餐廳服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】,含CAD圖紙、說明書,餐廳,服務(wù),機(jī)器人,設(shè)計(jì),cad,圖紙,說明書,仿單 1.簡介 移動機(jī)器人定位和目標(biāo)姿態(tài)估計(jì)在工作環(huán)境中一直是移動機(jī)器人的核心研究活動。移動機(jī)器人的定位問題的解決需要主要在兩個(gè)問題：機(jī)器人必須有一個(gè)代表性的環(huán)境；機(jī)器人必須有關(guān)于這個(gè)環(huán)境的構(gòu)成其性能的表示。傳感器是解決這兩個(gè)問題的基礎(chǔ)。許多傳感器提供給移動機(jī)器人的基礎(chǔ)，給他們的基本原則和性能的限制。在此基礎(chǔ)上介紹，超聲波傳感器ORS、測角儀、激光測距儀、和CCD攝像機(jī)傳感器通常在移動機(jī)器人定位中應(yīng)用在機(jī)器人項(xiàng)目聚集的位姿估計(jì)和高精度視力。 在項(xiàng)目中，我們主要使用雙目立體攝像機(jī)和射頻識別傳感器來收集足夠的信息來實(shí)現(xiàn)自我定位和自我導(dǎo)航。視覺系統(tǒng)是被動的和高分辨率解，并對移動機(jī)器人的未來最有前途的傳感器。因此，近幾年來，視覺傳感器的定位已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注。由一個(gè)單一的數(shù)據(jù)提供圖像基本上是二維的，但使用立體相機(jī)或單眼圖像序列，完整的三維信息可以重建。許多研究已經(jīng)研究了立體虛擬儀器的應(yīng)用或圖像序列。例如，一個(gè)基于視覺的移動機(jī)器人定位和映射算法，采用剛度（尺度不變的圖像特征）應(yīng)用于移動機(jī)器人定位與地圖建立。三維模型的構(gòu)建，從圖像的背景下，移動機(jī)器人探索真實(shí)的室內(nèi)環(huán)境，在計(jì)算機(jī)視覺，是一個(gè)徹底的調(diào)查主題。奇奇雷利使用圖像從凸輪時(shí)代構(gòu)建三維模型，以使機(jī)器人自主導(dǎo)航的室內(nèi)環(huán)境。畢塔和厄里斯切內(nèi)拉多使用立體圖像和生物啟發(fā)算法準(zhǔn)確估計(jì)構(gòu)成，大小和形狀，以把握目標(biāo)對象。射頻識別技術(shù)是一種非接觸式識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)在事件信息上傳輸和處理信息使用無線頻率和小芯片的環(huán)境和環(huán)境。隨著室內(nèi)定位系統(tǒng)和全球?qū)o線網(wǎng)絡(luò)定位研究的普及，RFID定位吳問題已經(jīng)開始出現(xiàn)。射頻識別技術(shù)具有非接觸通信、數(shù)據(jù)傳輸速率高、安全性高、可讀性強(qiáng)、緊湊、成本低等特點(diǎn)。 該技術(shù)無處不在的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)的技術(shù)起著關(guān)鍵的作用。一種無線射頻識別裝置通常包括射頻標(biāo)簽，一個(gè)具有一個(gè)或多個(gè)天線和軟件的讀寫器處理標(biāo)記讀數(shù)。讀者蓋茨的標(biāo)簽，接收他們的ID碼等信息存儲在他們的記憶。標(biāo)簽可以是被動的或主動的。無源標(biāo)簽是由射頻產(chǎn)生的電磁場激活D天線。無源RFID技術(shù)已經(jīng)被用于研究認(rèn)識到服務(wù)機(jī)器人的位置。有一種方法是，在地板上設(shè)置有標(biāo)簽的無源標(biāo)簽絕對位置，這是自由的問題，傳統(tǒng)的系統(tǒng)。該機(jī)器人的絕對坐標(biāo)系可以得到強(qiáng)勁的，與標(biāo)簽和讀寫器在傳感器網(wǎng)絡(luò)空間傳感器是正確的嵌入式幾個(gè)地方提供的絕對位置信息的服務(wù)機(jī)器人。G.米迦勒使用射頻識別（RFID）無遮擋運(yùn)輸我們的障礙來區(qū)分不同的拓?fù)漕I(lǐng)域以實(shí)現(xiàn)。由于本地化是一個(gè)基本問題，在移動機(jī)器人，許多方法已被開發(fā)并在文獻(xiàn)中討論。這些方法可以大致分為三大類：度量，拓?fù)浜突旌?。度量方法是有用的，?dāng)它是必要的機(jī)器人準(zhǔn)確地了解其在度量坐標(biāo)系中的定位機(jī)器人的狀態(tài)也可以用一個(gè)更高的定性的方式表示，通過使用拓?fù)鋱D。但這些方法也面臨著一些困難，當(dāng)環(huán)境改變。在這一點(diǎn)上，具有里程碑意義的方法是簡單和強(qiáng)大的準(zhǔn)確的自我定位。地標(biāo)分為兩類：自然與人工。在使用天然局域網(wǎng)的方法，自然地標(biāo)的魯棒提取已得到相當(dāng)?shù)闹匾?。特征為基礎(chǔ)的方法，在環(huán)境中使用自然的地標(biāo)，執(zhí)行之間的匹配檢測到的地標(biāo)他查詢與視覺表現(xiàn)的地標(biāo)，并確定機(jī)器人的位置。人工地標(biāo)是非常簡單和強(qiáng)大的準(zhǔn)確的自我定位。通過檢測移動機(jī)器人的識別和定位，可以計(jì)算出它自己的位置和標(biāo)題的標(biāo)志性幀。這個(gè)信息，連同以前的知識回合的人工地標(biāo)，給出了機(jī)器人的絕對位置，并與尊重的世界框架。一種人造的地標(biāo)往往是在設(shè)計(jì)一個(gè)特定的圖案或顏色組合其可靠的檢測，快速識別和準(zhǔn)確的自我定位。例如，貝克爾克雷格等。用于天花板和墻壁為基礎(chǔ)的地標(biāo)導(dǎo)航和定位的幫助。郭X你用彩色的視覺地標(biāo)來實(shí)現(xiàn)自我定位。成林等人。用改進(jìn)的橢圓變換識別三維地標(biāo)定位。布里格斯等。設(shè)計(jì)了一個(gè)自相似灰度模式。方法不穩(wěn)健的光源變化和幾何變化如相機(jī)變焦和觀看方向的變化。最近，谷津潤等人。提出了一種具有對稱性和重復(fù)性排列的顏色標(biāo)志圖案。雖然該方法是幾何失真和光源的變化不敏感，缺乏模式面臨的挑戰(zhàn)的數(shù)量和計(jì)算復(fù)雜度。在本文中，我們使用的表作為一些簡單的顏色人工地標(biāo)在機(jī)器人餐廳，并提出了一個(gè)快速檢測，可靠的重新認(rèn)知和準(zhǔn)確的自我定位算法，提出了具有里程碑意義的模型。此外，在應(yīng)用中，射頻識別技術(shù)是用來確定機(jī)器人的精確的絕對坐標(biāo)。 2.粗定位方法 2.1機(jī)器人坐標(biāo)系的四個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)：全球坐標(biāo)系統(tǒng)（GCS），機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng)（RCS），傳感器的坐標(biāo)系統(tǒng)（SGS），和虛擬世界坐標(biāo)系統(tǒng)（VGCS）是聯(lián)合國在考慮。在我們的例子中，語音組呼業(yè)務(wù)將符合RCS，所以我們需要計(jì)算只有前者的三坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，如圖1所示。下面的公式給出我們舉一個(gè)例子，如何將傳感器位置在RCS綜合布線： 2.2.全球的姿態(tài)估計(jì)的移動機(jī)器人的位姿估計(jì)是一個(gè)基本問題三定位方法，大致可以分為兩類：用于跟蹤機(jī)器人的姿態(tài)和全局姿態(tài)估計(jì)的方法，大部分的研究已經(jīng)集中在第一類，假定初始姿態(tài)F的機(jī)器人是已知的。一種常用的在這一領(lǐng)域的全球姿態(tài)估計(jì)方法的測距模型，決定著機(jī)器人相對于一開始的姿勢車輛導(dǎo)航點(diǎn)。 圖1 機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng) 但車輪打滑和車輪缺陷引起的不可避免的誤差累積的影響，往往會惡化的性能的死區(qū)推算方法帽子依靠慣性傳感器系統(tǒng)來估計(jì)機(jī)器人位置。為了操作成功，我們使用兩個(gè)三個(gè)地標(biāo)定位方法和里程碑式的定位方法來計(jì)算機(jī)器人的訂單在這項(xiàng)研究中的地位。首先，讓我們知道如何移動機(jī)器人執(zhí)行范圍測量的基礎(chǔ)上獲得的圖像，使用立體視覺從輕微偏移相機(jī)。正如我們都知道的那樣這是一個(gè)深度或距離感，當(dāng)我們觀察物體與我們的兩只眼睛同時(shí)。雙目立體視覺的原理只是仿照。首先，雙目立體得到同樣的場景中的圖像，同時(shí)使用它的雙攝像頭從不同的角度。然后，它可以獲取場景的三維坐標(biāo)，通過空間點(diǎn)的位移計(jì)算在兩個(gè)圖像數(shù)量。在我們的雙目立體相機(jī)中，2個(gè)攝像機(jī)的焦距相等，兩個(gè)光軸平行，圖像平面重疊。所以成像可以簡化模型如圖1所示。 