餐廳服務(wù)機器人設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】,含CAD圖紙、說明書,餐廳,服務(wù),機器人,設(shè)計,cad,圖紙,說明書,仿單 1.簡介 移動機器人定位和目標姿態(tài)估計在工作環(huán)境中一直是移動機器人的核心研究活動。移動機器人的定位問題的解決需要主要在兩個問題：機器人必須有一個代表性的環(huán)境；機器人必須有關(guān)于這個環(huán)境的構(gòu)成其性能的表示。傳感器是解決這兩個問題的基礎(chǔ)。許多傳感器提供給移動機器人的基礎(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攝像機傳感器通常在移動機器人定位中應(yīng)用在機器人項目聚集的位姿估計和高精度視力。 在項目中，我們主要使用雙目立體攝像機和射頻識別傳感器來收集足夠的信息來實現(xiàn)自我定位和自我導航。視覺系統(tǒng)是被動的和高分辨率解，并對移動機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，一個基于視覺的移動機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，移動機器人探索真實的室內(nèi)環(huán)境，在計算機視覺，是一個徹底的調(diào)查主題。奇奇雷利使用圖像從凸輪時代構(gòu)建三維模型，以使機器人自主導航的室內(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)算法準確估計構(gòu)成，大小和形狀，以把握目標對象。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、緊湊、成本低等特點。 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簽，一個具有一個或多個天線和軟件的讀寫器處理標記讀數(shù)。讀者蓋茨的標簽，接收他們的ID碼等信息存儲在他們的記憶。標簽可以是被動的或主動的。無源標簽是由射頻產(chǎn)生的電磁場激活D天線。無源RFID技術(shù)已經(jīng)被用于研究認識到服務(wù)機器人的位置。有一種方法是，在地板上設(shè)置有標簽的無源標簽絕對位置，這是自由的問題，傳統(tǒng)的系統(tǒng)。該機器人的絕對坐標系可以得到強勁的，與標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地方提供的絕對位置信息的服務(wù)機器人。G.米迦勒使用射頻識別（RFID）無遮擋運輸我們的障礙來區(qū)分不同的拓撲領(lǐng)域以實現(xiàn)。由于本地化是一個基本問題，在移動機器人，許多方法已被開發(fā)并在文獻中討論。這些方法可以大致分為三大類：度量，拓撲和混合。度量方法是有用的，當它是必要的機器人準確地了解其在度量坐標系中的定位機器人的狀態(tài)也可以用一個更高的定性的方式表示，通過使用拓撲圖。但這些方法也面臨著一些困難，當環(huán)境改變。在這一點上，具有里程碑意義的方法是簡單和強大的準確的自我定位。地標分為兩類：自然與人工。在使用天然局域網(wǎng)的方法，自然地標的魯棒提取已得到相當?shù)闹匾?。特征為基礎(chǔ)的方法，在環(huán)境中使用自然的地標，執(zhí)行之間的匹配檢測到的地標他查詢與視覺表現(xiàn)的地標，并確定機器人的位置。人工地標是非常簡單和強大的準確的自我定位。通過檢測移動機器人的識別和定位，可以計算出它自己的位置和標題的標志性幀。這個信息，連同以前的知識回合的人工地標，給出了機器人的絕對位置，并與尊重的世界框架。一種人造的地標往往是在設(shè)計一個特定的圖案或顏色組合其可靠的檢測，快速識別和準確的自我定位。例如，貝克爾克雷格等。用于天花板和墻壁為基礎(chǔ)的地標導航和定位的幫助。郭X你用彩色的視覺地標來實現(xiàn)自我定位。成林等人。用改進的橢圓變換識別三維地標定位。布里格斯等。設(shè)計了一個自相似灰度模式。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性排列的顏色標志圖案。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)量和計算復雜度。在本文中，我們使用的表作為一些簡單的顏色人工地標在機器人餐廳，并提出了一個快速檢測，可靠的重新認知和準確的自我定位算法，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)是用來確定機器人的精確的絕對坐標。 2.粗定位方法 2.1機器人坐標系的四個坐標系統(tǒng)：全球坐標系統(tǒng)（GCS），機器人的坐標系統(tǒng)（RCS），傳感器的坐標系統(tǒng)（SGS），和虛擬世界坐標系統(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，所以我們需要計算只有前者的三坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，如圖1所示。下面的公式給出我們舉一個例子，如何將傳感器位置在RCS綜合布線： 2.2.全球的姿態(tài)估計的移動機器人的位姿估計是一個基本問題三定位方法，大致可以分為兩類：用于跟蹤機器人的姿態(tài)和全局姿態(tài)估計的方法，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)估計方法的測距模型，決定著機器人相對于一開始的姿勢車輛導航點。 圖1 機器人的坐標系統(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)來估計機器人位置。為了操作成功，我們使用兩個三個地標定位方法和里程碑式的定位方法來計算機器人的訂單在這項研究中的地位。