《智能送餐机器人的研究与设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能送餐机器人的研究与设计（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、智能送餐机器人的研究与设计 胡昊 范源 李党娟 闫松林 西安工业大学光电工程学院 摘 要： 无线点餐器可以随时为顾客点餐, 节省了许多人力物力, 优化了业务流程、提高了效率、为客户也提供更好的服务。本项目依据自动循迹小车的控制原理, 通过在室内铺设磁轨道或者深色轨道, 以光电探测的方法, 进行自主寻迹;设计传动机构, 能够负重 50kg 并实现传动功能;配合送餐控制系统, 实现按照预定坐标点实现按轨迹传送的基本功能。关键词： 无线点餐器; 循迹小车; 光电探测; 基金：国家大学生创新创业训练计划项目 (No.201610702013) 0 引言随着就餐人数的增多, 传统餐饮行业单纯依靠人工手段
2、来手写点菜、记账、存在着写错菜单、难计算、难更改、效率低等种种的劣势, 这就促使无线点餐器的产生1-3。无线点餐器可以随时为顾客点餐, 节省了许多人力物力, 优化了业务流程、提高了效率、为客户也提供更好的服务, 实现企业价值最大化同时又使成本最低化4-6。因此, 实现餐厅点菜的自动化是十分有价值有意义的。循迹机器人是一种能够自动按照给定的路线 (通常是采用不同颜色或者其他信号标记来引导) 进行移动的机器人, 它是一个运用传感器、信号处理、电机驱动及自动控制等技术来实现路面探测、障碍检测、信息反馈和自动行驶的技术综合体7-13。循迹机器人在军事、民用和科学研究等方面已获得了广泛的应用。例如自动化
3、生产线的物料陪送机器人, 医院的机器人护士, 商场的导游机器人等14,15。该项目的成果, 具有很好的市场前景, 随着该机器人的推出, 也有望能够帮助使用单位吸引顾客、降低失误、提高服务和管理效率, 降低用人成本等功效。因此, 机器人送餐系统的设计具有非常广阔的应用前景和开发价值16-18。1 无线通信与送餐路径规划1.1 无线通信的确定基于无线发射电路的设计, 将菜谱的指令输入电路;当有相应的指令输入时, 电路能够自动识别、保存。当顾客确认后, 该保存的指令通过无线发送。对无线传输模块的无线射频接发器有所要求, 它的传输环境是在餐馆, 周围有较多的环境干扰, 并且要实现远距离双向传输, 因此
4、必须克服红外和蓝牙的传输缺陷, 实现快速准确的命令传输。系统也必须具备显示当前传输命令和接受提示的功能。要实现自动行驶, 智能小车需要配备各类传感器, 小车不同时间的状态特征以及道路环境特征两类主要特征信号就是通过传感器获得的。系统应该实现 LED数码管显示, 声光报警, 实现指令数据远距离传送。如图 1 发送结构框图和图 2 接收结构框图所示, 本次设计的 NRF 无线模块采用的是以 51 单片机为主控制器, 发送接收分别使用 NRF24L01 作为通讯模块, 利用四个不同的按键实现不同的传输指令, 通过 LED 灯的亮灭判断数据传输的状态, 使用一位数码管显示不同命令。图 1 发送结构框图
5、 下载原图图 2 接收结构框图 下载原图1.2 寻址方案的确定本文采用的寻址方式主侧重是在路径已知的情况下利用检测技术、模糊控制算法, 模板模型法, 通过检测路径息, 把信息反馈给处理器然后控制机器人使用模糊控制算法进行正确的进行寻址。具体功能为:按照一定的路线行走。在行进的过程当中地板上有纵横交错的黑线做引导, 行进的过程中机器人可以自主的避障, 并掉头返回到另一条路径, 并通过黑线来判断是否达到指定置。1.2.1 寻线原理机器人在路径行驶中对自己的定位是通过传感器在黑线中的位置检测的信息获得的, 如图 3 中所示, 在机器人行驶的过程中, 机器人需要按照轨迹修正行驶, 当机器人完全偏离轨道
6、的时候, 就不可以到达预定的目标点了, 这就需要机器人随时的进行进行检查路面信息, 并进一步地进行误差修正;机器人是不可能一直沿着直线行走, 如果遇到弯道, 传感器检测到, 这个时候单片机向电机发出指令, 机器人就会改变行驶的路径, 进行下一条的路径行走。图 3 寻线状态图 下载原图1.2.2 检测信号处理当传感器检测到的信号与机器人所处位置后, 状态执行关系如表 1 所示。表 1 小车行驶状态 下载原表 2 送餐机器人底盘结构设计由于送餐机器人需要在自动行驶的同时, 完成餐盘的传递, 所以对其结构稳定性能要求较高。使其在送餐的时候精确循迹的同时不能出现剧烈的抖动。本次设计采用等比缩小模型对其
7、运动控制规律和控制效果进行研究。本次机器人底盘模型为轮式模型, 因为轮式移动机器人相对双足式移动机器人而言控制简单、平稳性好、行驶速度也更快, 相对履带式机器人噪音更小。此外轮式结构较为简单, 方便拆卸与安装也便于维护和修理。对于底盘模型的车轮布局常见的有两种。分别为三轮布局与四轮布局。本次设计采用三轮布局的布局方式。驱动方式为前轮双减速直流电机驱动。可采用控制电流的方式控制两直流电机的转向和转速, 从而控制机器人的转向。后轮为采用唯一万向轮, 可根据前轮运动方式灵敏改变运动方向。此方式驱动动力足, 相对于舵机控制转向方式结构更为简单, 反应更加灵敏迅速。同时机器人抖动更小。该底盘可以实现机器
8、人的灵活转向, 为机器人的精确循迹提供了良好的开发前提。本次使用底盘材料为厚度为 10mm 的亚克力板, 大小为 160mm*220mm, 两轮宽17.5cm, 头部宽 15.6cm, 中间宽 12cm。本次使用的驱动电机为 130 强磁抗干扰电机。电机运行稳定无抖动, 实际测量 7.2V 电压空转电流是 130m A 左右, 扭力为普通电机的 2 至 5 倍, 电压 3-10V, 变速箱 1:48 比速, 可以保证机器人模型稳定行驶。图 4 底板 下载原图图 5 机器人的后轮与前轮 下载原图图 6 F130 减速电机 下载原图图 7 底盘模型 下载原图3 语音点餐系统中语音识别电路调试本文设