在圖2中，O1和O2是左右相機(jī)的光學(xué)中心點(diǎn)，一個(gè)和一個(gè)是左，右圖像的中心點(diǎn)。1 P和2P是在左和右圖像，目標(biāo)點(diǎn)的投影分別。D深度值。立體相機(jī)的焦距長度?，F(xiàn)在，如果根據(jù)圖9所示的幾何圖形，我們可以得到這些公式： 然后，根據(jù)深度值，可以計(jì)算如下公式： 圖2 雙目視差測距原理 其中：方差值的對象的像素在左和右圖像。根據(jù)方程（4），我們可以知道，這主要取決于值OF與責(zé)任等，用于機(jī)器人的立體相機(jī)，帶F值是不變的，我們可以知道這是只依賴于LR會?價(jià)值。根據(jù)上述方法，距離像可以很容易地獲得?？紤]到計(jì)算效率和實(shí)時(shí)性要求，無需獲得所有的距離值。為了獲得目前的位置移動機(jī)器人，只有三個(gè)距離值是足夠的。圖3顯示了如何通過使用只有三的距離值計(jì)算移動機(jī)器人的坐標(biāo)?？粗鴪D，假設(shè)日在我們知道O1 O 2和O 3 的坐標(biāo)。當(dāng)移動機(jī)器人在環(huán)境中遇到的三個(gè)地標(biāo)，安裝在機(jī)器人上的立體攝像機(jī)可以檢測到三個(gè)地標(biāo)測量從它的立體相機(jī)到每個(gè)標(biāo)志的中心的距離。然后，根據(jù)以上圖的轉(zhuǎn)化，機(jī)器人中心和三之間的距離KS也可以計(jì)算。與現(xiàn)有已知坐標(biāo)的三個(gè)地標(biāo)，機(jī)器人中心坐標(biāo)，如圖3所示，可以計(jì)算如下公式： 圖3三地標(biāo)定位原理 2.4.在這項(xiàng)研究中的每一個(gè)地標(biāo)的測定方法，利用OCR技術(shù)來區(qū)分每一個(gè)地標(biāo)，擁有其獨(dú)特的表號移動機(jī)器人定位。光學(xué)字符識別識別（OCR）是閱讀和識別符號術(shù)語。在這項(xiàng)研究中，我們使用模板模型匹配來識別每個(gè)表的過程中的讀取字符。模板匹配是實(shí)現(xiàn)離散輸入模式分類的有效方法之一。其本質(zhì)是度量輸入模型與模板的相似度，并以最大相似度來度量作為輸入模式的各自類別。方法是從人物的關(guān)系確定的匹配函數(shù)來判斷視覺圖像特征提取相應(yīng)的匹配原則。也就是說，把輸入的字符和標(biāo)準(zhǔn)的寺廟字符匹配到相同的分類?，F(xiàn)在，把一維圖像處理為例，相關(guān)匹配算法描述如下：假設(shè)輸入的字符表示為輸入函數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)模板表示為函數(shù)，輸出比較相關(guān)記為。然后，該相關(guān)器的輸出可以被表示為： 次峰出現(xiàn)在其他標(biāo)準(zhǔn)的人物，只要峰和次峰是不平等的，我們可以確定和識別是通過選擇適當(dāng)?shù)淖址R別TE的閾值。和匹配的建模過程中，形狀匹配方法都是相匹配的字符。然后，根據(jù)它們的相似性，得到的識別結(jié)果。在字符識別的基于圖匹配的原則，通常采用二進(jìn)制字符。它的基本理念是建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模板，我不為每個(gè)字符，圖像被認(rèn)定為。它們的尺寸都是用一個(gè)一個(gè)的模板匹配未知的模型，可以從下面的公式中導(dǎo)出相似的相似度： 圖5 差動驅(qū)動機(jī)器人的運(yùn)動 2.5.在每個(gè)內(nèi)部最后的相對定位，我們可以得到機(jī)器人的絕對坐標(biāo)，GCS根據(jù)上述方法。但上述方法不能提供實(shí)時(shí)的POS對于移動機(jī)器人和信息。在這項(xiàng)研究中，我們整合的“相對定位”和“絕對定位”的優(yōu)勢，使他們互補(bǔ)。在每個(gè)區(qū)間視覺測量，在下面提到的測距模型，用于確定移動機(jī)器人也可以知道它的全局坐標(biāo)。圖5顯示一個(gè)差分驅(qū)動運(yùn)動機(jī)器人，這是在這個(gè)項(xiàng)目中使用。由于初始姿態(tài)的機(jī)器人完全計(jì)算與上述方法，移動機(jī)器人的實(shí)時(shí)姿態(tài)信息，可以計(jì)算出你雙輪的旋轉(zhuǎn)測量。 GCS的位置和移動機(jī)器人定位的載體，，T毫米差動驅(qū)動機(jī)器人，姿態(tài)可以從起始姿勢的綜合估計(jì)各區(qū)間內(nèi)的旅行距離。假設(shè)RCS在M點(diǎn)建立。根據(jù)圖，我們可以在RCS得到機(jī)器人的速度。 現(xiàn)在假設(shè)我Lω和Rω分別是左和右車輪的角速度。然后，我們可以得到以下公式： 因此，每個(gè)間隔的更新位置，可以計(jì)算如下： 其中：Lω和Rω是左、右車輪的角速度，d分別是兩輪之間的距離。r是兩輪的機(jī)器人的半徑。i是時(shí)間。在曼特爾二要提高計(jì)算效率，我們想thatcosθ是每間隔一個(gè)恒定值。所以，可以計(jì)算為以下公式： 在這種情況下，在每個(gè)時(shí)間間隔的雙目視覺測量的移動機(jī)器人的全球構(gòu)成可以找到的計(jì)算公式（19） 3.局部精度定位方法 近年來，無線射頻識別技術(shù)已得到了廣泛的發(fā)展，并應(yīng)用于室內(nèi)移動機(jī)器人的國產(chǎn)化。許多研究已經(jīng)研究了如：Wilson設(shè)計(jì)了一個(gè)方法，地圖TAG伯爵百分比標(biāo)簽計(jì)數(shù)模式的數(shù)據(jù)庫在不同的衰減水平；訂購是一個(gè)眾所周知的位置傳感系統(tǒng)，使我們E的接收信號強(qiáng)度指示（RSSI）來估計(jì)距離的有源RFID標(biāo)簽，從而定位用戶借助標(biāo)簽間的距離； P考慮標(biāo)簽的RSSI以及他的設(shè)計(jì)標(biāo)簽檢測率和收益率的準(zhǔn)確性35厘米在最壞的情況下。在我們的研究中，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)較小的射頻識別讀寫器，以減少閱讀距離約2厘米，尊重我們的無源RFID標(biāo)簽。所以，考慮到我國±3厘米的精度，我們不需要考慮RSSI和標(biāo)簽檢測率。在下面的部分中，我們介紹我們的射頻識別應(yīng)用程序與±2厘米精度的細(xì)節(jié)中。 3.1.RFID系統(tǒng)如圖所示的處理環(huán)境，RFID標(biāo)簽只能設(shè)置在地板上在廚房桌子上的菜肴的烹飪機(jī)器人熟放。那是因?yàn)槟鞘橇_定位應(yīng)以確保機(jī)器人可以在廚房桌板有足夠的準(zhǔn)確把握。 圖6.在廚房桌子的無源RFID標(biāo)簽的布局 絕對坐標(biāo)存儲在每個(gè)標(biāo)簽中，這些值將被用于下面的定位算法。三射頻識別閱讀器安裝在底部的機(jī)器人被用來檢測放置在地板上的標(biāo)簽，并獲得絕對坐標(biāo)。當(dāng)機(jī)器人在地板上移動時(shí)，通過射頻識別標(biāo)簽，該標(biāo)簽進(jìn)入到磁場的磁場范圍內(nèi)。的一個(gè)絕對坐標(biāo)存儲在RFID標(biāo)簽將被使用的RFID讀寫器發(fā)出的射頻信號得到的能量傳輸。讀者可以得到絕對的當(dāng)機(jī)器人在標(biāo)簽上移動時(shí)，標(biāo)簽的坐標(biāo)。然后將值存儲到計(jì)算機(jī)中，并直接機(jī)器人如何移動。在運(yùn)動過程中，機(jī)器人不斷地得到的值的射頻識別標(biāo)簽，直到機(jī)器人到達(dá)目的地。在這項(xiàng)研究中，每一次的射頻識別標(biāo)簽只讀取一個(gè)標(biāo)簽。 3.2.基于RFID技術(shù)的定位算法在運(yùn)動過程中，三個(gè)RFID閱讀器，顯示圖，安裝在機(jī)器人的底部可以自動檢測RFID標(biāo)簽在地板上。WH射頻識別標(biāo)簽是在三個(gè)射頻識別閱讀器的磁場范圍內(nèi)，將獲得的絕對坐標(biāo)存儲在標(biāo)簽。如圖所示，假設(shè)一個(gè)RFID標(biāo)簽絕對坐標(biāo)檢測，然后對機(jī)器人的中心坐標(biāo)，可以得到如下。如果是中間的射頻識別標(biāo)簽，則該標(biāo)簽的中心坐標(biāo)系的XY，可以表示如下。 圖7.三個(gè)射頻識別閱讀器的布局 4.實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析 4.1.在實(shí)驗(yàn)設(shè)置中，我們建立了一個(gè)機(jī)器人餐廳，放著一些桌子和廚房餐桌。在餐廳的地板上有許多不同顏色的地毯。一些在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中使用了無源標(biāo)簽和三兆赫頻率的13.56個(gè)射頻識別閱讀器。每個(gè)標(biāo)簽的絕對坐標(biāo)是預(yù)存，和標(biāo)簽也會定期分配在特定的IC的位置后，在工作表的設(shè)計(jì)模式。