首先，讓我們知道如何移動機器人執(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。正如我們都知道的那樣這是一個深度或距離感，當我們觀察物體與我們的兩只眼睛同時。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，通過空間點的位移計算在兩個圖像數(shù)量。在我們的雙目立體相機中，2個攝像機的焦距相等，兩個光軸平行，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是左右相機的光學中心點，一個和一個是左，右圖像的中心點。1 P和2P是在左和右圖像，目標點的投影分別。D深度值。立體相機的焦距長度?，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與責任等，用于機器人的立體相機，帶F值是不變的，我們可以知道這是只依賴于LR會?價值。根據(jù)上述方法，距離像可以很容易地獲得?？紤]到計算效率和實時性要求，無需獲得所有的距離值。為了獲得目前的位置移動機器人，只有三個距離值是足夠的。圖3顯示了如何通過使用只有三的距離值計算移動機器人的坐標。看著圖，假設(shè)日在我們知道O1 O 2和O 3 的坐標。當移動機器人在環(huán)境中遇到的三個地標，安裝在機器人上的立體攝像機可以檢測到三個地標測量從它的立體相機到每個標志的中心的距離。然后，根據(jù)以上圖的轉(zhuǎn)化，機器人中心和三之間的距離KS也可以計算。與現(xiàn)有已知坐標的三個地標，機器人中心坐標，如圖3所示，可以計算如下公式： 圖3三地標定位原理 2.4.在這項研究中的每一個地標的測定方法，利用OCR技術(shù)來區(qū)分每一個地標，擁有其獨特的表號移動機器人定位。光學字符識別識別（OCR）是閱讀和識別符號術(shù)語。在這項研究中，我們使用模板模型匹配來識別每個表的過程中的讀取字符。模板匹配是實現(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，把輸入的字符和標準的寺廟字符匹配到相同的分類。現(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)，標準模板表示為函數(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)在其他標準的人物，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?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，通常采用二進制字符。它的基本理念是建立一個標準的模板，我不為每個字符，圖像被認定為。它們的尺寸都是用一個一個的模板匹配未知的模型，可以從下面的公式中導出相似的相似度： 圖5 差動驅(qū)動機器人的運動 2.5.在每個內(nèi)部最后的相對定位，我們可以得到機器人的絕對坐標，GCS根據(jù)上述方法。但上述方法不能提供實時的POS對于移動機器人和信息。在這項研究中，我們整合的“相對定位”和“絕對定位”的優(yōu)勢，使他們互補。在每個區(qū)間視覺測量，在下面提到的測距模型，用于確定移動機器人也可以知道它的全局坐標。圖5顯示一個差分驅(qū)動運動機器人，這是在這個項目中使用。由于初始姿態(tài)的機器人完全計算與上述方法，移動機器人的實時姿態(tài)信息，可以計算出你雙輪的旋轉(zhuǎn)測量。 GCS的位置和移動機器人定位的載體，，T毫米差動驅(qū)動機器人，姿態(tài)可以從起始姿勢的綜合估計各區(qū)間內(nèi)的旅行距離。假設(shè)RCS在M點建立。根據(jù)圖，我們可以在RCS得到機器人的速度。 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，每個間隔的更新位置，可以計算如下： 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是兩輪的機器人的半徑。i是時間。在曼特爾二要提高計算效率，我們想thatcosθ是每間隔一個恒定值。所以，可以計算為以下公式： 在這種情況下，在每個時間間隔的雙目視覺測量的移動機器人的全球構(gòu)成可以找到的計算公式（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)移動機器人的國產(chǎn)化。許多研究已經(jīng)研究了如：Wilson設(shè)計了一個方法，地圖TAG伯爵百分比標簽計數(shù)模式的數(shù)據(jù)庫在不同的衰減水平；訂購是一個眾所周知的位置傳感系統(tǒng)，使我們E的接收信號強度指示（RSSI）來估計距離的有源RFID標簽，從而定位用戶借助標簽間的距離； P考慮標簽的RSSI以及他的設(shè)計標簽檢測率和收益率的準確性35厘米在最壞的情況下。在我們的研究中，我們設(shè)計了一個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標簽。所以，考慮到我國±3厘米的精度，我們不需要考慮RSSI和標簽檢測率。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厘米精度的細節(jié)中。 3.1.RFID系統(tǒng)如圖所示的處理環(huán)境，RFID標簽只能設(shè)置在地板上在廚房桌子上的菜肴的烹飪機器人熟放。那是因為那是羅定位應(yīng)以確保機器人可以在廚房桌板有足夠的準確把握。 圖6.在廚房桌子的無源RFID標簽的布局 絕對坐標存儲在每個標簽中，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器人被用來檢測放置在地板上的標簽，并獲得絕對坐標。