一種雙輪直立行走智能送餐機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】一種雙輪直立行走智能送餐機(jī)器人，采用雙輪行走結(jié)構(gòu)，包括：陀螺儀傳感器信號(hào)調(diào)理電路，用于獲取機(jī)器人前后傾的角速度；加速度傳感器信號(hào)調(diào)理電路，用于獲取機(jī)器人前后傾的角度；電磁傳感器信號(hào)調(diào)理電路，用于獲取機(jī)器人轉(zhuǎn)彎需要轉(zhuǎn)過(guò)的角度；直流電動(dòng)機(jī)測(cè)速電路，用于獲取機(jī)器人的行進(jìn)速度；語(yǔ)音播報(bào)電路，用于錄入語(yǔ)音并播放；微控制器電路，接收所述陀螺儀傳感器信號(hào)調(diào)理電路、加速度傳感器信號(hào)調(diào)理電路、電磁傳感器信號(hào)調(diào)理電路和直流電動(dòng)機(jī)測(cè)速電路所獲取的數(shù)據(jù)，向直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制信號(hào)，并向語(yǔ)音播報(bào)電路錄入語(yǔ)音；直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，其輸出端與直流電動(dòng)機(jī)的電樞端子相連接，接收微控制器電路所發(fā)控制信號(hào)后驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)雙輪行走。
【專利說(shuō)明】一種雙輪直立行走智能送餐機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于自動(dòng)化【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種雙輪直立行走智能送餐機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，在餐飲業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大的同時(shí)，餐飲服務(wù)人員的需求面臨嚴(yán)重短缺，消費(fèi)者對(duì)就餐的服務(wù)質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，因此催生一種有針對(duì)性的產(chǎn)品勢(shì)在必行。傳統(tǒng)的足式機(jī)器人因造價(jià)高，舵機(jī)易受干擾，行動(dòng)遲緩而不能滿足該場(chǎng)合的要求，同時(shí)難以替代運(yùn)送貨物的工人。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種雙輪直立行走智能送餐機(jī)器人，采用雙輪結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性好，適宜在餐廳中使用。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種雙輪直立行走智能送餐機(jī)器人，采用雙輪行走結(jié)構(gòu)，包括:
[0006]陀螺儀傳感器信號(hào)調(diào)理電路3，用于獲取機(jī)器人前后傾的角速度；
[0007]加速度傳感器信號(hào)調(diào)理電路4，用于獲取機(jī)器人前后傾的角度；
[0008]電磁傳感器信號(hào)調(diào)理電路5，用于獲取機(jī)器人轉(zhuǎn)彎需要轉(zhuǎn)過(guò)的角度；
[0009]直流電動(dòng)機(jī)測(cè)速電路6，用于獲取機(jī)器人的行進(jìn)速度；
[0010]語(yǔ)音播報(bào)電路7，用于錄入語(yǔ)音并播放；
[0011]微控制器電路1，接收所述陀螺儀傳感器信號(hào)調(diào)理電路3、加速度傳感器信號(hào)調(diào)理電路4、電磁傳感器信號(hào)調(diào)理電路5和直流電動(dòng)機(jī)測(cè)速電路6所獲取的數(shù)據(jù)，向直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路2發(fā)出控制信號(hào)，并向語(yǔ)音播報(bào)電路7錄入語(yǔ)音；
[0012]直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路2，其輸出端與直流電動(dòng)機(jī)的電樞端子相連接，接收微控制器電路I所發(fā)控制信號(hào)后驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)雙輪行走。
[0013]所述的微控制器電路I中的微控制器采用飛思卡爾公司型號(hào)為PK10N512VLL100的32位微控制器，通過(guò)四個(gè)按鍵選擇要送餐的桌位，并由相應(yīng)的LED指示；所述的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路2中，所使用的驅(qū)動(dòng)MOS管為BTN7971，MOS管的輸入端前外加非門74HC04，用于驅(qū)動(dòng)MOS管，附有電源電路，系統(tǒng)供電采用可充電的、直流電壓為11.1V的鋰電池，容量為2600mAh，5V穩(wěn)壓芯片和3.3V穩(wěn)壓芯片分別采用TPS7350和AMSl 117-3.3 ;所述的語(yǔ)音播報(bào)電路7采用ISD2560芯片；所述的陀螺儀傳感器信號(hào)調(diào)理電路3的陀螺儀為ENC-03MA ;所述的加速度傳感器信號(hào)調(diào)理電路4采用MMA7260Q ;所述的電磁傳感器信號(hào)調(diào)理電路5中，工型電感與電容構(gòu)成LC諧振電路，用于感應(yīng)鋪在地面的通有20k Hz的交流信號(hào)的大小，運(yùn)算放大器為滿量程運(yùn)放LMV358，所述的直流電動(dòng)機(jī)測(cè)速電路6采用光電傳感器ST178。