吊軌式智能傳菜裝置設(shè)計與研制

李運蘭，郭承恩

(長沙學(xué)院計算機工程與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)院，湖南 長沙 410022)

隨著餐飲業(yè)的迅速發(fā)展，為顧客提供更加優(yōu)良的服務(wù)成為亟待解決的問題.餐廳的上菜效率是評價服務(wù)水平的重要指標之一.現(xiàn)有的上菜過程是在食物做完后由服務(wù)人員將食物從工作間送入餐廳供顧客食用，這個過程基本由人工完成，不但所需的服務(wù)人員較多，而且服務(wù)人員勞動強度大.隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的人力資源趨于緊張，成本也在不斷上漲.并且傳送人員如果過多，也會導(dǎo)致餐廳過道擁擠，降低了用餐環(huán)境的舒適度.為此地面機器人傳菜在一些餐館的應(yīng)用，成為了一道風(fēng)景.但大部分餐館過道擁擠，地面高度不一，造成地面機器人傳菜不能廣泛地推廣應(yīng)用.

為了解決上述問題，本項目提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、工作效率高的吊軌式智能傳菜裝置.本系統(tǒng)安裝調(diào)試比較方便快捷，裝置規(guī)模可大可小，成本較低，適應(yīng)于酒樓的大堂與大型面館之類的場所.隨著中國人口紅利的消失，人員工資大幅攀升，吊軌式智能傳菜裝置的使用可大大地減少人力成本.

1 系統(tǒng)設(shè)計

吊軌式智能傳菜裝置，包括機械軌道、智能傳菜小車和盛菜籃三部分.智能小車與盛菜籃通過鋼絲繩連接，機械軌道是智能小車的運動軌道.本系統(tǒng)的關(guān)鍵在于機械軌道設(shè)計與智能傳菜小車的設(shè)計.

1.1 機械軌道的設(shè)計

機械軌道是智能小車的運動軌道，置于廚房與餐廳之間區(qū)域的上空，為單軌道或多軌道的環(huán)形軌道，中間開槽，智能小車可在軌道上滑動.軌道開槽的目的是讓連接智能小車與盛菜籃的鋼絲繩穿過，智能小車與盛菜籃通過鋼絲繩連接，盛菜籃可通過控制升降電機智能上下升降.本文設(shè)計的這種特殊的軌道，有如下特點：

(1)軌道提供智能小車的供電.采用軌道接電技術(shù)[1]，智能小車的供電與高鐵的供電類似，降低了供電成本.軌道采用24伏低壓供電，保證了供電的安全與低成本.解決了其他的智能小車的鋰電與蓄電池供電的高成本與電力續(xù)航能力差的問題，并且大大提高了小車的負載能力.

(2)軌道轉(zhuǎn)軌技術(shù)自創(chuàng)，轉(zhuǎn)軌簡單、高效，多軌道的轉(zhuǎn)軌技術(shù)已經(jīng)申請了專利.軌道是中間開槽的凹槽形狀金屬軌道,軌道為環(huán)形多軌道系統(tǒng).小車可在多軌道上智能移動和轉(zhuǎn)軌.

(3)軌道上安裝有紅外定位裝置[2].通過與智能小車的定位控制程序一起實現(xiàn)自動指定的目的.

1.2 智能傳菜小車的設(shè)計

智能傳菜小車包括機械部分與智能控制系統(tǒng).

(1)智能傳菜小車機械部分是左右電機與升降電機，電機使用24伏的直流電機，左右電機驅(qū)動小車前進與轉(zhuǎn)軌；升降電機控制盛菜籃的上下升降.左右電機分別控制與驅(qū)動，便于在多軌道中自動轉(zhuǎn)彎達到自動切換軌道的目的.

(2)智能控制系統(tǒng).智能傳菜小車的控制器包含如下控制模塊：紅外接收模塊、語音播報模塊、定位模塊、電機驅(qū)動與升降控制模塊、重力檢測模塊、自動轉(zhuǎn)軌控制模塊、防碰撞模塊、LED顯示模塊等.其中還要解決隔離電源、斷電記憶恢復(fù)、輸入輸出隔離、抗干擾等工程技術(shù)問題.圖1為系統(tǒng)控制模塊框圖，其中主控MPU可用嵌入式芯片ARNM或51單片機.

