蘇業(yè)環(huán)+任軍

摘 要：文章設(shè)計(jì)一款可實(shí)現(xiàn)送餐和回收餐盤的智能送餐機(jī)器人。首先對(duì)餐廳布局進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。機(jī)器人由自主行走單元和取放餐盤單元兩部分組成，行走采用電磁軌道巡線原理，取放餐盤通過絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)裝置實(shí)現(xiàn)；通過紅外傳感系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人避障與定位；最后通過有限元分析結(jié)果表明機(jī)器人結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，設(shè)計(jì)可行。

關(guān)鍵詞：送餐機(jī)器人；電磁循跡；餐盤回收

中圖分類號(hào)：TP24 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）07-0032-03

Abstract： In this study， we designed an intelligent delivery robot which can realize the delivery and recovery of meals. First， the restaurant layout is designed， and then the robot structure is designed. The robot is composed of two parts： the autonomous walking unit and the plate delivery and recovery unit. The walking is realized by adopting the principle of electromagnetic track inspection， and the plate is taken out through the wire rod nut transmission device. The obstacle avoidance and localization of robot is realized by infrared sensing system. Finally， the results of finite element analysis show that the stability of the robot structure is strong， and the design of it is feasible.

Keywords： food delivery robot； electromagnetic track； plate recovery

1 設(shè)計(jì)背景

當(dāng)前，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已經(jīng)上升為國(guó)家“十三五”戰(zhàn)略規(guī)劃重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，成為國(guó)家“互聯(lián)網(wǎng)+”和“中國(guó)制造2025”的新動(dòng)力。在餐飲行業(yè)中，企業(yè)普遍刮起一陣“送餐機(jī)器人”風(fēng)，中國(guó)送餐機(jī)器人近年來開啟了爆發(fā)式增長(zhǎng)模式?！八筒蜋C(jī)器人”不單是一種與傳統(tǒng)餐飲聯(lián)合的工具，它是科技創(chuàng)新發(fā)展下的新形態(tài)。隨著社會(huì)的發(fā)展，餐飲業(yè)傳統(tǒng)的營(yíng)銷思維和經(jīng)營(yíng)思維將被徹底顛覆，而融合娛樂化、智能化、多樣化、互動(dòng)化的餐飲全新營(yíng)銷思路將成為主流。

2 總體方案設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)器人送餐流程設(shè)計(jì)

智能送餐機(jī)器人（后文中均簡(jiǎn)稱“機(jī)器人”）送餐流程如圖1所示。初始狀態(tài)，機(jī)器人位于零位，依次完成1取餐、2送餐、3收盤、4送盤和5歸零五個(gè)任務(wù)。具體工作步驟如下：

步驟1：取餐。機(jī)器人離開零位前往出菜區(qū)的接盤架上取餐。

步驟2：送餐。機(jī)器人送餐至指定餐桌（如1號(hào)桌）的接盤架上。

步驟3：收盤。機(jī)器人繼續(xù)前往指定餐桌（如3號(hào)桌）接盤架上收拾餐盤。

步驟4：送盤。機(jī)器人將收拾的餐盤送至清洗區(qū)接盤架上。

步驟5：歸零。機(jī)器人回歸零位，等待下一次送餐指令。

2.2 機(jī)器人主要尺寸及性能指標(biāo)

機(jī)器人總體尺寸為460×400×718，相關(guān)性能指標(biāo)如表1所示。

2.3 機(jī)器人及接盤架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)器人總體示意圖如圖2（a）所示，接盤架（如圖2（b）所示）是機(jī)器人取放托盤的場(chǎng)所，在餐廳布局的三個(gè)區(qū)域中（出菜區(qū)接盤架、就餐區(qū)餐桌接盤架、清洗區(qū)接盤架）均有使用到。接盤架與餐桌可通過緊固件、強(qiáng)力膠或者焊接等方式相連，具體連接方式取決于餐桌的材質(zhì)，圖2（c）為緊固件連接方式示例。圖2（d）為機(jī)器人在接盤架上收餐盤的示意圖。

2.4 機(jī)器人工作原理

機(jī)器人總體由取放餐盤單元和自主行走單元兩大部分組成。取放餐盤單元由托盤，擱板，絲桿，螺母，直線軸承，電機(jī)組成。自主行走單元由后輪，電源，主動(dòng)輪電機(jī)，主動(dòng)輪，磁導(dǎo)航傳感器組成。相應(yīng)的工作原理如下。

（1）行走工作原理

機(jī)器人行走采用電磁軌道巡線原理，通過裝在底部磁導(dǎo)航傳感器導(dǎo)引沿著餐廳地面鋪設(shè)的電磁軌道行走。機(jī)器人底座裝有兩主動(dòng)輪和一個(gè)從動(dòng)輪。兩主動(dòng)輪電機(jī)同向正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)可分別驅(qū)動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)和后退，兩電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)則實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)；若軌道上有人或其他的障礙物，餐車機(jī)器人會(huì)通過紅外距離傳感器探測(cè)到障礙物，然后進(jìn)行語(yǔ)音提示。

（2）取、放餐盤工作原理

機(jī)器人取放餐盤動(dòng)作受啟發(fā)于物流行業(yè)中的叉車取放貨物原理。機(jī)器人上裝有紅外距離傳感器，當(dāng)傳感器檢測(cè)到機(jī)器人到達(dá)接盤架處時(shí)，機(jī)器人開始?。ǚ牛┎捅P工作。具體的，當(dāng)絲桿螺母機(jī)構(gòu)帶動(dòng)擱板向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，將托盤擱置于接盤架上，即完成送餐作業(yè)；當(dāng)絲桿螺母機(jī)構(gòu)帶動(dòng)擱板向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，從接盤架上取下托盤，即完成收拾餐盤作業(yè)。

3 相關(guān)部件選型

3.1 電機(jī)選型

本設(shè)計(jì)中共兩處涉及電機(jī)選用，分別為驅(qū)動(dòng)行走的主動(dòng)輪電機(jī)和絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)用的電機(jī)，具體選型計(jì)算如下。

4 設(shè)計(jì)合理性及可行性分析

假定每次送餐三盤，總重量為15Kg，機(jī)器人等效應(yīng)力分析如圖3所示，X、Y和Z向位移變形如圖4-圖6。

有限元分析結(jié)果分析表明：

（1）機(jī)器人最大等效應(yīng)力僅為4.659MPa（如圖3），遠(yuǎn)小于材料鋁6061的許用應(yīng)力。因此，機(jī)器人工作安全可靠。

（2）在X、Y和Z三個(gè)方向中，機(jī)器人沿Y向變形量最大。如圖5位移圖，擱板垂直方向（Y向）的變形最大值僅為0.07785mm，可基本忽略。可見，該機(jī)器人穩(wěn)定性強(qiáng)，設(shè)計(jì)可行。

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