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)自平衡、雙輪行走，前后不需要支點(diǎn)，穩(wěn)定性好、速度快，最快速度能達(dá)到lm/s，在大型餐廳能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送餐功能、并能植入真人語(yǔ)音，語(yǔ)音內(nèi)容可由用戶自行修改，可具有豐富的語(yǔ)音提示功能，從而能代替人力，能為餐飲行業(yè)降低成本，應(yīng)用前景覆蓋餐飲行業(yè)，還能擴(kuò)展到更多公共場(chǎng)所，具有廣闊的應(yīng)用前景；同時(shí)雙輪自平衡行走、語(yǔ)音播報(bào)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(yè)收入的重要要素。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。
[0016]圖2為微控制器電路。
[0017]圖3為直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。
[0018]圖4為陀螺儀傳感器信號(hào)調(diào)理電路。
[0019]圖5為加速度傳感器信號(hào)調(diào)理電路。
[0020]圖6為電磁傳感器信號(hào)調(diào)理電路。
[0021]圖7為直流電動(dòng)機(jī)測(cè)速電路。
[0022]圖8為語(yǔ)音播報(bào)電路。
[0023]圖9為機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0025]參考圖1，本發(fā)明所述的一種雙輪直立行走智能送餐機(jī)器人，包括微控制器電路
1、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路2、陀螺儀傳感器信號(hào)調(diào)理電路3、加速度傳感器信號(hào)調(diào)理電路4、電磁傳感器信號(hào)調(diào)理電路5、直流電動(dòng)機(jī)測(cè)速電路6、語(yǔ)音播報(bào)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路2的輸入端相連接；所述的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路2的輸出端與直流電動(dòng)機(jī)的電樞端子相連接；所述的陀螺儀傳感器信號(hào)調(diào)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(hào)調(diào)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(hào)調(diào)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(dòng)機(jī)測(cè)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(yǔ)音播報(bào)電路7的輸入端相連接；所述的語(yǔ)音播報(bào)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(shí)鐘信號(hào)，晶振為無(wú)源晶振8MHz，電容C3，C5容值均為30pF，R7為1ΜΩ JTAG電路用于微控制器的在線仿真與程序下載、按鍵K2、K3、K4、K5用于選擇要送餐的桌位，按鍵Kl控制機(jī)器人啟動(dòng)，機(jī)器人到達(dá)設(shè)定的餐位后自動(dòng)停止，語(yǔ)音播報(bào)后自動(dòng)返回；LED指示電路中LED2、LED3、LED4、LED5分別對(duì)應(yīng)按鍵K2、K3、K4、K5，LED的限流電阻均為IKΩ ;復(fù)位電路由按鍵RESl和IOOnF的電容C6、10KQ電阻R14組成；微控制器采用飛思卡爾公司型號(hào)為PK10N512VLL100的32位微控制器，本發(fā)明使用了該微控制器的FTM模塊，用于向直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出四路PWM信號(hào)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)、調(diào)速和轉(zhuǎn)彎，ADC模塊用于轉(zhuǎn)換傳感器的模擬量，LPTM模塊用于測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，普通GPIO模塊用來(lái)掃描按鍵狀態(tài)、控制LED、控制語(yǔ)音播報(bào)等；
[0027]參考圖3，所述的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中BTN7971驅(qū)動(dòng)芯片U2和U3組成上下橋臂，用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的左電機(jī)；M0S管BTN7971驅(qū)動(dòng)芯片U7和U8組成上下橋臂，用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的右電機(jī)；對(duì)于U2，PWM1通過(guò)3ΚΩ的限流電阻接到IN腳，INH腳通過(guò)上拉電阻接到控制電路的電源VCC5，兩個(gè)OUT腳并聯(lián)輸出，作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中所使用的MOS管采用BTN7971，M0S管的輸入端前外加74HC04，用于驅(qū)動(dòng)MOS管，微控制器電路的輸出端口 PTD4、PTD5、PTD6、PTD7分別與74HC04的四個(gè)非門的輸入端相連接，用于驅(qū)動(dòng)MOS管。
