基于慧魚機器人傳菜梯的設計

張 超，王曉凱

（安徽科技學院 機械工程學院，安徽 滁州 233100）

基于慧魚機器人傳菜梯的設計

張 超，王曉凱

（安徽科技學院 機械工程學院，安徽 滁州 233100）

本文以慧魚創意組合模型為平臺，設計出一種傳菜梯的結構模型.該傳菜梯利用觸動開關進行位置控制.傳菜梯采用慧魚智能接口板進行軟硬件的連接，用直流電動機驅動.ROBOPro軟件控制傳菜梯完成一系列動作.本文首先介紹傳菜梯的基本原理，然后確定驅動和傳動方案，利用ROBOPro軟件編寫出相應的控制程序來進行測試運行，完成傳菜梯的軟硬件的設計，成功實現傳菜的功能.

機器人；傳菜梯；慧魚創意組合

隨著科學技術的高速發展，人們的物質生活水平不斷地提高，同時人口也在爆炸式的不斷增長，人類的生活空間相對縮小，同時人們對于生活環境的要求也在不斷地提高，越來越擁擠的生存空間以及人們對方便快捷的生活方式的追求，使得建筑業得以迅速的發展，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，隨著社會的發展，電梯產品在人們物質生活中的地位將越來越重要，越來越不可缺少.

傳菜梯、傳菜梯是由雜物運送電梯演化升級而來，中國質量監督檢驗總局條文指定的該產品的名詞為雜物電梯，用于賓館、酒店、飯店、醫院、部隊、學校、幼兒園等廚房內部運送各種物資，由于其多用于不同樓層之間傳送菜盤，所以人們稱之為“傳菜梯”.傳菜梯的出現很好的解決了飯店、賓館等送菜的問題，既節省人力又安全快捷、經濟高效，所以傳菜梯得以快速的發展.

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，通過數字小鍵盤輸入指定的房間代碼，按確認鍵，然后傳送箱在驅動裝置的帶動下先豎直移動到指定的樓層，然后再橫向移動到特定的房間里去，由服務員將飯菜端至餐桌供客人們食用，然后服務員按鍵確認飯菜以端出，從而傳送箱在驅動裝置的帶動下回到廚房進行下一次飯菜的傳遞，循環傳菜.

傳菜梯還有很大的發展空間，可以向更加智能化的方向發展，首先在點菜環節，客人到達房間后，傳統方式是由服務員拿來菜單，并記錄下客人所點的菜，然后將點菜單送至廚房.

智能化的發展是，每個房間都有一個小的顯示器觸屏，上面顯示的是飯店里所有的菜，并且有菜的圖片、價格、口味等各種信息，用手指點擊就可以選定要上的菜，選好以后，將整個菜單提交，這樣數字化的菜單就能通過線路傳輸到廚房，廚房這邊也有相應的顯示器，用于接收所用房間傳來的點菜單，再來燒制飯菜通過傳菜梯傳送到相應的房間去.這樣能節省人力，更加方便快捷，實現智能化.

1 傳菜梯的傳菜原理

傳菜梯，顧名思義，就是可以根據輸入的具體房間號碼信息，將飯菜安全準確的傳送至指定的房間，然后由服務員將菜盤端至餐桌上，供客人們食用.而我們的產品能獨立完成這一系列的動作.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作.首先，應能完成信息的輸入，從而來指定具體的房間，該部分由幾個觸動開關傳感器組合而成.其次，應能進行縱向的傳輸，使托盤到達指定的樓層.第三，應能進行縱向和橫向之間的換接，交接給仿人機器人后通過橫向和縱向的傳動裝置回到廚房，等待下一次傳送.第四，再通過仿人機器人進行橫向的傳輸，將托盤送至指定的房間.第五，機器人能安全準確的把托盤放至桌面上.放下托盤后，機器人返回等待下一個指令.第六，機器人能按照指令進行結賬，收盤等功能.

1.1 傳菜梯的基本組成要素分析

本次設計的傳菜梯系統是一個典型的機電一體化系統.所謂的機電一化系統是指在系統的主功能、信息處理功能和控制功能等方面引了電子技術，并把機械裝置、執行部件、計算機等電子設備以及軟件等有機結合而成的系統，即機械、執行、信息處理、接口和軟件等部分在電子技術的支配下以系統的觀點進行組合而形成的一種新型機械系統.

該傳菜梯模型就是依據機電一體化系統的組成原則進行設計的.其主要由以下四個基本組要素：動力驅動部分、傳感檢測部分、控制及信息處理部分、執行部分.

1.2 傳菜梯的機器本體結構

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

1.2.1 動力部分

動力部分的功能是按照傳菜梯的控制要求，為系統提供動力以保證的系統正常運行.

1.2.2 驅動部分

驅動部分的功能是在控制信息的作用下，驅動各種執行機構完成各種動作和功能.

1.2.3 傳感檢測部分

傳感檢測部分的功能是對系統運行過程中所需要的本身和外界環境的各種參數及狀態進行檢測，并轉換成可識別信號，傳輸到ROBOPro接口板，經過分析、處理后產生相應的控制信息.本次的傳菜梯設計中用到的傳感器是接觸傳感器即接觸行程開關.主要是檢測和反饋傳菜箱體的位置信息，并將檢測信息傳送到接口板，經處理后由接口板發出相應的指令信息.