的RFID讀寫器天線為2.2厘米大小和標(biāo)簽的大小為2.8厘米。有一個(gè)立體相機(jī)安裝在EAD，將立體圖像的機(jī)器人通過1394總線的機(jī)器人，和立體圖像的大小是512×384。實(shí)驗(yàn)前，廚房的桌子的位置和方向也事先知道。餐飲服務(wù)機(jī)器人是顯示在圖9。 圖9 餐廳的服務(wù)機(jī)器人的照片 5.結(jié)論與未來工作 本文提出了一種餐廳服務(wù)機(jī)器人，這可能是適用于現(xiàn)代機(jī)器人餐廳的客戶提供基本的服務(wù)。在餐飲服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)中，本文提出了一種基于局域網(wǎng)的移動定位方法dmarks和RFID的方法被開發(fā)和應(yīng)用。在運(yùn)動過程中，移動機(jī)器人的初始位置是未知的提前。通過三標(biāo)定位方法服務(wù)機(jī)器人可以連接首先獲得粗糙的當(dāng)前位置。然后，當(dāng)移動機(jī)器人在餐廳中的標(biāo)志性的緊密結(jié)合，使用基于地標(biāo)的定位方法，機(jī)器人可以區(qū)分的標(biāo)志性的地標(biāo)，并獲得更準(zhǔn)確的位置。FI最后，經(jīng)過一些RFID標(biāo)簽存儲絕對坐標(biāo)ARE檢測，移動機(jī)器人的高精度定位可以使用基于RFID的定位方法在工作表來實(shí)現(xiàn)。許多實(shí)驗(yàn)證明，餐廳服務(wù)機(jī)器人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的自我定位，使用上述方法在紙。在更復(fù)雜的人類兼容的環(huán)境中，我們未來的工作將集中在機(jī)器人導(dǎo)航，從環(huán)境（人，手袋，移動電話，照明等）的影響將考慮在內(nèi)的本地化。一個(gè)更穩(wěn)健移動機(jī)器人定位算法和有效的移動機(jī)器人定位算法將被開發(fā)和應(yīng)用到我們的餐廳服務(wù)機(jī)器人。 外文翻譯原文 學(xué) 院 專業(yè)班級 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 摘 要 隨著人們生活水平的不斷提高，消費(fèi)觀念已從傳統(tǒng)的單純物質(zhì)消費(fèi)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量的服務(wù)要求。體現(xiàn)的最為明顯的就是對餐飲的衛(wèi)生條件以及環(huán)境的要求。傳統(tǒng)的人工服務(wù)已經(jīng)無法滿足人們的要求。本人設(shè)計(jì)的餐廳服務(wù)機(jī)器人是節(jié)省人力方便快捷而又衛(wèi)生的新型全自動送餐車，是新型的自動車與傳統(tǒng)飲食文化的一種融合，對于傳統(tǒng)的餐飲業(yè)帶來全新的沖擊，通過以機(jī)器代替人力來節(jié)省資源，同時(shí)還改善了就餐的環(huán)境，滿足了人們對餐飲衛(wèi)生條件越來越高的要求，改變傳統(tǒng)的餐飲理念。 本文文中詳細(xì)介紹該車各部件的選擇，首先簡要介紹了傳統(tǒng)人工送餐的弊端以及人們對餐飲業(yè)更高的要求，同時(shí)也介紹了本車的驅(qū)動方式、手臂的擺動方式。該車的設(shè)計(jì)運(yùn)用雙電機(jī)驅(qū)動，可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎。其中重點(diǎn)是驅(qū)動裝置和機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)思路，驅(qū)動裝置是該車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵組成部分，考慮到餐廳的面積有限，各個(gè)餐桌之間的距離也極為有限，所以用兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動可以原地轉(zhuǎn)彎。機(jī)械手的設(shè)計(jì)是全車的另一個(gè)主要部分，其中延時(shí)繼電器的使用完成了全部自動化的實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)介紹該車各部件具體尺寸的選擇原則，尤其是驅(qū)動裝置的尺寸應(yīng)與機(jī)械手部件尺寸的選擇。 文中詳細(xì)介紹了該車部分部件的實(shí)際繪制過程，并簡要介紹該車各部件的裝配。本車具有一定的創(chuàng)新性，以它新穎的理念和意義一定會受到人們的喜愛，希望這款自動送餐車能夠早日投入市場。 關(guān)鍵詞：自動送餐車；驅(qū)動裝置；機(jī)械手 I Abstract Because people live horizontal of continuously raise, consume the idea has already consumed the gradual change as high quality from the traditional pure material of service request.Body's ising the most obvious is the request to the hygiene condition of dining and the environment now.The traditional artificial service has already can't satisfy people's request.Oneself automatically send of the design serving cart is economical manpower convenience fast but again sanitary new full-automatic send serving cart, is 1 kind of new automatic car and traditional food culture to blend, bring all new impact to the traditional dining industry, pass to replace manpower by machine to economical resources, still improved for the environment of meal in the meantime, satisfied people to the condition more and more high request of the dining hygiene, change a traditional dining principle. This text the synopsis introduced traditional artificial to send the irregularity of meal and people to the dining industry higher request first and also introduced the swing method of way, arm of drive of this car in the meantime.The design usage of that car double the electrical engineering drive, can carry out at first turn.The choice of detailed introduction that each parts of car in text, among them point is drive equip and machine arm of design way of thinking, drive device is that car design of the key constitute part, in consideration of the area of restaurant is limited, the distance of of each dining table isn't extremely limited either, so drive with two electrical engineerings can at first make a turn.The design of machine hand is that the another of whole carses is mainly part of, completed all realizations of automations after the usage of electric appliances while postponing among them, the point introduces the choice principle of that concrete size of each parts of car, particularly is the size which drives device in response to