delayms(1000); JXS_ZKG=0; delayms(1000); } void hand_stop() { fa_hand_init(); JXS_ZKG=1; EX1=0; if(h==4) { n=1400; motor_bj_right(); delayms(65); } else { n=1720; motor_bj_right(); delayms(2000); } EA=1; n=0; i=0; count2=20; Relay=0; r=0; t=0; aa=0; } void jixieshou() { hand_start(); delayms(1000); fa_hand_jiance(); delayms(500); EA=1; EX1=1; IT1=0; while((d!=4)&&(i<2500)) { find(); } if((h==4)||(i>=2500)) { hand_stop(); } } /**************************/ /*糾偏程序 */ /*****************************/ void delayms(uint x) { uint y; for(x;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); } void jiupian() { graysensor=P1; switch(graysensor) { case 0xfe: n=321 ; motor_bj_right(); break; case 0x7f: n=311; motor_bj_left(); break; case 0xfc: n=243; motor_bj_right(); break; case 0x3f: n=233; motor_bj_left(); break; case 0xf4: n=204; motor_bj_right(); break; case 0x1f: n=194; motor_bj_left(); break; case 0xfd: n=204; motor_bj_right(); break; case 0xbf: n=194; motor_bj_left(); break; case 0xf9: n=170; motor_bj_right(); break; case 0x9f: n=155; motor_bj_left(); break; case 0xfb: n=126; motor_bj_right(); break;