當機器人在地板上移動時，通過射頻識別標簽，該標簽進入到磁場的磁場范圍內(nèi)。的一個絕對坐標存儲在RFID標簽將被使用的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機器人在標簽上移動時，標簽的坐標。然后將值存儲到計算機中，并直接機器人如何移動。在運動過程中，機器人不斷地得到的值的射頻識別標簽，直到機器人到達目的地。在這項研究中，每一次的射頻識別標簽只讀取一個標簽。 3.2.基于RFID技術(shù)的定位算法在運動過程中，三個RFID閱讀器，顯示圖，安裝在機器人的底部可以自動檢測RFID標簽在地板上。WH射頻識別標簽是在三個射頻識別閱讀器的磁場范圍內(nèi)，將獲得的絕對坐標存儲在標簽。如圖所示，假設(shè)一個RFID標簽絕對坐標檢測，然后對機器人的中心坐標，可以得到如下。如果是中間的射頻識別標簽，則該標簽的中心坐標系的XY，可以表示如下。 圖7.三個射頻識別閱讀器的布局 4.實驗與結(jié)果分析 4.1.在實驗設(shè)置中，我們建立了一個機器人餐廳，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。一些在實際實驗中使用了無源標簽和三兆赫頻率的13.56個射頻識別閱讀器。每個標簽的絕對坐標是預存，和標簽也會定期分配在特定的IC的位置后，在工作表的設(shè)計模式。的RFID讀寫器天線為2.2厘米大小和標簽的大小為2.8厘米。有一個立體相機安裝在EAD，將立體圖像的機器人通過1394總線的機器人，和立體圖像的大小是512×384。實驗前，廚房的桌子的位置和方向也事先知道。餐飲服務(wù)機器人是顯示在圖9。 圖9 餐廳的服務(wù)機器人的照片 5.結(jié)論與未來工作 本文提出了一種餐廳服務(wù)機器人，這可能是適用于現(xiàn)代機器人餐廳的客戶提供基本的服務(wù)。在餐飲服務(wù)機器人設(shè)計中，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。在運動過程中，移動機器人的初始位置是未知的提前。通過三標定位方法服務(wù)機器人可以連接首先獲得粗糙的當前位置。然后，當移動機器人在餐廳中的標志性的緊密結(jié)合，使用基于地標的定位方法，機器人可以區(qū)分的標志性的地標，并獲得更準確的位置。FI最后，經(jīng)過一些RFID標簽存儲絕對坐標ARE檢測，移動機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現(xiàn)。許多實驗證明，餐廳服務(wù)機器人已經(jīng)實現(xiàn)了實時的自我定位，使用上述方法在紙。在更復雜的人類兼容的環(huán)境中，我們未來的工作將集中在機器人導航，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。一個更穩(wěn)健移動機器人定位算法和有效的移動機器人定位算法將被開發(fā)和應(yīng)用到我們的餐廳服務(wù)機器人。 外文翻譯原文 學 院 專業(yè)班級 學生姓名 指導教師 摘 要 隨著人們生活水平的不斷提高，消費觀念已從傳統(tǒng)的單純物質(zhì)消費逐漸轉(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)計的餐廳服務(wù)機器人是節(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，通過以機器代替人力來節(jié)省資源，同時還改善了就餐的環(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)計運用雙電機驅(qū)動，可以實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎。其中重點是驅(qū)動裝置和機械手臂的設(shè)計思路，驅(qū)動裝置是該車設(shè)計的關(guān)鍵組成部分，考慮到餐廳的面積有限，各個餐桌之間的距離也極為有限，所以用兩個電機驅(qū)動可以原地轉(zhuǎn)彎。機械手的設(shè)計是全車的另一個主要部分，其中延時繼電器的使用完成了全部自動化的實現(xiàn)，重點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)與機械手部件尺寸的選擇。 文中詳細介紹了該車部分部件的實際繪制過程，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 4 2.1 概述 4 2.2 車身總體設(shè)計 4 2.2.1 車身部分的設(shè)計 4 2.2.2 車輪的選擇 4 2.2.3 驅(qū)動方式的設(shè)計 4 2.2.4 驅(qū)動速度的相關(guān)計算 5 2.2.5 驅(qū)動軸校核計算 6 第3章 送餐部分設(shè)計 15 3.1 機械手總體設(shè)計 15 3.1.1 蝸輪、蝸桿的相關(guān)設(shè)計計算 15 3.1.2 滑動螺旋傳動的計算 21 3.1.3 主軸軸承校核計算 23 3.2 電磁鐵的選擇 25 3.3 機械手 26 3.4 平行四邊形機構(gòu)的設(shè)計 26 3.5 機械手的尺寸 27 3.6 外部支架的設(shè)計 27 第4章 控制方案設(shè)計 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 41 致 謝 42 第1章 緒論 1.1 課題的背景及意義 隨著科學技術(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，人們對于時間的要求越來越高，怎么樣才能更有效的節(jié)約時間成為了一個十分敏感的問題，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)濟效益，所以餐廳服務(wù)機器人是一個順應(yīng)時代的產(chǎn)品，必將會被廣泛的推廣開來。