and machine hand piece the choice of the size. Masterly control CAD to draw three see diagram is also oneself one of the purpose of this design, in the process of introducing that physically draw of the car parts of partseses in detail in the text, and the synopsis introduce the assemble of that each parts of car.This car has certain innovation, novel principle and the meaning certain meeting which hope with it are subjected to people's fancy, hope oneself design of this automatically sends serving cart and can throw in a market. Keyword:Automatically send serving cart,Drive device,Machine han II 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 課題的背景及意義 1 1.2 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3 餐廳服務(wù)機(jī)器人發(fā)展趨勢 2 1.4 課題研究方法和手段 2 第2章 行走方案設(shè)計(jì) 4 2.1 概述 4 2.2 車身總體設(shè)計(jì) 4 2.2.1 車身部分的設(shè)計(jì) 4 2.2.2 車輪的選擇 4 2.2.3 驅(qū)動方式的設(shè)計(jì) 4 2.2.4 驅(qū)動速度的相關(guān)計(jì)算 5 2.2.5 驅(qū)動軸校核計(jì)算 6 第3章 送餐部分設(shè)計(jì) 15 3.1 機(jī)械手總體設(shè)計(jì) 15 3.1.1 蝸輪、蝸桿的相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算 15 3.1.2 滑動螺旋傳動的計(jì)算 21 3.1.3 主軸軸承校核計(jì)算 23 3.2 電磁鐵的選擇 25 3.3 機(jī)械手 26 3.4 平行四邊形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 26 3.5 機(jī)械手的尺寸 27 3.6 外部支架的設(shè)計(jì) 27 第4章 控制方案設(shè)計(jì) 29 4.1模擬餐桌的分布 29 4.2 PLC選型 30 4.3 輸入/輸出地址分配 30 4.4流程圖 33 4.5 PLC外部接線圖 34 4.6 梯形圖 35 結(jié) 論 40 參 考 文 獻(xiàn) 41 致 謝 42 第1章 緒論 1.1 課題的背景及意義 隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，人們生活水平的不斷提高?，F(xiàn)代都市的節(jié)奏越來越快，人們對于時(shí)間的要求越來越高，怎么樣才能更有效的節(jié)約時(shí)間成為了一個(gè)十分敏感的問題，飲食的質(zhì)量和便捷程序是人們更加關(guān)注的問題，許多的餐飲業(yè)主對此也給予了很高的關(guān)注，因此關(guān)于怎么樣才能節(jié)約時(shí)間和人力等資源以成為了一種必然的趨勢了。這種既便捷又潔凈的供餐方式不僅滿足了消費(fèi)者的需求，而且還為眾多的餐飲企業(yè)節(jié)約了許多的人力資源，從而得到了更好的經(jīng)濟(jì)效益，所以餐廳服務(wù)機(jī)器人是一個(gè)順應(yīng)時(shí)代的產(chǎn)品，必將會被廣泛的推廣開來。餐廳服務(wù)機(jī)器人的出現(xiàn)不僅方便了人們的生活而且象征了一種文化品位，代表著現(xiàn)代人們追求的價(jià)值觀已經(jīng)到達(dá)了一個(gè)新的高度了，社會的文明也可以從此窺見一斑。餐廳服務(wù)機(jī)器人必將成為餐飲業(yè)一道最為靚麗的風(fēng)景線。 機(jī)器人作為典型的機(jī)電一體化裝置，它綜合運(yùn)用了機(jī)械與精密機(jī)械、微電子與計(jì)算機(jī)、自動控制與驅(qū)動、傳感器與信息處理以及人工智能等多學(xué)科的最新研究成果，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和各行各業(yè)對自動化程度要求的提高，機(jī)器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品。機(jī)器人產(chǎn)品的實(shí)用化，既解決了許多單靠人力難以完成的實(shí)際問題，又促進(jìn)了工業(yè)自動化的進(jìn)程。目前，由于機(jī)器人的研制和開發(fā)涉及多方面的技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開發(fā)和研制的成本普遍較高，在某種程度上限制了該項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此，研制經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用化、高可靠性機(jī)器人系統(tǒng)具有廣泛的社會現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 1.2 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在國內(nèi)，最早的機(jī)器人系統(tǒng)是沈陽自動化研究所研制的OSMOR（an open system for mobilerobot）系統(tǒng)口。OSMOR系統(tǒng)為每個(gè)諸如車體運(yùn)動、攝像機(jī)云臺和作業(yè)手等分系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)具有規(guī)劃、運(yùn)動學(xué)計(jì)算和伺服控制的三層結(jié)構(gòu)。此外，OSMOR系統(tǒng)在傳感器的處理方面有自己的特點(diǎn)，它采用全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，將傳感器數(shù)據(jù)處理獨(dú)立于體系結(jié)構(gòu)之外，以避免傳感器的多樣性和數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性。OSMOR是一個(gè)基于Windows操作系統(tǒng)的開放式體系結(jié)構(gòu)。它基本屬于一種實(shí)驗(yàn)室自主開發(fā)的機(jī)器人系統(tǒng)，其市場覆蓋面不大，缺乏后續(xù)研究性。中南大學(xué)蔡自興等研究了基于進(jìn)化思想的機(jī)器人功能，行為集成控制體系結(jié)構(gòu)，并開發(fā)了室外汽車的自主導(dǎo)航系統(tǒng)。浙江大學(xué)建立了一個(gè)基于混合控制模式的室內(nèi)移動機(jī)器人原型。南京理工大學(xué)則針對微小型機(jī)器人系統(tǒng)展開了研究，提出了分布式Agent系統(tǒng)口。總體來說，這些都是基于行為的控制模塊。 在國外，第一臺餐廳服務(wù)機(jī)器人Alfred在加拿大誕生，該機(jī)器人顯示出表情并可以與客戶進(jìn)行簡單交流，但語音識別正確率低，顯示的表情也不是很自然；2006年，美國研制的餐廳服務(wù)機(jī)器人具有迎客、點(diǎn)菜、跳舞等功能，有較好的科技感和互動感；2010年， 餐廳服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展又可以沿軌道送菜，并可以進(jìn)行跳舞等表演；2013年餐廳服務(wù)機(jī)器人具有了更加全面的功能，包括煮水餃、煮面、炒菜、送菜、收費(fèi)打包剩菜、清洗消毒工具等。他們主要使用的是Arduino控制板或者ARM開發(fā)板進(jìn)行硬件的鏈接和軟件的控制和輸出。 1.3 餐廳服務(wù)機(jī)器人發(fā)展趨勢 目前餐廳服務(wù)機(jī)器人可以一定程度上的代替人工勞動，但是其與顧客的互動性還不夠且體型較大，價(jià)格很高。智能機(jī)器人發(fā)展很快，從智能玩具到其他各行業(yè)都有實(shí)質(zhì)成果。近些年，國內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)和企事業(yè)在機(jī)器人的研發(fā)領(lǐng)域開展了大量工作。在北京，各高校和研究所已經(jīng)形成區(qū)域優(yōu)勢。