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.其功能是將來自傳感器的檢測信息和外部的輸入命令進行集中、存儲、分析、加工，根據信息處理結果，按照一定的程序發出相應的控制信號，通過輸出接口送往執行部件，控制整個系統有目的地有序運行.傳菜梯的控制與信息處理單元主要由計算機、可編程控制器、邏輯電路及I/O接口等組成.

1.2.5 執行部分

執行部分的功能是根據控制信息和指令完成所要求的動作.本次設計中的執行部件采用齒輪齒條傳動機構以及絲杠螺母傳動機構完成傳菜箱的傳送.

2 方案設計

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行編碼，將房間的代碼信息通過輸入裝置輸入傳菜梯的控制系統中，才能控制驅動執行部件去完成指定的動作.本次設計一共模擬了四個小房間，分成兩樓，每樓兩間房，分別標號為1、2、3、4.所以房間信息的輸入部分用了五個觸動傳感器開關，其中四個用于選擇指定的房間，還有一個用于輸入信息確認.

2.2 傳菜梯的縱向傳動

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，所以應通過傳菜梯的縱向傳動機構實現不同樓層之間的傳送，通過行程觸動開關和控制程序的設計來實現不同樓層之間的識別.縱向傳送裝置主要包含箱體，箱體內底部開設有傳菜托盤滑槽，位于傳菜托盤滑槽的一端設置有側推滑塊，側推滑塊通過傳動螺桿與設置在箱體外底部一側的帶減速器的電動機傳動連接，傳菜托盤滑槽的另一端設置有傳菜托盤出入口，箱體的外頂部中心設置有升降滑輪，升降滑輪通過升降繩索與升降機傳動連接；并在每個樓層都設四個不同的傳送窗口，以便能更快捷的傳送物品.

2.3 傳菜梯的橫向傳動

橫向傳送裝置主要包含支架，支架上設置有導向滑槽，導向滑槽內滑動連接有移動托板或移動鏈板，所述傳菜托盤出入口的寬度與移動托板的寬度相等，所述移動托板通過設置在其兩側邊的傳動桿傳動連接，所述兩傳動桿的一端均固定連接有相同的傳動鏈輪，所述兩傳動鏈輪通過同一個傳動鏈條與設置在支架的一端的帶有減速器的電動機傳動連接.

進一步說，側推滑塊和移動托板上均設置有電磁傳菜托盤吸附裝置，電磁傳菜托盤吸附裝置和帶有減速器的電動機均與智能控制系統電連接.

更進一步說，箱體四周側壁上設有隔熱層，箱體的下方設置有支撐腳，傳菜托盤出入口的兩側壁上設有導向斜面或導向弧面.

本實用新型的有益效果：本實用新型不僅能將菜縱向傳送至不同的樓層，而且可以橫向傳動至不同的房間，這不僅提高了上菜效率，且大大減輕了服務員的勞動強度和降低出錯率.

2.4 自助服務功能

本傳菜梯還結合了以往的傳菜梯的傳送功能及服務員的點餐、語音介紹及自助刷卡結賬功能，這是它的獨特之處，它是傳統傳菜梯的結合體，通過觸動開關開啟服務功能，發出指令后由傳感器檢測識別相關的服務項，再由控制系統做出對應的決策，由執行器執行相應的動作.

3 設計的最終結果及改進

經過上述的所有設計過程，認真調試程序和調整傳菜梯中各個零件之間的位置，使傳菜盡可能準確的到達指定的樓層和房間，最終的模型圖如圖1所示.

由于受實驗室慧魚機器人模塊不足的限制，只能進行粗略的傳送，設計中所用到的零件全是根據要求自己創新組合而成，所以在完整性、準確性、外觀等方面有很大的欠缺，有待進一步的改進.其中縱向和橫向的換接可以用電磁鐵的吸合等方式實現，還有當飯菜傳送至指定的房間后，應在傳菜箱的底面上設計一個觸動開關，由于飯菜自身的重量，該開關始終處于閉合狀態，當服務員端出飯菜后，開關會自動彈開，然后再延時一定時間后，自動返回至廚房，等待下次傳送，這樣可以避免由于服務員的失誤而造成飯菜沒有及時端出的問題.也可以在每個房間都設置一個開關，當服務員按下開關后，傳菜箱才會返回，設計中如果按照上述方法設計，則要多用4個觸動開關，而擴展板上沒有多余的接口，所以未能實現.

圖1 傳菜梯模型圖

4 結語

本次論文設計的題目為：基于慧魚機器人傳菜梯的設計.設計時，主要涉及到機械傳動、機械結構、傳感器技術及其應用等相關的專業基礎知識.通過設計達到傳菜的目的.

在進行本次設計之前，在設計的過程中，首先是根據實驗室中現有的資源，設計、組裝傳菜梯的本體，并確定各種運動和傳動的方式，然后，根據傳菜梯要實現的功能，選擇合適的傳感器.傳菜梯的本體設計好后，便進行控制程序的編制與調試，設計出符合要求的傳菜梯傳送系統.

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TP242.3

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1673-260X（2014）11-0047-03

安徽科技學院大學生創新創業訓練計劃項目資助