餐廳服務(wù)機器人的出現(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)代人們追求的價值觀已經(jīng)到達了一個新的高度了，社會的文明也可以從此窺見一斑。餐廳服務(wù)機器人必將成為餐飲業(yè)一道最為靚麗的風景線。 機器人作為典型的機電一體化裝置，它綜合運用了機械與精密機械、微電子與計算機、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科的最新研究成果，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和各行各業(yè)對自動化程度要求的提高，機器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的機器人產(chǎn)品。機器人產(chǎn)品的實用化，既解決了許多單靠人力難以完成的實際問題，又促進了工業(yè)自動化的進程。目前，由于機器人的研制和開發(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技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此，研制經(jīng)濟型、實用化、高可靠性機器人系統(tǒng)具有廣泛的社會現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。 1.2 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在國內(nèi)，最早的機器人系統(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)為每個諸如車體運動、攝像機云臺和作業(yè)手等分系統(tǒng)設(shè)計一個具有規(guī)劃、運動學計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，它采用全局數(shù)據(jù)庫，將傳感器數(shù)據(jù)處理獨立于體系結(jié)構(gòu)之外，以避免傳感器的多樣性和數(shù)據(jù)處理的復雜性。OSMOR是一個基于Windows操作系統(tǒng)的開放式體系結(jié)構(gòu)。它基本屬于一種實驗室自主開發(fā)的機器人系統(tǒng)，其市場覆蓋面不大，缺乏后續(xù)研究性。中南大學蔡自興等研究了基于進化思想的機器人功能，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航系統(tǒng)。浙江大學建立了一個基于混合控制模式的室內(nèi)移動機器人原型。南京理工大學則針對微小型機器人系統(tǒng)展開了研究，提出了分布式Agent系統(tǒng)口?？傮w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)機器人Alfred在加拿大誕生，該機器人顯示出表情并可以與客戶進行簡單交流，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)機器人具有迎客、點菜、跳舞等功能，有較好的科技感和互動感；2010年， 餐廳服務(wù)機器人的發(fā)展又可以沿軌道送菜，并可以進行跳舞等表演；2013年餐廳服務(wù)機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)板進行硬件的鏈接和軟件的控制和輸出。 1.3 餐廳服務(wù)機器人發(fā)展趨勢 目前餐廳服務(wù)機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，價格很高。智能機器人發(fā)展很快，從智能玩具到其他各行業(yè)都有實質(zhì)成果。近些年，國內(nèi)的科研機構(gòu)和企事業(yè)在機器人的研發(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、清華大學、中科院北京自動化所、北京理工大學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，舉辦中國國際機器人展覽暨研討會。復旦大學和上海交通大學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)大學等研究機構(gòu)在專用機器人方面具有優(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器人。深圳在機器人產(chǎn)業(yè)涉及的計算機、傳感器、通訊、精密機械、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)，深圳目前在機器人產(chǎn)業(yè)已具備一定的技術(shù)實力和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。? 1.4 課題研究方法和手段 我的畢業(yè)設(shè)計題目是餐廳服務(wù)機器人設(shè)計。根據(jù)整體的設(shè)計思路，將設(shè)計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)機器人有一個全面而詳細的了解。并且擬定出幾種可行的設(shè)計方案，根據(jù)分析對所得到的餐廳服務(wù)機器人的發(fā)展趨勢作出大膽的設(shè)想，并從中進行比較分析后確定一個最為可行的方案。 第二階段：在指導老師的幫助下深入研究有關(guān)的機械執(zhí)行機構(gòu)，設(shè)計出合理的機械設(shè)備，并且配合以電路控制，從而達到理想的自動化效果。注重每一個環(huán)節(jié)，如正確的路線選擇，自動延時，自動躲避障礙物等。