9、计的语音点餐系统主要由两大部分构成, 分别为:非特定人语音识别电路部分、主控 MCU 部分。其中语音识别电路采用的语音识别芯片为 IC Route 公司的非特定人语音识别芯片 LD3320, 主控 MCU 选择了 STM32 开发板。本文中的语音识别电路通过 STM32 开发板来调试, 开发板的主控 MCU 型号是意大利半导体公司设计生产的 STM32F103ZET6, 语音识别电路和开发板的通信方式为 SPI 通信。系统实物如图 8 所示。图 8 实物连接图 下载原图3.1 语音点餐系统中语音识别串口调试语音识别程序参考了 IC Route 公司官网提供的 LD3320 芯片开发指南, 通过
10、对语音识别模块的调试实现了对非特定人语音的识别, 并最终将识别结果打印到串口, 通过串口调试软件查看了语音识别的结果。实验结果显示, 采用非特定人语音识别芯片 LD3320 的语音识别电路的识别正确率在 95%以上, 符合语音点餐系统的功能要求。串口调试窗口如图 9 所示。图 9 串口调试窗口图 下载原图3.2 外围串行输出设备的文字显示程序调试通过字库制作软件制作了三个 GBK 字库 (三个字库的区别为字号大小的不同, 分别为 8、16、24 号字体) , 将制作好的字库放在 SD 卡里面, 然后通过 SD 卡将字库文件送到外部 FLASH 芯片 W25Q128 里, 这样, W25Q128
11、 就相当于一个汉字字库芯片。通过正确的汉字显示程序将需要显示的汉字在字库中取得相应的内码, 获得相应的点阵图进而显示汉字。屏幕文字显示如图 10 所示。4 结论从实验结果上硬件电路的设计与焊接, 其采用了数码管作为显示命令模块, STC89C52 单片机作为主控元件, NRF24L01 作为无线传输模块, 实现了基本的无线命令传输与自动寻址的功能。实验结果显示, 采用非特定人语音识别芯片LD3320 的语音识别电路的识别正确率在 95%以上, 符合语音点餐系统的功能要求。语音点餐系统克服了餐饮业传统点餐效率低的缺点, 整个系统使顾客在点餐的过程中体会到了便捷。图 1 0 输出设备文字显示 下载
12、原图参考文献1蒋伟明.中国智能家居的现状及发展趋势J.科技世间, 2014, 4 (18) :326. 2王敏妲.语音识别技术的研究与发展J.微型机与应用, 2009, 28 (23) :1-2. 3蒋小龙.基于单片机的简易餐饮管理系统的设计与实现J.华中科技大学, 2013. 4王明.基于分段概率模型语音识别算法的 SOPC 实现D.硕士学位论文.广东:五邑大学, 2012. 5REYNOLDSD, QUATIERI T, DUNNR.Speaker verification using adapted Gaussian mixture modelsJ.Digital Signal Proc
13、essing, 2000, 10:19-41. 6张营.基于 Linux 系统和 Mini GUI 的点餐系统的设计和实现D.安徽:安徽大学, 2011. 7袁银瑶, 宋天麟.送餐服务机器人研究与设计J.科技创新与应用, 2017, (4) :62. 8刘敏.嵌入式平音识别技术的研究D.硕士学位论文, 哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2012. 9张崇, 于晓琳, 刘建平.单片 2.4GHz 无线收发一体芯片 n RF2401 及其应用J.国外电子元器件, 2004 (06) :34-36. 10Zhao Z X, Song X Q, Yan Z F, et al.Ir LAP Protocol P
14、erformance Analysis of Ir DA Wireless Communicationsf Jl.Anolied Mechanics and Materials.2013, 336:1843-1847. 11郭天祥.51 单片 C 语言教程M.北京:电子工业出版社, 2008, 127. 12谭浩强.C 语言程序设计J.三版.北京:清华大学出版社, 2005, 378. 13Lou E, Raso V J, Durdle N G, et al.An electronically integrated load cellJ.IEEE Transactions on Instrum
15、entation and Measurement, 2001, 9 (2) :232-240. 14NUNZIATI W, SCLAROFF S, BIMBO A D.Matching trajectoriesbetween Video Sequences by Exploiting a Sparse Projective Invariant RepresentationJ.IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2010, 32 (3) :517-529. 15时志云, 盖建平, 王代华, 等.新型高速无线射频器件 n RF24L01 及其应用J.国电子元器件, 2007 (08) :42-44. 16李磊, 曹生炜.智能小车避障技术的实现J.微电机, 2011 (44) . 17易克初, 田斌, 付强.语音信号处理.国防工业出版社, 2001. 18吴艳, 吴伟豪, 乐志文, 等.基于 STM32 的无线手持点菜系统的设计J.广西工学院学报, 2013 (04) :62.
