一種雙輪直立行走智能送餐機器人的製作方法
2023-09-17 02:34:15 1
一種雙輪直立行走智能送餐機器人的製作方法
【專利摘要】一種雙輪直立行走智能送餐機器人，採用雙輪行走結構，包括：陀螺儀傳感器信號調理電路，用於獲取機器人前後傾的角速度；加速度傳感器信號調理電路，用於獲取機器人前後傾的角度；電磁傳感器信號調理電路，用於獲取機器人轉彎需要轉過的角度；直流電動機測速電路，用於獲取機器人的行進速度；語音播報電路，用於錄入語音並播放；微控制器電路，接收所述陀螺儀傳感器信號調理電路、加速度傳感器信號調理電路、電磁傳感器信號調理電路和直流電動機測速電路所獲取的數據，向直流電動機驅動電路發出控制信號，並向語音播報電路錄入語音；直流電動機驅動電路，其輸出端與直流電動機的電樞端子相連接，接收微控制器電路所發控制信號後驅動直流電動機帶動雙輪行走。
【專利說明】一種雙輪直立行走智能送餐機器人
【技術領域】
[0001]本發明屬於自動化【技術領域】，特別涉及一種雙輪直立行走智能送餐機器人。
【背景技術】
[0002]近年來，在餐飲業規模不斷擴大的同時，餐飲服務人員的需求面臨嚴重短缺，消費者對就餐的服務質量的要求也越來越高，因此催生一種有針對性的產品勢在必行。傳統的足式機器人因造價高，舵機易受幹擾，行動遲緩而不能滿足該場合的要求，同時難以替代運送貨物的工人。
【發明內容】
[0003]為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種雙輪直立行走智能送餐機器人，採用雙輪結構，穩定性好，適宜在餐廳中使用。
[0004]為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是:
[0005]一種雙輪直立行走智能送餐機器人，採用雙輪行走結構，包括:
[0006]陀螺儀傳感器信號調理電路3，用於獲取機器人前後傾的角速度；
[0007]加速度傳感器信號調理電路4，用於獲取機器人前後傾的角度；
[0008]電磁傳感器信號調理電路5，用於獲取機器人轉彎需要轉過的角度；
[0009]直流電動機測速電路6，用於獲取機器人的行進速度；
[0010]語音播報電路7，用於錄入語音並播放；
[0011]微控制器電路1，接收所述陀螺儀傳感器信號調理電路3、加速度傳感器信號調理電路4、電磁傳感器信號調理電路5和直流電動機測速電路6所獲取的數據，向直流電動機驅動電路2發出控制信號，並向語音播報電路7錄入語音；
[0012]直流電動機驅動電路2，其輸出端與直流電動機的電樞端子相連接，接收微控制器電路I所發控制信號後驅動直流電動機帶動雙輪行走。
[0013]所述的微控制器電路I中的微控制器採用飛思卡爾公司型號為PK10N512VLL100的32位微控制器，通過四個按鍵選擇要送餐的桌位，並由相應的LED指示；所述的直流電動機驅動電路2中，所使用的驅動MOS管為BTN7971，MOS管的輸入端前外加非門74HC04，用於驅動MOS管，附有電源電路，系統供電採用可充電的、直流電壓為11.1V的鋰電池，容量為2600mAh，5V穩壓晶片和3.3V穩壓晶片分別採用TPS7350和AMSl 117-3.3 ;所述的語音播報電路7採用ISD2560晶片；所述的陀螺儀傳感器信號調理電路3的陀螺儀為ENC-03MA ;所述的加速度傳感器信號調理電路4採用MMA7260Q ;所述的電磁傳感器信號調理電路5中，工型電感與電容構成LC諧振電路，用於感應鋪在地面的通有20k Hz的交流信號的大小，運算放大器為滿量程運放LMV358，所述的直流電動機測速電路6採用光電傳感器ST178。