對這些組成部分進行準確的把握。 第三階段：在機器人的自動送餐實現(xiàn)之后及時的投入到機械手的機械設(shè)計以及相關(guān)的自動控制中去，能夠模擬出其工作過程，使其準確合理。將其與自動送餐的部分進行良好的結(jié)合，使兩部分結(jié)合到一起。最后總體的加以調(diào)試，在老師的指導下對整個控制系統(tǒng)進行優(yōu)化和完善。 路徑規(guī)劃是指機器人從起始點到目標點之間找到一條安全無碰的路徑，是機器人領(lǐng)域的重要課題。按路徑規(guī)劃，無論機器人路徑規(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，即將機器人所處的現(xiàn)實世界進行抽象后建立相關(guān)尋找合乎條件的路徑的搜索算法。運動規(guī)劃方法分類比較及研究進展機器人需要對感知到的局部外部環(huán)境或者實現(xiàn)已知的全局環(huán)境進行建模，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區(qū)域，后者需要描述某個區(qū)域內(nèi)包含的所有的點，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，探討移動機器人的路徑規(guī)劃方法。 第2章 行走方案設(shè)計 2.1 概述 本人設(shè)計的餐廳服務(wù)機器人的運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)彎時的原地轉(zhuǎn)彎，本車采用雙前輪驅(qū)動，這樣轉(zhuǎn)彎的時候兩輪向相反的方向運動。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，達到輕便使用的目的。 2.2 車身總體設(shè)計 2.2.1 車身部分的設(shè)計 在車身設(shè)計過程中考慮的相關(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，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 傳統(tǒng)的餐車轉(zhuǎn)彎的時候需要一定的旋轉(zhuǎn)半徑來實現(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)彎從而避免拐彎時所占用的空間過大，所以采用雙輪驅(qū)動，這樣可以實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎，節(jié)省了拐彎時所須的空間。為了避免軌道的存在所帶來的各個方面的不便，本車采用延時系統(tǒng)來實現(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型電機其特點是可以便于控制，而且所用電機存在制動系統(tǒng)能夠完成餐車在轉(zhuǎn)彎或遇到障礙時所需要的停止行走所需要的制動。電機的轉(zhuǎn)速為200r/min 2.2.4 驅(qū)動速度的相關(guān)計算 驅(qū)動相關(guān)的計算： 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度所需要的時間： (2-8) 2.2.5 驅(qū)動軸校核計算 圖2-1軸受力示意圖 圖2-1中A,C兩點為軸的固定點。B點為受力點AB＝52.44 mm，BC=27.44mm假設(shè)充分估計餐車的總重量為100kg。那么一個車輪受力為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點取矩由∑Ma=0列彎矩平衡方程： (2-10) 求得F2=331.25N，因為，，所以，F(xiàn)1=168.75N。 對C點取矩得： (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度的要求。 軸的扭轉(zhuǎn)剛度驗算如下： (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)強度條件計算如下：（電機輸出功率150W，轉(zhuǎn)速200r/min） Mpa (2-15) 因為，25 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)計算，軸的設(shè)計尺寸符合要求。 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點取矩由∑Ma=0列彎矩平衡方程： 求得Fr2=331.25N，因為，，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 (2-17) (3)計算當量動載荷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)計算 本服務(wù)機器人傳動設(shè)計由電機輸出的動力經(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。 1、第一級V帶的計算 電機輸出功率150W，希望中心距154mm，傳動比i=2。 （1）確定計算功率 計算功率Pca是根據(jù)傳遞的功率P,并考慮到載荷性質(zhì)和每天運轉(zhuǎn)時間長短等因素的影響而確定的。即： w (2-21) 式中：Pca—計算功率，單位為W； P—傳遞的額定功率（電機的額定功率），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帶輪的最小基準直徑[4]、表8-8普通V帶的基準直徑系列[4]選定小帶輪直徑為50mm。 （4）大帶輪基準直徑 取滑動率ε=0.02，大帶輪直徑： (2-22) 由表8-8 普通V帶的基準直徑系列[4]選定100mm 。 （5）驗算傳動比誤差 (2-23) (2-24) （6）帶速 m/s (2-25) 因為，在5～25m/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—帶輪的基準直徑，單位為mm。 按設(shè)計要求取a0=154mm （8）計算相應(yīng)帶長 (2-27) 由表8-2 V帶的基準長度系列及長度系數(shù)KL [4]選取V帶基準長度 =560mm。 (9)實際中心距 a (2-28) 安裝時所需最小中心距 (2-29) (10)小帶輪包角 (2-30) 2、第二級V帶的計算 希望中心距200mm，傳動比i=1.4。 （1）確定計算功率 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帶輪的最小基準直徑[4]、表8-8 普通V帶輪的基準直徑系列[4]選定小帶輪直徑為50mm。 （4）大帶輪基準直徑 取滑動率ε=0.02，大帶輪直徑： 由表8-8 普通V帶輪的基準直徑系列[4]選定75mm 。 （5）驗算傳動比誤差 (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—帶輪的基準直徑，單位為mm。 按設(shè)計要求取a0=200mm （8）計算相應(yīng)帶長 由表8-2 V帶的基準長度系列及長度系數(shù)KL [4]選取V帶基準長度 =630mm。 (9)實際中心距 a (2-35) 安裝時所需最小中心距 (10)小帶輪包角 (2-36) 第3章 送餐部分設(shè)計 3.1 機械手總體設(shè)計 本機械手腕部的動力源是采用J—ZYT系列直流減速電機其特點是可以便于控制，而且所用電機分別由ZYT系列直流電動機與Px型普通精度行星減速器構(gòu)成，且配帶電源，可實現(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，廣泛使用于引進設(shè)備及國產(chǎn)機械。如：四色印刷機、塑料平封機、食品及工業(yè)包裝機械、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)，具有先進的短路保護功能（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，使電動機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)無級變速等優(yōu)點[6]。選擇電機的功率為20W、轉(zhuǎn)速為200r/min。 3.1.1 蝸輪、蝸桿的相關(guān)設(shè)計計算 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、按蝸輪齒面接觸強度設(shè)計 （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）驗算蝸輪圓周速度 實際傳動比： （3-8） （3-9） 蝸輪的圓周速度： （3-10） （6）計算嚙合效率 蝸桿導程角： （3-11） 滑動速度： （3-12） 查表14—12普通圓柱蝸桿傳動的當量摩擦因數(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度 蝸輪實際傳遞轉(zhuǎn)矩： 當vs=0.799m/s時，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 因為m2d1＜89.6mm2，所以蝸輪齒面接觸強度合格。 （8）校核蝸輪齒根抗彎強度 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度合格。 （9）熱平衡計算 （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 滑動螺旋傳動的計算 1、估計工作載荷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）基本尺寸計算 螺紋中徑： （3-34） 所以取公稱直徑d2=22mm。要求自鎖時，，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，從標準中查取螺桿的中徑d2=19.5mm，小徑d3=16.5mm。 計算螺距： 計算螺紋工作高度(梯形)： （3-39） 計算螺旋副壓強： （3-40） 因為，所以耐磨性能通過。 （2）螺桿強度校核 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 計算危險斷面的當量應(yīng)力： （3-41） 因為，所以強度通過。 （3）螺母螺牙強度校核 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，從標準中查取螺母的大徑D4=22.5mm。 計算螺牙根部寬度： 計算螺牙切應(yīng)力： （3-42） 計算螺牙彎曲應(yīng)力： （3-43） 因為螺桿和螺母的切應(yīng)力，彎曲應(yīng)力，所以螺牙強度通過。 3.1.3 主軸軸承校核計算 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)計算當量動載荷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 因為P1＞P2，所以軸承A危險。 (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)生軸向直線運動，起到推、拉外接負載裝置的功能。由于采用高導磁的材料和 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70N，所以足可以滿足機構(gòu)對拉力的需求。 