北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)、中科院北京自動化所、北京理工大學(xué)等單位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果。在上海，政府投入力度很大，舉辦中國國際機(jī)器人展覽暨研討會。復(fù)旦大學(xué)和上海交通大學(xué)等高校都做了很有特色的研究工作。在東北，沈陽自動化所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)在專用機(jī)器人方面具有優(yōu)勢。像中科院沈陽自動化所于2000年開發(fā)和研制成功六千米無纜自治水下機(jī)器人。深圳在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)涉及的計(jì)算機(jī)、傳感器、通訊、精密機(jī)械、光電一體化等領(lǐng)域具有優(yōu)勢，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中積聚了優(yōu)勢技術(shù)資源和創(chuàng)新能力，同時(shí)擁有良好的產(chǎn)業(yè)配套能力。作為全國高科技重鎮(zhèn)，深圳目前在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已具備一定的技術(shù)實(shí)力和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。? 1.4 課題研究方法和手段 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是餐廳服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)。根據(jù)整體的設(shè)計(jì)思路，將設(shè)計(jì)方案大致分為三部分。 第一階段：收集相關(guān)資料，閱讀有關(guān)的書籍對服務(wù)機(jī)器人有一個(gè)全面而詳細(xì)的了解。并且擬定出幾種可行的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)分析對所得到的餐廳服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展趨勢作出大膽的設(shè)想，并從中進(jìn)行比較分析后確定一個(gè)最為可行的方案。 第二階段：在指導(dǎo)老師的幫助下深入研究有關(guān)的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)出合理的機(jī)械設(shè)備，并且配合以電路控制，從而達(dá)到理想的自動化效果。注重每一個(gè)環(huán)節(jié)，如正確的路線選擇，自動延時(shí)，自動躲避障礙物等。對這些組成部分進(jìn)行準(zhǔn)確的把握。 第三階段：在機(jī)器人的自動送餐實(shí)現(xiàn)之后及時(shí)的投入到機(jī)械手的機(jī)械設(shè)計(jì)以及相關(guān)的自動控制中去，能夠模擬出其工作過程，使其準(zhǔn)確合理。將其與自動送餐的部分進(jìn)行良好的結(jié)合，使兩部分結(jié)合到一起。最后總體的加以調(diào)試，在老師的指導(dǎo)下對整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和完善。 路徑規(guī)劃是指機(jī)器人從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)之間找到一條安全無碰的路徑，是機(jī)器人領(lǐng)域的重要課題。按路徑規(guī)劃，無論機(jī)器人路徑規(guī)劃屬于哪種類別，采用何種規(guī)劃算法，基本上都要遵循以下步驟來建立環(huán)境模型，即將機(jī)器人所處的現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行抽象后建立相關(guān)尋找合乎條件的路徑的搜索算法。運(yùn)動規(guī)劃方法分類比較及研究進(jìn)展機(jī)器人需要對感知到的局部外部環(huán)境或者實(shí)現(xiàn)已知的全局環(huán)境進(jìn)行建模，一般以便表述和體表述為主。前者需要寫出一些方程描述某個(gè)區(qū)域，后者需要描述某個(gè)區(qū)域內(nèi)包含的所有的點(diǎn)，它們都可用來描述自由區(qū)域和障礙區(qū)域。搜索策略基本上分為確定搜索方式和隨機(jī)搜索方式兩種。本文從環(huán)境模型表示和搜索策略角度考慮，探討移動機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法。 第2章 行走方案設(shè)計(jì) 2.1 概述 本人設(shè)計(jì)的餐廳服務(wù)機(jī)器人的運(yùn)動車主要有車身部分、動力部分、傳動裝置、制動裝置組成。其中車身部分包括車外殼、支撐板、前后車輪。為了能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)彎時(shí)的原地轉(zhuǎn)彎，本車采用雙前輪驅(qū)動，這樣轉(zhuǎn)彎的時(shí)候兩輪向相反的方向運(yùn)動。該車采用前輪驅(qū)動，后輪隨動作用，以避免因兩前輪在剎車時(shí)因速度不等而發(fā)生事故現(xiàn)象。該車傳動部分采用皮帶傳動，使車身總體的質(zhì)量減小，達(dá)到輕便使用的目的。 2.2 車身總體設(shè)計(jì) 2.2.1 車身部分的設(shè)計(jì) 在車身設(shè)計(jì)過程中考慮的相關(guān)問題： 本車由于在餐廳內(nèi)行走，所以其體積應(yīng)該盡量的小，這樣才不會影響客人的正常行動，使其從無論是外觀還是實(shí)用效果上所能適用的范圍更加的廣泛，許多中小型的餐廳也可以使用。但其高度應(yīng)該適應(yīng)一般飯桌的高度要求，這樣食物從餐車到餐桌的過程當(dāng)中才能更加的平穩(wěn)，送餐部分的擺桿轉(zhuǎn)動的角度和距離也會減小，所以車上所帶的支架的高度選擇略高，絲杠的行程也應(yīng)相應(yīng)的減小，從而帶來了穩(wěn)定性的提高，使使用效果大大增強(qiáng)了。另外考慮到地面可能有雜物的存在，底板的高度要稍微高一點(diǎn)，就是要求車輪伸出車體的高度應(yīng)該盡量的多，這樣可以避免雜物對車的影響。 車身框架的相關(guān)尺寸如下： 車全高為1250mm，車體的寬度為464mm，車體的長度為1028mm。 2.2.2 車輪的選擇 由于車是在室內(nèi)活動并且承載著食物，所以車的平穩(wěn)性的要求比較高，本車選用的是橡膠輪。其尺寸為146mm。 2.2.3 驅(qū)動方式的設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)的餐車轉(zhuǎn)彎的時(shí)候需要一定的旋轉(zhuǎn)半徑來實(shí)現(xiàn)它的轉(zhuǎn)彎功能，這樣就對空間的要求比較的高，需要更大的空間才能完成轉(zhuǎn)彎，因此送餐的應(yīng)用范圍就受到了很大局限。 如果選用通過軌道來限制餐車的運(yùn)動軌跡，固然平穩(wěn)，但在餐廳內(nèi)設(shè)置軌道必然會引起諸多的不便捷之處，首先軌道內(nèi)雜物的對餐車運(yùn)動的影響，其次軌道對客人行走的影響。再次，現(xiàn)代的餐廳都要求干凈整潔，軌道的存在勢必在視覺上影響餐廳的美觀和整潔。 為使送餐車能夠原地轉(zhuǎn)彎從而避免拐彎時(shí)所占用的空間過大，所以采用雙輪驅(qū)動，這樣可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎，節(jié)省了拐彎時(shí)所須的空間。為了避免軌道的存在所帶來的各個(gè)方面的不便，本車采用延時(shí)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)餐車的轉(zhuǎn)彎，是餐廳看上去更為干凈整潔。畢竟環(huán)境是現(xiàn)代人對餐廳的一個(gè)主要的要求。 本車的動力源是采用由杭州宏昌電聲磁技術(shù)開發(fā)有限公司制造的WB-0500-01型電機(jī)其特點(diǎn)是可以便于控制，而且所用電機(jī)存在制動系統(tǒng)能夠完成餐車在轉(zhuǎn)彎或遇到障礙時(shí)所需要的停止行走所需要的制動。電機(jī)的轉(zhuǎn)速為200r/min 2.2.4 驅(qū)動速度的相關(guān)計(jì)算 驅(qū)動相關(guān)的計(jì)算： 該車的主動帶輪第一級減速比為： (2-1) 第二級減速比為： (2-2) 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為n=200r/ min (2-3) 通過第一級降速后速度為： （2-4） 通過第二級降速后速度為： （2-5） 車輪的周長為： (2-6) 車前進(jìn)的速度為： (2-7) 車轉(zhuǎn)90度的旋轉(zhuǎn)長度為： 車轉(zhuǎn)90度所需要的時(shí)間： (2-8) 2.2.5 驅(qū)動軸校核計(jì)算 圖2-1軸受力示意圖 圖2-1中A,C兩點(diǎn)為軸的固定點(diǎn)。