[0014]與現有技術相比，本發明能實現自平衡、雙輪行走，前後不需要支點，穩定性好、速度快，最快速度能達到lm/s，在大型餐廳能實現自動送餐功能、並能植入真人語音，語音內容可由用戶自行修改，可具有豐富的語音提示功能，從而能代替人力，能為餐飲行業降低成本，應用前景覆蓋餐飲行業，還能擴展到更多公共場所，具有廣闊的應用前景；同時雙輪自平衡行走、語音播報功能等智能要素的加入，可以吸引更多顧客，能成為增加餐飲行業收入的重要要素。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的系統原理圖。
[0016]圖2為微控制器電路。
[0017]圖3為直流電動機驅動電路。
[0018]圖4為陀螺儀傳感器信號調理電路。
[0019]圖5為加速度傳感器信號調理電路。
[0020]圖6為電磁傳感器信號調理電路。
[0021]圖7為直流電動機測速電路。
[0022]圖8為語音播報電路。
[0023]圖9為機器人機械結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。
[0025]參考圖1，本發明所述的一種雙輪直立行走智能送餐機器人，包括微控制器電路
1、直流電動機驅動電路2、陀螺儀傳感器信號調理電路3、加速度傳感器信號調理電路4、電磁傳感器信號調理電路5、直流電動機測速電路6、語音播報電路7 ;所述的微控制器電路I的輸出端與所述的直流電動機驅動電路2的輸入端相連接；所述的直流電動機驅動電路2的輸出端與直流電動機的電樞端子相連接；所述的陀螺儀傳感器信號調理電路3的輸出端與微控制器電路I的輸入端相連接；所述的加速度傳感器信號調理電路4的輸出端與微控制器電路I的輸入端相連接；所述的電磁傳感器信號調理電路5的輸出端與微控制器電路I的輸入端相連接；所述的直流電動機測速電路6的輸出端與微控制器電路I的輸入端相連接；所述的微控制器電路I的輸出端與語音播報電路7的輸入端相連接；所述的語音播報電路7的輸出端與微控制器電路I的輸入端相連接；
[0026]參考圖2，所述的微控制器電路，包含其外圍電路包括晶振電路，為微控制器提供外部時鐘信號，晶振為無源晶振8MHz，電容C3，C5容值均為30pF，R7為1ΜΩ JTAG電路用於微控制器的在線仿真與程序下載、按鍵K2、K3、K4、K5用於選擇要送餐的桌位，按鍵Kl控制機器人啟動，機器人到達設定的餐位後自動停止，語音播報後自動返回；LED指示電路中LED2、LED3、LED4、LED5分別對應按鍵K2、K3、K4、K5，LED的限流電阻均為IKΩ ;復位電路由按鍵RESl和IOOnF的電容C6、10KQ電阻R14組成；微控制器採用飛思卡爾公司型號為PK10N512VLL100的32位微控制器，本發明使用了該微控制器的FTM模塊，用於向直流電機驅動電路發出四路PWM信號控制電機正反轉、調速和轉彎，ADC模塊用於轉換傳感器的模擬量，LPTM模塊用於測量電機的轉速，普通GPIO模塊用來掃描按鍵狀態、控制LED、控制語音播報等；
[0027]參考圖3，所述的直流電機驅動電路中BTN7971驅動晶片U2和U3組成上下橋臂，用於驅動機器人的左電機；M0S管BTN7971驅動晶片U7和U8組成上下橋臂，用於驅動機器人的右電機；對於U2，PWM1通過3ΚΩ的限流電阻接到IN腳，INH腳通過上拉電阻接到控制電路的電源VCC5，兩個OUT腳並聯輸出，作為驅動電機的上橋臂；其他的MOS管外圍電路與U2類似。