3.3 機械手 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。所以機械手的相關(guān)尺寸是以此為條件選擇并設(shè)計。 機械手的下端部分必須能牢固的承接住餐盤的底部，從而實現(xiàn)對餐盤的抓舉。這樣餐盤在移動的過程當中才能更為穩(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，而且在運動過程當中也能達到更好的安全效果。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)上有了進一步的保障。 3.4 平行四邊形機構(gòu)的設(shè)計 當把餐盤送到客人的餐桌以后，機械手要張開，只有這樣才能使機械手自己返回到餐車的初始位置上面，但由于機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)計了平行四邊形機構(gòu)，以達到目的。平行四邊形用銷釘與機械手連接在了一起。 工作原理如下：當機械手打開時，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,用來實現(xiàn)推桿推動機械手的時候不發(fā)生干涉,進而實現(xiàn)它的功能。 3.5 機械手的尺寸 圖3-3機械手尺寸示意圖 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 為了實現(xiàn)讓放在餐車上面的餐盤通過機械手的抓舉到達桌子上面，所以在車的上部設(shè)計了一個可以活動的支架，通過電機的旋轉(zhuǎn)使手臂轉(zhuǎn)動，直線電磁鐵推桿的推動實現(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到完全一致，當餐車到達相應(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)置一個支架，上端放置一個機械手，支架與車體相連接，支架上的電機使機械手臂轉(zhuǎn)動，并通過手腕處的絲杠系統(tǒng)是手爪上升下降，這樣就可以實現(xiàn)餐盤的移動，為了達到一定的安全性，所以支架的長度也要設(shè)計的合理。 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?shù)钠椒€(wěn)，同時對餐桌和車體的光滑度要求的非常的高，這樣對于造價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，對于材料的浪費也是比較嚴重的，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)計要照顧到各個規(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 本課題控制方案設(shè)計采用可編程控制器，可編程控制器（PLC）是一種用在工業(yè)自動化控制的“專用計算機”，實質(zhì)上也屬于計算機控制方式?？删幊炭刂破鳎≒LC） 與普通微型計算機一樣。以通用或?qū)Ｓ?CPU 作為處理器，實現(xiàn)運算和數(shù)據(jù)存儲等功能，除此之外還有位處理器（布爾處理器）可以進行點（位）運算與控制?？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，使得其維護容易，維修時間短。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。可編程控制器硬件方面：采用了一系列可以提高可靠性的措施。例如：采用可靠性的電子元件；采用先進制造工藝的流水線制造；對干擾進行屏蔽、隔離和濾波；斷電保護；存儲器內(nèi)容的保護等。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)時的位置，1到6六個數(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。1999年，OMRON在推出CS1系列的同時，在小型機方面相繼推出CPM2A/CP M2C/CPM2AE、CQM1H等機型。 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器控制；它還具有通過各種高級內(nèi)裝板進行升級的能力，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：結(jié)構(gòu)靈活，不受環(huán)境的限制，有電即可組建網(wǎng)絡(luò)，同時可以靈活擴展接入端口數(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，可擴展性和可管理性更強。目前國內(nèi)已開通電力寬帶上網(wǎng)的地方，其包月使用費用一般為50-80元/?月左右，這樣的價格和很多地方的ADSL包月相持平。 我這次畢業(yè)設(shè)計所使用的PLC型號為CPM1A-40CDT-D-V1，40點CPU單元，24點輸入，16點繼電器輸出，能基本滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。 4.3 輸入/輸出地址分配 機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)，車繼續(xù)前行到達相應(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)，車繼續(xù)后退直到回到初始位置。整個過程控制為節(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1正轉(zhuǎn) 　 02 電機1反轉(zhuǎn) 　 03 電機2正轉(zhuǎn) 　 04 電機2反轉(zhuǎn) 　 05 電機3正轉(zhuǎn)