B點(diǎn)為受力點(diǎn)AB＝52.44 mm，BC=27.44mm假設(shè)充分估計(jì)餐車的總重量為100kg。那么一個(gè)車輪受力為50kg,那么BF方向上所受到的力約為500N。 列Y向合力平衡方程： (2-9) 對A點(diǎn)取矩由∑Ma=0列彎矩平衡方程： (2-10) 求得F2=331.25N，因?yàn)?，，所以，F(xiàn)1=168.75N。 對C點(diǎn)取矩得： (2-11) 此軸可看成是簡支梁，受力分析所得彎矩圖如下： 圖2-2軸受彎矩示意圖 σ===6.0766×103 Pa＜100MPa (2-12) 所以選用的軸符合強(qiáng)度的要求。 軸的扭轉(zhuǎn)剛度驗(yàn)算如下： (2-13) 式中：G—軸的材料的剪切彈性模量，Mpa，對于鋼材G=8.1×104 Mpa； Ipi—第i段軸截面的極慣性矩，mm4，對于圓軸Ip=πd4/32； Ti—階梯軸第i段上所受的扭矩，N·mm； L—階梯軸第i段上所受的扭矩作用長度，mm。 由前面可知Me=T，則 (2-14) 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算如下：（電機(jī)輸出功率150W，轉(zhuǎn)速200r/min） Mpa (2-15) 因?yàn)椋?5 Mpa ＜=31.8 Mpa＜50 Mpa(按要求可以的范圍為25到50 Mpa之間),所以，經(jīng)計(jì)算，軸的設(shè)計(jì)尺寸符合要求。 2.2.6 驅(qū)動輪上軸承的校核 圖2-3軸承受力示意圖 選用的軸承型號為6000型 GB/T276 (1)計(jì)算軸承所受徑向力Fr1、Fr1 已知Fr=500N，F(xiàn)a=0N，列Y向合力平衡方程： 對A點(diǎn)取矩由∑Ma=0列彎矩平衡方程： 求得Fr2=331.25N，因?yàn)?，，所以，F(xiàn)r1=168.75N。 （2）求比值 (2-16) 根據(jù)表13-5徑向動載荷系數(shù)X和軸向動載荷系數(shù)Y [4]，深溝球軸承的最小判斷系數(shù)e值為0.22，故此時(shí) (2-17) (3)計(jì)算當(dāng)量動載荷P (2-18) 根據(jù)表13-6載荷系數(shù)fp [4]查得，fp=1.0～1.2，取fp=1.2。 按表13-5徑向動載荷系數(shù)X和軸向動載荷系數(shù)Y [4]查得，X=0.56，取Y=0，則 (4)求軸承的基本額定動載荷值 (2-19) (5)按照軸承樣本選擇6201型軸承 C=1000N驗(yàn)算軸承壽命： (2-20) 所以，軸承滿足要求。 2.2.7 帶傳動的相關(guān)計(jì)算 本服務(wù)機(jī)器人傳動設(shè)計(jì)由電機(jī)輸出的動力經(jīng)傳動帶輸送，經(jīng)過兩級減速后，傳送到車輪軸，驅(qū)動車前進(jìn)。 1、第一級V帶的計(jì)算 電機(jī)輸出功率150W，希望中心距154mm，傳動比i=2。 （1）確定計(jì)算功率 計(jì)算功率Pca是根據(jù)傳遞的功率P,并考慮到載荷性質(zhì)和每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長短等因素的影響而確定的。即： w (2-21) 式中：Pca—計(jì)算功率，單位為W； P—傳遞的額定功率（電機(jī)的額定功率），P=150W，單位為KW； KA—工作情況系數(shù)，KA=1.2（由表8-7工作情況系數(shù)KA [4]查得）。 （2）選擇帶型 根據(jù)Pca=180W及n=200r/min由圖8-11普通V帶選型[4]選取B型V帶。 （3）小帶輪基準(zhǔn)直徑： 由圖8-11普通V帶選型[4]和表8-6 V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑[4]、表8-8普通V帶的基準(zhǔn)直徑系列[4]選定小帶輪直徑為50mm。 （4）大帶輪基準(zhǔn)直徑 取滑動率ε=0.02，大帶輪直徑： (2-22) 由表8-8 普通V帶的基準(zhǔn)直徑系列[4]選定100mm 。 （5）驗(yàn)算傳動比誤差 (2-23) (2-24) （6）帶速 m/s (2-25) 因?yàn)椋?～25m/s之間，所以可以用。 （7）初定中心距 (2-26) 式中：—中心距，單位為mm； d—帶輪的基準(zhǔn)直徑，單位為mm。 按設(shè)計(jì)要求取a0=154mm （8）計(jì)算相應(yīng)帶長 (2-27) 由表8-2 V帶的基準(zhǔn)長度系列及長度系數(shù)KL [4]選取V帶基準(zhǔn)長度 =560mm。 (9)實(shí)際中心距 a (2-28) 安裝時(shí)所需最小中心距 (2-29) (10)小帶輪包角 (2-30) 2、第二級V帶的計(jì)算 希望中心距200mm，傳動比i=1.4。 （1）確定計(jì)算功率 W (2-31) （2）選擇帶型 根據(jù)Pca=180W及n=100r/min由圖8-11 普通V帶選型[4]選取B型V帶。 （3）小帶輪基準(zhǔn)直徑 由圖8-11 普通V帶選型[4]和表8-6 V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑[4]、表8-8 普通V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列[4]選定小帶輪直徑為50mm。 （4）大帶輪基準(zhǔn)直徑 取滑動率ε=0.02，大帶輪直徑： 由表8-8 普通V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列[4]選定75mm 。 （5）驗(yàn)算傳動比誤差 (2-32) (2-33) （6）帶速 (2-34) 在5～25m/s之間，所以可以用。 （7）初定中心距 式中：—中心距，單位為mm； d—帶輪的基準(zhǔn)直徑，單位為mm。 按設(shè)計(jì)要求取a0=200mm （8）計(jì)算相應(yīng)帶長 由表8-2 V帶的基準(zhǔn)長度系列及長度系數(shù)KL [4]選取V帶基準(zhǔn)長度 =630mm。 (9)實(shí)際中心距 a (2-35) 安裝時(shí)所需最小中心距 (10)小帶輪包角 (2-36) 第3章 送餐部分設(shè)計(jì) 3.1 機(jī)械手總體設(shè)計(jì) 本機(jī)械手腕部的動力源是采用J—ZYT系列直流減速電機(jī)其特點(diǎn)是可以便于控制，而且所用電機(jī)分別由ZYT系列直流電動機(jī)與Px型普通精度行星減速器構(gòu)成，且配帶電源，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。調(diào)整范圍寬、體積小、重量輕、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、輸出轉(zhuǎn)矩大，廣泛使用于引進(jìn)設(shè)備及國產(chǎn)機(jī)械。如：四色印刷機(jī)、塑料平封機(jī)、食品及工業(yè)包裝機(jī)械、輸送管道保暖檢測裝置、焊接設(shè)備以及其它需要低速高轉(zhuǎn)矩、無級調(diào)速的驅(qū)動裝置所配電源采用脈寬調(diào)制技術(shù)，具有先進(jìn)的短路保護(hù)功能（其功能詳見電源使用說明書），輸出0-220V連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)無級變速等優(yōu)點(diǎn)[6]。選擇電機(jī)的功率為20W、轉(zhuǎn)速為200r/min。 3.1.1 蝸輪、蝸桿的相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算 1、選擇傳動類型和材料 由于傳遞功率不大，轉(zhuǎn)速較低，可選用普通圓柱蝸桿傳動，蝸桿用40Cr，表面淬火，硬度為45～55HRC。蝸輪輪齒圈選用鑄錫青銅（ZCuSn10Pb1），金屬膜鑄造[7]。 2、選擇蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù) 已知公稱傳動比i=4.83，取Z1=6，則： （3-1） 3、按蝸輪齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1）確定蝸輪轉(zhuǎn)矩T2 按表14—13蝸桿傳動總效率的近似值[8]，暫取η=0.92 （3-2） （3-3） （2)確定載荷系數(shù) 由載荷穩(wěn)定，可初定載荷系數(shù)K=1.2。 （3)確定許用應(yīng)力 由表14—16含錫青銅蝸輪材料的基本需用接觸應(yīng)力[σ]H [8]查得，基本許用應(yīng)力[σ]H=220MPa，設(shè)vs=5m/s，由圖14—10滑動速度影響系數(shù)[8]，取滑動速度影響系數(shù)Zvs=0.90，則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： （3-4） 查圖14—11壽命系數(shù)[8]查得，壽命系數(shù)為ZN=1.4。 （3-5） （4）計(jì)算模數(shù)m及蝸桿分度圓直徑d1 （3-6） 查表14—18m、d1和m2d1值[8]取m=2mm，d1=22.4mm（m2d1=89.6）； 查表14—10蝸桿、蝸輪參數(shù)的匹配[8]按i=4.83，m=6mm，d1=22.4mm可得：a=40mm，z1=6，z2=29，x2=-0.5。 蝸輪分度圓直徑： （3-7） （5）驗(yàn)算蝸輪圓周速度 實(shí)際傳動比： （3-8） （3-9） 蝸輪的圓周速度： （3-10） （6）計(jì)算嚙合效率 蝸桿導(dǎo)程角： （3-11） 滑動速度： （3-12） 查表14—12普通圓柱蝸桿傳動的當(dāng)量摩擦因數(shù)和摩擦角[8]得摩擦角為ρ,=4.8 ° 嚙合效率： （3-13） 取η2=0.96，η3=0.98則η=η1η2η3=0.82568×0.96×0.98=0.7768。 （7）校核蝸輪齒面接觸強(qiáng)度 蝸輪實(shí)際傳遞轉(zhuǎn)矩： 當(dāng)vs=0.799m/s時(shí)，查圖14—10滑動速度影響系數(shù)Zvs [8]得Zvs=1， （3-14） 按表14—15使用系數(shù)KA [8]取使用系數(shù)KA=0.91，載荷分布系數(shù)Kβ=1.0，動載荷系數(shù)Kv=1.05則K=0.9×1.0×1.05=0.945，所以 因?yàn)閙2d1＜89.6mm2，所以蝸輪齒面接觸強(qiáng)度合格。 （8）校核蝸輪齒根抗彎強(qiáng)度 需用彎曲應(yīng)力： 由N=3.73×107查圖14—11壽命系數(shù)YN [8]得YN=1 （3-15） 當(dāng)量齒數(shù)： （3-16） 查表14—19蝸輪齒形系數(shù)[8]得蝸輪齒形系數(shù)YF=1.68 （3-17） 所以蝸輪齒根抗彎強(qiáng)度合格。 （9）熱平衡計(jì)算 （3-18） 取t0=25℃, t1=28℃，Ks=14W/（m2k）,η=0.7768(傳動效率)。 由上式得所需散熱面積： （3-19） 4、蝸桿、蝸輪的參數(shù)計(jì)算 基本數(shù)據(jù)：中心矩a=40mm，傳動比i12=4.83，模數(shù)m=2mm，蝸桿頭數(shù)Z1=6，直徑系數(shù)q=11.2，蝸輪齒數(shù)Z2=29 （1）蝸桿參數(shù) 蝸桿分度圓直徑： （3-20） 蝸桿頂圓直徑： （3-21） 蝸桿齒根圓直徑： （3-22） 蝸桿齒頂高： （3-23） 蝸桿齒根高： （3-24） 蝸桿齒寬： 取b1=31mm （3-25） （2）蝸輪參數(shù) 蝸輪分度圓直徑： 蝸輪喉圓直徑： （3-26） 蝸輪頂圓直徑： （3-27） 蝸輪根圓直徑： （3-28） 頂隙： （3-29） 蝸輪咽喉圓半徑： （3-30） 蝸輪齒頂高： （3-31） 蝸輪齒根高： （3-32） 蝸輪齒寬： （3-33） 3.1.2 滑動螺旋傳動的計(jì)算 1、估計(jì)工作載荷F=200N，絲杠或螺母轉(zhuǎn)速為n=120r/min （1）選定螺紋類型 螺紋牙型為等腰梯形，牙型角α=30°、高徑比ψ=1.2～2.5。特點(diǎn)是內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動。與矩形螺紋相比，傳動效率略低，但工藝性好，牙根強(qiáng)度高，對中性好。梯形螺紋也是最常用的傳動螺紋[11]。 （2）選定螺旋副材料 查表16—10滑動螺旋副材料的摩擦因數(shù)f和許用比壓[P] [8]取許用比壓[P]=2.0MPa，摩擦因數(shù)f=0.15，螺桿材料為#45，螺母材料為鑄鐵。 （3）基本尺寸計(jì)算 螺紋中徑： （3-34） 所以取公稱直徑d2=22mm。要求自鎖時(shí)，，所以螺距P=3。 螺母高度： （3-35） 螺紋中經(jīng)： （3-36） 螺紋小徑： （3-37） 螺母旋合圈數(shù)： （3-38） 2、校核計(jì)算 （1）耐磨性校核 根據(jù)螺旋副材料從表16—10滑動螺旋副材料的摩擦因數(shù)f和許用比壓[P] [8]查取許用比壓[P]=2.0MPa，根據(jù)螺紋類型，從標(biāo)準(zhǔn)中查取螺桿的中徑d2=19.5mm，小徑d3=16.5mm。 計(jì)算螺距： 計(jì)算螺紋工作高度(梯形)： （3-39） 計(jì)算螺旋副壓強(qiáng)： （3-40） 因?yàn)椋阅湍バ阅芡ㄟ^。 （2）螺桿強(qiáng)度校核 根據(jù)螺旋副材料，從表16—11滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力[8]查取許用拉應(yīng)力[σ]=340MPa 計(jì)算危險(xiǎn)斷面的當(dāng)量應(yīng)力： （3-41） 因?yàn)?，所以?qiáng)度通過。 （3）螺母螺牙強(qiáng)度校核 根據(jù)螺旋副材料，從表16—11滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力[8]查取許用彎曲應(yīng)力，許用切應(yīng)力。根據(jù)螺紋類型，從標(biāo)準(zhǔn)中查取螺母的大徑D4=22.5mm。 計(jì)算螺牙根部寬度： 計(jì)算螺牙切應(yīng)力： （3-42） 計(jì)算螺牙彎曲應(yīng)力： （3-43） 因?yàn)槁輻U和螺母的切應(yīng)力，彎曲應(yīng)力，所以螺牙強(qiáng)度通過。 3.1.3 主軸軸承校核計(jì)算 圖3-1軸承受力示意圖 選用的軸承型號為3000型 GB/T297 (1)計(jì)算軸承所受徑向力Fr1、Fr1 由∑Ma=0列彎矩平衡方程： 求得Fr2=8N，同理， Fr1=6N。 （2）計(jì)算派生軸向力FS1、FS2 由于選擇3000型軸承，由表13-5徑向動載荷系數(shù)X和軸向動載荷系數(shù)Y[4] 查得Fs=0.23Fr則： 所以A、B軸承的軸向力： ∴， (3)計(jì)算當(dāng)量動載荷P （3-44） 根據(jù)表13-6載荷系數(shù)fp [4]查得，fp=1.0～1.2，取fp=1.2。 按表13-5徑向動載荷系數(shù)X和軸向動載荷系數(shù)Y [4]查得，X1=0.4，取Y1=1.25，則 按表13-5徑向動載荷系數(shù)X和軸向動載荷系數(shù)Y [4]查得，X2=1，取Y2=0，則 因?yàn)镻1＞P2，所以軸承A危險(xiǎn)。 (4)求軸承的基本額定動載荷值 （3-45） (5)按照軸承樣本選擇3207型軸承 C=312.9N驗(yàn)算軸承壽命： 所以軸承滿足要求。 3.2 電磁鐵的選擇 推拉式電磁鐵主要有外殼、定鐵芯、動鐵芯和線圈四部分組成。線圈通電后，動鐵芯產(chǎn)生軸向直線運(yùn)動，起到推、拉外接負(fù)載裝置的功能。由于采用高導(dǎo)磁的材料和 帶有錐形配合的磁路結(jié)構(gòu)，因此產(chǎn)品雖然體積小、重量輕，但與常規(guī)的小型電磁鐵相比，其行程和吸引力都較大[12]。 本次選用的電磁鐵的型號為TCT34Z，直徑為34mm，工作行程為26mm，吸力可達(dá)70N，所以足可以滿足機(jī)構(gòu)對拉力的需求。 3.3 機(jī)械手 由于所取的使用的餐盤的大小為直徑為20cm，并且上下邊緣的傾斜角度為45度，餐盤的高度為3cm。所以機(jī)械手的相關(guān)尺寸是以此為條件選擇并設(shè)計(jì)。 機(jī)械手的下端部分必須能牢固的承接住餐盤的底部，從而實(shí)現(xiàn)對餐盤的抓舉。這樣餐盤在移動的過程當(dāng)中才能更為穩(wěn)妥，為了讓餐盤能更為穩(wěn)固，所以與餐盤接觸處我選擇摩擦力較大的橡膠材料[13]。這樣既可以保證盤子不會打滑而脫落，而且在運(yùn)動過程當(dāng)中也能達(dá)到更好的安全效果。橡膠材料又不是太硬，不會對盤子造成損壞。與餐盤的接觸處設(shè)計(jì)成為45度的弧型，這樣可以緊緊包裹盤子的外部邊緣，設(shè)計(jì)的寬度又略小于盤子的邊緣，形成絕大多數(shù)面積的包裹，這樣在安全系數(shù)上有了進(jìn)一步的保障。 3.4 平行四邊形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 當(dāng)把餐盤送到客人的餐桌以后，機(jī)械手要張開，只有這樣才能使機(jī)械手自己返回到餐車的初始位置上面，但由于機(jī)械手的邊緣部分離餐桌的底部已經(jīng)很近了，原因是為了保證安全性[14]。所以為了讓手打開的時(shí)候不與餐桌發(fā)生干涉。既要讓手打開，而前端還不能下降，所以設(shè)計(jì)了平行四邊形機(jī)構(gòu)，以達(dá)到目的。平行四邊形用銷釘與機(jī)械手連接在了一起。 工作原理如下：當(dāng)機(jī)械手打開時(shí)，由于平行四邊形的上端固定，所以下面的邊只能與上面的邊平行，所以盡管機(jī)械手向兩邊打開了，但底邊沒有下降，不可能與桌面發(fā)生干涉。 圖3-2 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖 如圖3-2所示桿的上端設(shè)有槽口,用來實(shí)現(xiàn)推桿推動機(jī)械手的時(shí)候不發(fā)生干涉,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)它的功能。 