[0028]參考圖3和圖2，所述的直流電動機驅動電路中所使用的MOS管採用BTN7971，M0S管的輸入端前外加74HC04，用於驅動MOS管，微控制器電路的輸出埠 PTD4、PTD5、PTD6、PTD7分別與74HC04的四個非門的輸入端相連接，用於驅動MOS管。
[0029]參考圖4，所述的陀螺儀傳感器採用ENC-03MA，其Vref輸出固定值1.35V，是陀螺儀靜止時的電壓；Vout腳為輸出端，與Vref的輸出值經過TLV2211差分放大，其中R34、R35、R36、R37、R38 和 R39 分別為 IK Ω、IK Ω、51Κ Ω、5.1ΚΩ、5.1ΚΩ、51ΚΩ ；C18 為 0.1uF 的電容，與R39組成低通濾波電路，以濾出高頻噪聲信號。
[0030]參考圖4和圖2，所述的陀螺儀傳感器信號調理電路中的陀螺儀輸出電壓用信號輸入到PK10N512VLL100的模數轉換器埠 PTE16，用來測量機器人前後傾的角速度；
[0031]參考圖5，所述的加速度傳感器信號調理電路中的加速度傳感器採用MMA7260Q，當機器人在前後存在傾角時，在Y軸會感應出與角度相關的電壓，其中R44為IK Ω，C21為
0.1uF的電容，RC電路可濾出高頻噪聲信號。
[0032]參考圖5和圖2，所述的加速度傳感器的輸出端經過RC濾波之後的電壓信號輸入到PK10N512VLL100的模數轉換器埠 PTE17，用來測量機器人前後傾的角度；
[0033]參考圖6，所述的電磁傳感器信號調理電路中的運算放大器採用滿量程運放LMV358,由於在機器人行走的地面上鋪有幅值為5V，頻率為20kHz的通電導線，經計算，當工型電感為10mH，電容C17為6.8nF時，左右傳感器由工型電感與電容構成的LC諧振電路就能感應出電壓大小；
[0034]參考圖6和圖2,所述的電磁傳感器信號調理電路中LMV358放大後的信號分別輸入到PK10N512VLL100的模數轉換器埠 PTE18與PTE19，可用來判斷機器人在通電導線上方的位置，從而可計算機器人轉彎需要轉過的角度，經過PID算法後可實現機器人的平滑轉彎；
[0035]參考圖7，所述的直流電機測速電路中的傳感器為對射式光電傳感器ST178，ST178的輸入端陽極串聯一個1ΚΩ的限流電阻，輸出端光電三極體的集電極上拉電阻為IK Ω，機器人行走帶動電機軸上的100線光柵碼盤旋轉，在ST178的輸出端會產生頻率與速度成正比的PWM脈衝。
[0036]參考圖7和圖2，所述的直流電機測速電路中，直流電動機軸兩端分別固定有不鏽鋼式的碼盤，ST178輸出的脈衝列可表示轉動速度，經過換算可測得電機轉速，即機器人行進的速度，加上此閉環控制可使機器人保持速度穩定。左右ST178的輸出端與PK10N512VLL100 的 FTM 模塊埠 PTEO 和 PTCl 相連接。
[0037]參考圖8，所述的語音播報電路晶片採用ISD2560，可錄製時長達60秒的語音，弓丨腳ro為節電控制端，當ro為高電平時，晶片停止工作，進入不耗電狀態；引腳CE變低後(而且ro為低)，允許進行錄放操作；引腳p/r高電平選擇放音，低電平選擇錄音。錄音時，由地址端AO?A9提供起始地址，錄音持續到CE或ro變高；放音時由地址端提供起始地址，放音持續到標誌位出現，標誌位在錄音時由晶片自動插入到該信息的結尾，放音結束後EOM端輸出低電平。引腳MIC_REF為麥克風咪頭參考輸入。引腳MIC_IN為麥克風咪頭輸入端，二者以差分形式輸入，可減小噪聲，提高共模抑制比。外置麥克風咪頭接到P4，輸入ISD2560前需經過濾波處理，R47、R48、R49和C25的構成可抑制共模信號，0.1uF電容C22和C23起隔直流通交流作用；
