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(shuō)明書(shū)】
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(shuō)明書(shū)】,全套21張CAD圖+PROE模型+文獻(xiàn)翻譯+說(shuō)明書(shū),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(shuō)明書(shū),仿單
1 導(dǎo)言
1.1 主題來(lái)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(wú)疑是一種嚴(yán)峻的考驗(yàn);對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō),即使花很高的價(jià)錢(qián)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(kāi)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(wú)疑可以減少企業(yè)的用工難,工作壓力大等問(wèn)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(lái)說(shuō)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(lái)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(guò)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(pán)機(jī)械手、還要具有清晰的軌跡識(shí)別/盤(pán)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(pán)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(lái)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(lái)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(mài)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(lái)將會(huì)迅速的發(fā)展起來(lái),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(lái)臨。
2 課題設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
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(pán)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(guò)程。還要負(fù)責(zé)全部參賽全過(guò)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(pán)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(guò)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(guò)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(guò)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(pán)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(guò)程。機(jī)器人的行走部分是通過(guò)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(wàn)向腳輪,保證它無(wú)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(lái)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(pán)子程序。此時(shí)手爪張開(kāi),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(pán)子動(dòng)作,手爪中心裝有紅外線傳感器,盤(pán)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(pán)子下面時(shí),手抓回轉(zhuǎn)到盤(pán)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(guò)控制系統(tǒng)的單片機(jī)控制繼電器的吸合與斷開(kāi)控制的,再通過(guò)與繼電器相連的電磁換向閥來(lái)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(pán)子一定高度后停止。此時(shí)手爪缸收縮,機(jī)械手抓取盤(pán)子。抓完盤(pán)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(pán)底與桌子相接觸的時(shí)候,機(jī)械手張開(kāi),盤(pán)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(pán)子過(guò)程,餐臺(tái)共有四個(gè)盤(pán)子,當(dāng)機(jī)械手依次抓完盤(pán)子以后,端菜過(guò)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(kāi)電源進(jìn)入待操作狀態(tài),將盛好菜肴的四個(gè)盤(pán)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(shuō)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(lái)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(kāi)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(lái)控制液壓缸的伸長(zhǎng)與收縮。機(jī)械手先執(zhí)行找盤(pán)子過(guò)程,手爪缸伸長(zhǎng),機(jī)械手張開(kāi),因?yàn)闄C(jī)器人的餐臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受大齒輪的影響自身會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn),所以此過(guò)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(pán)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(pán)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(pán)子中心(從盤(pán)子邊緣到盤(pán)子中心是通過(guò)延時(shí)來(lái)控制的),執(zhí)行抓盤(pán)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(pán)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(pán)子的邊緣,當(dāng)紅外線傳感器檢測(cè)到盤(pán)子時(shí),單片機(jī)啟動(dòng)延時(shí)程序,轉(zhuǎn)到盤(pán)子中心,執(zhí)行抓盤(pán)子動(dòng)作。抓盤(pán)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(guò)延時(shí)是機(jī)械手下降到抓取盤(pán)子的高度,控制豎直缸下降的繼電器與換向閥斷開(kāi),控制手爪缸收縮的繼電器與換向閥啟動(dòng),對(duì)盤(pán)子進(jìn)行抓取。抓住盤(pán)子后,控制手爪缸收縮的繼電器與換向閥斷開(kāi),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(kāi),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(kāi),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(pán)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(kāi),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(kāi),盤(pán)子被放到餐桌上。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(kāi),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(guò)程。在抓取第二、三、四個(gè)盤(pán)子時(shí),首先會(huì)執(zhí)行找盤(pán)子程序中的情況(2),然后按端菜程序依次將盤(pán)子送至餐桌。當(dāng)完成第四個(gè)端菜過(guò)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(guò)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(pán)子數(shù)量小于四個(gè)時(shí),機(jī)械手抓完最后一個(gè)盤(pán)子,會(huì)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)0度,如在其過(guò)程中紅外線傳感器并未檢測(cè)到盤(pán)子,控制系統(tǒng)結(jié)束端菜過(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(guò)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)前進(jìn),獨(dú)輪通過(guò)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(wàn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(pán)子定位傳感器
盤(pán)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(pán)子定位主要通過(guò)光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行定位并確定盤(pán)子中心進(jìn)行端菜過(guò)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(xiě)
初始化,首先通過(guò)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(kāi)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(lái)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(kāi)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(lái),在機(jī)器人底盤(pán)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(kāi),機(jī)器人停止行走。液壓電機(jī)繼電器打開(kāi),液壓泵開(kāi)始工作。
液壓機(jī)械手通過(guò)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(pán)子,在機(jī)械手上設(shè)有紅外定位傳感器。如果菜盤(pán)位于上述液壓機(jī)械手下方,現(xiàn)尋找中心在抓取菜盤(pán)。然后再依次抓取所有的盤(pán)子。如果盤(pán)子不在機(jī)械手下方,則先尋找盤(pán)子,在定位抓取。機(jī)械手尋找盤(pán)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(kāi)
是否有盤(pán)子
步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)
步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)
是否有盤(pán)子
步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)30°
是否有盤(pán)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(kāi)
+
+
手臂下降
+
+
手抓抓取盤(pán)子
+
+
手臂上升
+
+
手臂前伸
+
+
手臂下降
+
+
手抓張開(kāi)
+
+
手臂上升
+
+
手抓收合
+
+
泵卸載
表2
當(dāng)所有盤(pán)子都抓取結(jié)束時(shí),機(jī)器人通過(guò)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(guò)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(kāi),機(jī)器人停止行走,待障礙物移開(kāi)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(wú)障礙物
無(wú)障礙物
無(wú)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(kāi)(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:
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收藏
編號(hào):1109810
類型:共享資源
大?。?span id="24d9guoke414" class="font-tahoma">29.45MB
格式:RAR
上傳時(shí)間:2019-10-07
35
積分
- 關(guān) 鍵 詞:
-
全套21張CAD圖+PROE模型+文獻(xiàn)翻譯+說(shuō)明書(shū)
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(shuō)明書(shū)
仿單
- 資源描述:
-
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(shuō)明書(shū)】,全套21張CAD圖+PROE模型+文獻(xiàn)翻譯+說(shuō)明書(shū),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(shuō)明書(shū),仿單
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