3.5 機(jī)械手的尺寸 圖3-3機(jī)械手尺寸示意圖 圖3-3中1為推桿，2的長度為136mm,3的長度為86mm，4的長度為72mm。桿2和桿3的夾角為120度。根據(jù)計(jì)算得出桿1的行程為26mm，此行程即是上部直線電磁鐵的行程。上訴幾桿長度的選擇是參考桌面距離和箱體的高度，餐盤的尺寸，以及裝上食物后所必須留出相應(yīng)的空間所定的。 3.6 外部支架的設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)讓放在餐車上面的餐盤通過機(jī)械手的抓舉到達(dá)桌子上面，所以在車的上部設(shè)計(jì)了一個(gè)可以活動的支架，通過電機(jī)的旋轉(zhuǎn)使手臂轉(zhuǎn)動，直線電磁鐵推桿的推動實(shí)現(xiàn)餐盤的上桌，由于考慮到送餐的穩(wěn)定性，所以支架尺寸的選擇應(yīng)該考慮到諸多的方面[15]。 方案一：讓餐車的高度和餐桌的高度達(dá)到完全一致，當(dāng)餐車到達(dá)相應(yīng)的位置后觸發(fā)開關(guān)，餐車上設(shè)置一塊擋板，此時(shí)擋板推動餐盤移動到客人的桌子上，然后擋板撤回，送餐完畢。 方案二：在餐車上設(shè)置一個(gè)支架，上端放置一個(gè)機(jī)械手，支架與車體相連接，支架上的電機(jī)使機(jī)械手臂轉(zhuǎn)動，并通過手腕處的絲杠系統(tǒng)是手爪上升下降，這樣就可以實(shí)現(xiàn)餐盤的移動，為了達(dá)到一定的安全性，所以支架的長度也要設(shè)計(jì)的合理。 本車選擇的是方案二所采取的措施。 觀察上面的兩個(gè)方案不難看出兩者的優(yōu)劣，方案一對餐桌和餐車的高度要求的非常的高，稍微有不平，就有可能造成食物的外流，還有擋板的推動速度也要相當(dāng)?shù)钠椒€(wěn)，同時(shí)對餐桌和車體的光滑度要求的非常的高，這樣對于造價(jià)就可能造成很大的影響，這對于它的發(fā)展和使用都有很大的局限性。同時(shí)第一種方案對橫向的行程要求比較的大，這樣就造成了車身長度的加長，這就帶來了許多的不便捷，首先重量的增加，使得它更笨拙，對于材料的浪費(fèi)也是比較嚴(yán)重的，成本也有一定影響。 而方案二對車上箱體的光滑度幾乎沒有要求，加工起來比較的方便，直線電磁鐵的行程也比較的小，對餐廳規(guī)模的限制不大，這對于它的推廣非常有易，畢竟送餐車的設(shè)計(jì)要照顧到各個(gè)規(guī)模的餐廳。這樣才能增加它的市場競爭力。 第4章 控制方案設(shè)計(jì) 本課題控制方案設(shè)計(jì)采用可編程控制器，可編程控制器（PLC）是一種用在工業(yè)自動化控制的“專用計(jì)算機(jī)”，實(shí)質(zhì)上也屬于計(jì)算機(jī)控制方式?？删幊炭刂破鳎≒LC） 與普通微型計(jì)算機(jī)一樣。以通用或?qū)Ｓ?CPU 作為處理器，實(shí)現(xiàn)運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲等功能，除此之外還有位處理器（布爾處理器）可以進(jìn)行點(diǎn)（位）運(yùn)算與控制?？删幊炭刂破鳎≒LC） 控制一般具有可靠性高、操作容易、維修方便、編程易、操作靈活?？删幊炭刂破?，并不需要許多可拆裝元件和必須進(jìn)行線纜連接的元件，這使得它的接線亮大大的減少，與此同時(shí)，使得其維護(hù)容易，維修時(shí)間短。它的操作、編程、檢修都非常容易，一通常情況下不會發(fā)生誤操作?？删幊炭刂破饔布矫妫翰捎昧艘幌盗锌梢蕴岣呖煽啃缘拇胧?。例如：采用可靠性的電子元件；采用先進(jìn)制造工藝的流水線制造；對干擾進(jìn)行屏蔽、隔離和濾波；斷電保護(hù)；存儲器內(nèi)容的保護(hù)等。軟件方面，亦采取了一系列提高其系統(tǒng)可靠性的措施。例如：軟件濾波；自診斷；簡化編程語言等?？删幊炭刂破鞫嘀鼐幊陶Z言的使用，使得編程的方式方法的更加的多樣，也使得其可以在不同環(huán)境下使用?？梢阅M運(yùn)行，操作方便可靠。 4.1 模擬餐桌的分布 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)按照六張餐桌的排列形成的，所取的排列形式如圖4-1所示： 圖4-1 送餐車工作平面示意圖 圖中的C處為送餐車的所在位置，是它初始狀態(tài)時(shí)的位置，1到6六個(gè)數(shù)字代表餐廳內(nèi)餐桌所處的位置。E和F代表送餐車所路過的兩條路線。 4.2 PLC選型 日本OMRON公司是世界上生產(chǎn)可編程序控制器（PC）的著名廠家之一，OMRON的大、中、小、微型機(jī)各具特色各有所長，在中國市場上的占有率位居前列，在國內(nèi)用戶中享有較高聲譽(yù)。1999年，OMRON在推出CS1系列的同時(shí)，在小型機(jī)方面相繼推出CPM2A/CP M2C/CPM2AE、CQM1H等機(jī)型。 歐姆龍PLC是一種功能完善的緊湊型PLC，能為業(yè)界領(lǐng)先的輸送分散控制等提供高附加值機(jī)器控制；它還具有通過各種高級內(nèi)裝板進(jìn)行升級的能力，大程序容量和存儲器單元，以Windows環(huán)境下高效的軟件開發(fā)能力。它具有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)靈活，不受環(huán)境的限制，有電即可組建網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)可以靈活擴(kuò)展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率，在移動性方面可與WLAN媲美。傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬穩(wěn)定，適用面廣，PLC作為利用電力線組網(wǎng)的一種接入技術(shù)，提供寬帶網(wǎng)絡(luò)“最后一公里”?的解決方案，廣泛適用于居民小區(qū)，酒店，辦公區(qū)，監(jiān)控安防等領(lǐng)域。它是利用電力線作為通信載體，使得PLC具有極大的便捷性，只要在房間任何有電源插座的?地方，不用撥號，就立即可享受4.5~45Mbps的高速網(wǎng)絡(luò)接入，來瀏覽網(wǎng)頁﹑撥打電話，和觀看在線電影，從而實(shí)現(xiàn)集數(shù)據(jù)、語音、視頻，以及電力于一體?的“四網(wǎng)合一”。低成本，充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，無需任何布線，節(jié)約了資源。無需挖溝和穿墻打洞，避免了對建筑物、公用設(shè)施、家庭裝潢的破壞，同時(shí)也節(jié)省?了人力。相對傳統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)，PLC成本更低，工期短，可擴(kuò)展性和可管理性更強(qiáng)。目前國內(nèi)已開通電力寬帶上網(wǎng)的地方，其包月使用費(fèi)用一般為50-80元/?月左右，這樣的價(jià)格和很多地方的ADSL包月相持平。 我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)所使用的PLC型號為CPM1A-40CDT-D-V1，40點(diǎn)CPU單元，24點(diǎn)輸入，16點(diǎn)繼電器輸出，能基本滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。 4.3 輸入/輸出地址分配 機(jī)器人需要完成的動作為：從初始位置出發(fā)，選擇餐桌1—6即選擇相應(yīng)的行走路線，然后是車前行，車右轉(zhuǎn)，車?yán)^續(xù)前行到達(dá)相應(yīng)的桌，手臂左轉(zhuǎn)，手臂下降，手抓松開，繼而手臂上升，手臂右轉(zhuǎn)，小車后行，車左轉(zhuǎn)，車?yán)^續(xù)后退直到回到初始位置。整個(gè)過程控制為節(jié)拍控制，輸出量和輸入量一般為開關(guān)量，各個(gè)輸入和輸出量如下表4—2和續(xù)表4—2所示。 表4—3 輸入量 地址編號 聯(lián)動 I0 手動 I1 傳感器 I2 前行 I3 后行 I4 車體右轉(zhuǎn) I5 車體左轉(zhuǎn) I6 手臂左轉(zhuǎn) I7 手臂右轉(zhuǎn) I8 爪開/爪合 I9 手臂下降 I10 手臂上升 I11 1桌 I12 2桌 I13 3桌 I14 4桌 I15 5桌 I16 6桌 I17 初始為行程開關(guān)1 I18 初始為行程開關(guān)2 I19 續(xù)表4—3 輸出量 地址編號 HL2就緒燈 　 00 HL3就緒燈 　01 電機(jī)1正轉(zhuǎn) 　 02 電機(jī)1反轉(zhuǎn) 　 03 電機(jī)2正轉(zhuǎn) 　 04 電機(jī)2反轉(zhuǎn) 　 05 電機(jī)3正轉(zhuǎn)