[0038]參考圖8和圖2，麥克風咪頭輸入聲音信號經過濾波後，正負端分別輸入到ISD2560的MIC_IN與MIC_REF管腳；ISD2560的P/R、Ε0Μ、PD與CE管腳為控制端分別與 PK10N512VLL100 的 PTEO, PTEU PTE2、PTE3 相連接；ISD2560 的端 口 AO ?A9 分別與PK10N512VLL100 的 PTBO、PTB1、PTB2、PTB3、PTB9、PTB10、PTB11、PTB16、PTB17 和 PTB18 相連接，用於地址的輸入；ISD2560的輸出埠 SP+與SP-接入揚聲器的正負端，揚聲器的功率為4W。
[0039]參考圖9，機器人為雙輪直立行走結構，前後無支點，直流電機固定在圓柱形機器人體內，輪子軸上固定減速齒輪，減速齒輪外側固定有碼盤，可通過ST178進行測速，減速齒輪與6V直流電機齒輪咬合；將2600mAh鋰電池和機器人控制板放置於與直流電機同高度的位置，以降低機器人重心，便於控制；控制板上包括微控制器電路1、直流電動機驅動電路2、陀螺儀傳感器信號調理電路3、加速度傳感器信號調理電路4、電磁傳感器信號調理電路5、直流電動機測速電路6、語音播報電路7 ;兩個電磁傳感器位於控制板兩側，工型電感軸向與電機軸向相同；加速度傳感器Y軸與機器人前進方向同向；陀螺儀傳感器水平放置；系統按鍵位於機器人上方、託盤下方，便於操作。
【權利要求】
1.一種雙輪直立行走智能送餐機器人，其特徵在於，採用雙輪行走結構，包括: 陀螺儀傳感器信號調理電路(3)，用於獲取機器人前後傾的角速度； 加速度傳感器信號調理電路(4 )，用於獲取機器人前後傾的角度； 電磁傳感器信號調理電路(5)，用於獲取機器人轉彎需要轉過的角度； 直流電動機測速電路(6)，用於獲取機器人的行進速度； 語音播報電路(7)，用於錄入語音並播放； 微控制器電路(1)，接收所述陀螺儀傳感器信號調理電路(3)、加速度傳感器信號調理電路(4)、電磁傳感器信號調理電路(5)和直流電動機測速電路(6)所獲取的數據，向直流電動機驅動電路(2)發出控制信號，並向語音播報電路(7)錄入語音； 直流電動機驅動電路(2)，其輸出端與直流電動機的電樞端子相連接，接收微控制器電路(I)所發控制信號後驅動直流電動機帶動雙輪行走。
2.根據權利要求1所述的雙輪直立行走智能送餐機器人，其特徵在於，所述的微控制器電路(I)中的微控制器採用飛思卡爾公司型號為PK10N512VLL100的32位微控制器，通過四個按鍵選擇要送餐的桌位，並由相應的LED指示；所述的直流電動機驅動電路(2)中，所使用的驅動MOS管為BTN7971，MOS管的輸入端前外加非門74HC04，用於驅動MOS管，附有電源電路，系統供電採用可充電的、直流電壓為11.1V的鋰電池，容量為2600mAh，5V穩壓晶片和3.3V穩壓晶片分別採用TPS7350和AMSl117-3.3 ;所述的語音播報電路(7)採用ISD2560晶片；所述的陀螺儀傳感器信號調理電路(3)的陀螺儀為ENC-03MA ;所述的加速度傳感器信號調理電路(4)採用MMA7260Q ;所述的電磁傳感器信號調理電路(5)中，工型電感與電容構成LC諧振電路，用於感應鋪在地面的通有20k Hz的交流信號的大小，運算放大器為滿量程運放LMV358，所述的直流電動機測速電路(6)採用光電傳感器ST178。
【文檔編號】G05D1/02GK103955214SQ201410145865
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】李豔, 劉俊傑, 胡雙 申請人:陝西科技大學