智能倒水機器人的設(shè)計

楊磊+徐建軒+印松+曾日潮+李星辰

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

關(guān)鍵詞 會議 智能機器人 傳感器 單片機

中圖分類號：TP24 文獻標識碼：A

0引言

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

1裝置設(shè)計與實現(xiàn)

作為一個倒水裝置，最重要的兩個參數(shù)便是其運動的穩(wěn)定性和功能的可靠性，如果裝置在運行過程中出現(xiàn)杯中的水灑出來、或者杯子未到位而水龍頭先出水的情況，說明裝置還存在一定的缺陷。本裝置中采取了兩個直流無刷電機驅(qū)動三個輪子運動（后面兩個驅(qū)動輪、前面一個從動輪）的機械結(jié)構(gòu)來保持裝置的平穩(wěn)運行，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，通過支撐圓環(huán)的三個小滾輪做圓周運動。控制部分以模塊化的設(shè)計思想為主導(dǎo)，包括電機驅(qū)動模塊、STC89C52RC-RD單片機最小系統(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。通過機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的密切配合保證了運動的穩(wěn)定性和功能的可靠性。

1.1 機械系統(tǒng)

本設(shè)計中的機械部分包括倒水機構(gòu)和行走機構(gòu)，倒水機構(gòu)設(shè)置于箱頂，包括出水裝置和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，出水裝置包括水桶，水桶頂部通過水管連接至水泵，水泵通過水管連接至水龍頭，水龍頭下方和出水口處均設(shè)有光電傳感器；旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括一步進電機，步進電機輸出軸上端連接有聯(lián)軸器，聯(lián)軸器上端連接有傳動軸，傳動軸與圓盤相連，圓盤與箱頂之間設(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小滾輪，箱頂中間部位設(shè)有環(huán)形軌道，三個小滾輪在環(huán)形軌道處做圓周運動。倒水機構(gòu)下端連接有行走機構(gòu)，包括一底板，底板中間部位有兩臺直流無刷電機，通過電機座固定于底板上，底板后側(cè)兩個角處均通過螺栓緊固有兩個軸承座，主動軸通過軸承固定于軸承座之間，主動軸中間部位設(shè)有主動齒輪，直流無刷電機輸出端也連接有輸出齒輪，主動齒輪與輸出齒輪通過同步帶連接，兩個主動軸一端均連接有驅(qū)動輪，底板下端前側(cè)設(shè)有從動輪（如圖1）。

1.2控制系統(tǒng)

本設(shè)計方案中的智能倒水機器人采用后輪驅(qū)動，后輪左右兩邊各用一個電機驅(qū)動，由單片機輸出PWM調(diào)制信號控制后面兩個輪子的轉(zhuǎn)速從而控制機器人轉(zhuǎn)向。循跡是指小車在白色的地板上循黑帶行走，本設(shè)計中的機器人循跡行走通過TRCT5000紅外對管反射式光電傳感器，小車在行駛過程中，當左、右的傳感器檢測不到到黑線時，小車直線前進，當靠左邊的傳感器檢測到黑帶時，小車向左拐；當靠右邊的傳感器檢測到黑帶時，小車向右拐。裝置采用多個紅外對管傳感器可以使小車的行駛更加靈活，拐彎時更加順暢。

當本裝置執(zhí)行命令時，遙控器通過無線控制給單片機控制器一個信號，機器人行走至指定位置后，控制器給步進點擊驅(qū)動器一個脈沖，使步進電機帶動圓盤旋轉(zhuǎn)，當水龍頭下方的光電傳感器監(jiān)測到有杯子時，將信號傳遞給單片機控制器，而后控制水泵使水龍頭出水一定時間，出水動作完成后，水泵停止工作，單片機控制器給轉(zhuǎn)盤控制裝置信號使圓盤旋轉(zhuǎn)，達到倒水的目的。

2使用效果與結(jié)論

2.1使用效果

從制作的樣機來看，機器人可以順暢地實現(xiàn)設(shè)計中的循跡、定位和倒水等功能。在此基礎(chǔ)上，為了使機器人更加智能化，還可以為其擴展避障、自動識別、自動報警、自動保持安全距離、車速檢測和遠程控制等功能設(shè)計（如圖2）。

2.2結(jié)論

本設(shè)計中的智能倒水機器人，采用TRCT5000紅外傳感器為循跡模塊，通過電路將紅外收發(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讀入數(shù)據(jù)進行處理，并通過輸出PWM波信號控制2個電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)循跡、定位和倒水等功能，同時使用單元化的電路設(shè)計，使得系統(tǒng)簡潔，響應(yīng)快，性能穩(wěn)定。

參考文獻

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

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