圖1 智能控制系統(tǒng)模塊框圖

紅外接收模塊主要接收來自紅外遙控器發(fā)出的指定送達的餐桌號，解析出來后保存，用于語音播報、LED顯示與定位的需要；顯示模塊與語音播報模塊主要是達到指定餐桌時，餐桌號電子屏顯示與語言播報聲光一體提醒服務(wù)員取菜；定位模塊主要是接收軌道上的定位點發(fā)送的信號來達到測距與定位，從而控制智能小車達到指定的餐桌；防碰撞模塊[3]主要是預(yù)防后面的小車與前面停頓的小車相撞；電機驅(qū)動與升降控制模塊主要是根據(jù)指定的餐桌號驅(qū)動電機前進或轉(zhuǎn)軌，達到指定的餐桌后，前進電機停止前進，升降電機開始下降，達到指定的高度后停下，語音播報通知服務(wù)員取菜.如果已經(jīng)取走菜品，菜籃就自動上升到指定高度后停止上升，然后前進電機工作自動返回廚房；自動轉(zhuǎn)軌模塊主要是根據(jù)餐廳軌道與餐桌號位置的設(shè)定(需調(diào)試控制程序)，當(dāng)小車要到達的餐桌號需要轉(zhuǎn)軌時設(shè)置自動轉(zhuǎn)軌；重力檢測模塊主要是通過感應(yīng)重力的變化來判斷服務(wù)員是否已經(jīng)取走菜品；防碰撞模塊是在小車前進的過程中，判斷前方是否有其他小車擋道，如有就暫停前進并報警提示，直到前方障礙物消失再繼續(xù)前進.

2 智能控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

智能小車的主控CPU使用51系列的單片機 ，STC15[4]系列單片機是宏晶公司生產(chǎn)的單時鐘(機器周期)單片機，是高速、高可靠、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，采用第八代加密技術(shù)，內(nèi)部集成高精度的R/C時鐘，3路CCP/PWM/PCA，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換；可徹底省掉外部昂貴的晶振和外部復(fù)位電路和AD轉(zhuǎn)換電路.利用STC51系列設(shè)計智能小車只需外圍加紅外發(fā)射與接受器、重力傳感器、電機驅(qū)動、無源蜂鳴器、數(shù)碼管或LCD等器件就夠了，電路簡單，原理圖如圖2.

圖2 控制電路設(shè)計原理圖

3 智能控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

智能小車進行傳菜的控制軟件，該軟件由智能小車主程序、紅外接收程序、定位控制程序、驅(qū)動控制程序、升降控制程序等部分構(gòu)成.系統(tǒng)運行時，智能傳菜小車接收到紅外遙控器發(fā)送的要傳送達到的桌號時，智能小車解碼紅外遙控器發(fā)送的信號，啟動驅(qū)動控制程序，驅(qū)動前進電機運轉(zhuǎn)，智能小車前進過程中自動計算運轉(zhuǎn)距離，達到指定餐桌號時，前進電機停止前進，吊籃電機下降，下降到一定高度，吊籃電機停止下降，并發(fā)出聲光報警提示聲，服務(wù)員取下菜品后，重力感應(yīng)測試程序感應(yīng)到重力減輕，啟動升降控制程序控制吊籃電機上升，達到上限位時停止上升，此時前進電機運轉(zhuǎn)智能小車返回到廚房，如果返回途中有其他小車擋住，暫停前進，直到障礙消除再返回廚房，完成一次傳菜的過程.圖3是主程序控制流程圖.下面是幾個主要的控制程序的功能要求.

3.1 紅外接收解碼程序功能要求

用戶通過遙控器發(fā)送小車要傳送到的餐桌號，紅外接收模塊接收到信號后，解碼出要送到的位置，把數(shù)據(jù)傳給總控模塊，總控模塊啟動驅(qū)動控制程序運行，啟動前進電機工作.

3.2 驅(qū)動電機控制應(yīng)用程序功能要求

收到總控程序發(fā)來的信號，啟動前進電機前進，當(dāng)收到定位模塊發(fā)來的達到指定位置的信號時停止前進，并向總控模塊發(fā)信號.當(dāng)收到返回信號時，驅(qū)動小車，返回廚房；當(dāng)需要轉(zhuǎn)軌時自動轉(zhuǎn)軌.

3.3 定位控制應(yīng)用程序功能要求

利用定時計數(shù)器作定位控制端口，通過計數(shù)軌道上的定位點的數(shù)量來測距與定位；利用中斷響應(yīng)程序來完成達到指定位置的指令.

3.4 吊籃上下升降控制程序功能要求

首先，收到總控程序發(fā)來的信號，啟動下降電機下降，到達指定高度時停止；其次，當(dāng)收到重力感應(yīng)模塊發(fā)來的上升指令時啟動電機上升，到指定高度時停止上升，并向總控模塊發(fā)返回指令.

3.5 重力感應(yīng)程序功能要求

該程序隨時監(jiān)測重力感應(yīng)裝置傳來的數(shù)據(jù)，一旦監(jiān)測到重量的變化，馬上向總控模塊發(fā)控制信號，啟動升降控制程序.

3.6 語音產(chǎn)生程序功能要求

收到總控程序發(fā)來的信號，啟動語音播報，并且根據(jù)收到的不同信號，播報不同的語音.

圖3 主程序流程圖