智能送餐机器人的研究与设计

2024-07-29 作者:

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内燃机与配件

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，西安710021)

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

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^61。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|7-131。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|16-181。

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，周基金项目：国家大学生创新创业训练计划项目（No.3 )。完成十架飞机装配，产品质量稳步提高，我们的持续改进 的努力也得到了客户认可。

4结语

以B787和A350为代表的当代先进民用飞机，已经

完整地经历了数字化设计、数字化制造和数字化检验的完

整流程，同时数字装配技术在国内及我公司其它型号的研

制和批产中也在进一步的实践和研究当中，但数字化检测

流程在C系列项目研制之前一直没有得到完整的进行，

参与该项目的研究使公司获得在国内率先进行这一流程

的课题研究的机会。本文以后机身工作包为例，系统总结

了关键特性控制过程中关键特性识别、定义，容差的计算

与分配，关键特性控制方案的制订及关键特性测量和工艺

优化等各个要素，在后续的C系列产品的生产中，我们广

图24过程能力计算截图

泛地推广课题研究成果，取得了很好的效果。

图1发送结构框图

围有较多的环境干扰，并且要实现远距离双向传输，因此

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。

Internal Combustion Engine & Parts

图2接收结构框图

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

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

状态传感器1

传感器2

转向状态110右转状态201左转状态300前行状态4

1

1

停止

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，

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7 •

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130mA

左右，扭力为普通电机的2至5倍，电压3-10V，变速箱

1：8比速，可以保证机器人模型稳定行驶。

图5机器人的后轮与前轮

3语音点餐系统中语音识别电路调试

本文设计的语音点餐系统主要由两大部分构成，分别

内燃机与配件

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

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。头验结果显示，米用

欢迎光临

西安工业大半傅苑餐厅

祝您用解愉快

2017年4月25日

菜指.

1、

2、

蛋炒饭鱼香肉丝SPI通信。系统实物如图8所示。

图8实物连接图

3.1语音点餐系统中语音识别串□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

□，通过串□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□调试窗□如图9所示。

图9串口调试窗口图

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

非特定人语音识别芯片

3、 水寒肉片4、

辣子鸡丁

LD3320的语音识别电路的

识别正确率在95%以上，符

您己选，

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

图10输出设备文字显示点，整个系统使顾客在点餐的过程中体会到了便捷。

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