[0029]參考圖4，所述的陀螺儀傳感器采用ENC-03MA，其Vref輸出固定值1.35V，是陀螺儀靜止時(shí)的電壓；Vout腳為輸出端，與Vref的輸出值經(jīng)過(guò)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(hào)。
[0030]參考圖4和圖2，所述的陀螺儀傳感器信號(hào)調(diào)理電路中的陀螺儀輸出電壓用信號(hào)輸入到PK10N512VLL100的模數(shù)轉(zhuǎn)換器端口 PTE16，用來(lái)測(cè)量機(jī)器人前后傾的角速度；
[0031]參考圖5，所述的加速度傳感器信號(hào)調(diào)理電路中的加速度傳感器采用MMA7260Q，當(dāng)機(jī)器人在前后存在傾角時(shí)，在Y軸會(huì)感應(yīng)出與角度相關(guān)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(hào)。
[0032]參考圖5和圖2，所述的加速度傳感器的輸出端經(jīng)過(guò)RC濾波之后的電壓信號(hào)輸入到PK10N512VLL100的模數(shù)轉(zhuǎn)換器端口 PTE17，用來(lái)測(cè)量機(jī)器人前后傾的角度；
[0033]參考圖6，所述的電磁傳感器信號(hào)調(diào)理電路中的運(yùn)算放大器采用滿量程運(yùn)放LMV358,由于在機(jī)器人行走的地面上鋪有幅值為5V，頻率為20kHz的通電導(dǎo)線，經(jīng)計(jì)算，當(dāng)工型電感為10mH，電容C17為6.8nF時(shí)，左右傳感器由工型電感與電容構(gòu)成的LC諧振電路就能感應(yīng)出電壓大?。?br> [0034]參考圖6和圖2,所述的電磁傳感器信號(hào)調(diào)理電路中LMV358放大后的信號(hào)分別輸入到PK10N512VLL100的模數(shù)轉(zhuǎn)換器端口 PTE18與PTE19，可用來(lái)判斷機(jī)器人在通電導(dǎo)線上方的位置，從而可計(jì)算機(jī)器人轉(zhuǎn)彎需要轉(zhuǎn)過(guò)的角度，經(jīng)過(guò)PID算法后可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的平滑轉(zhuǎn)彎；
[0035]參考圖7，所述的直流電機(jī)測(cè)速電路中的傳感器為對(duì)射式光電傳感器ST178，ST178的輸入端陽(yáng)極串聯(lián)一個(gè)1ΚΩ的限流電阻，輸出端光電三極管的集電極上拉電阻為IK Ω，機(jī)器人行走帶動(dòng)電機(jī)軸上的100線光柵碼盤旋轉(zhuǎn)，在ST178的輸出端會(huì)產(chǎn)生頻率與速度成正比的PWM脈沖。
[0036]參考圖7和圖2，所述的直流電機(jī)測(cè)速電路中，直流電動(dòng)機(jī)軸兩端分別固定有不銹鋼式的碼盤，ST178輸出的脈沖列可表示轉(zhuǎn)動(dòng)速度，經(jīng)過(guò)換算可測(cè)得電機(jī)轉(zhuǎn)速，即機(jī)器人行進(jìn)的速度，加上此閉環(huán)控制可使機(jī)器人保持速度穩(wěn)定。左右ST178的輸出端與PK10N512VLL100 的 FTM 模塊端口 PTEO 和 PTCl 相連接。
[0037]參考圖8，所述的語(yǔ)音播報(bào)電路芯片采用ISD2560，可錄制時(shí)長(zhǎng)達(dá)60秒的語(yǔ)音，弓丨腳ro為節(jié)電控制端，當(dāng)ro為高電平時(shí)，芯片停止工作，進(jìn)入不耗電狀態(tài)；引腳CE變低后(而且ro為低)，允許進(jìn)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(shí)，由地址端AO?A9提供起始地址，錄音持續(xù)到CE或ro變高；放音時(shí)由地址端提供起始地址，放音持續(xù)到標(biāo)志位出現(xiàn)，標(biāo)志位在錄音時(shí)由芯片自動(dòng)插入到該信息的結(jié)尾，放音結(jié)束后EOM端輸出低電平。引腳MIC_REF為麥克風(fēng)咪頭參考輸入。引腳MIC_IN為麥克風(fēng)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(fēng)咪頭接到P4，輸入ISD2560前需經(jīng)過(guò)濾波處理，R47、R48、R49和C25的構(gòu)成可抑制共模信號(hào)，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(fēng)咪頭輸入聲音信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波后，正負(fù)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，用于地址的輸入；ISD2560的輸出端口 SP+與SP-接入揚(yáng)聲器的正負(fù)端，揚(yáng)聲器的功率為4W。
[0039]參考圖9，機(jī)器人為雙輪直立行走結(jié)構(gòu)，前后無(wú)支點(diǎn)，直流電機(jī)固定在圓柱形機(jī)器人體內(nèi)，輪子軸上固定減速齒輪，減速齒輪外側(cè)固定有碼盤，可通過(guò)ST178進(jìn)行測(cè)速，減速齒輪與6V直流電機(jī)齒輪咬合；將2600mAh鋰電池和機(jī)器人控制板放置于與直流電機(jī)同高度的位置，以降低機(jī)器人重心，便于控制；控制板上包括微控制器電路1、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路2、陀螺儀傳感器信號(hào)調(diào)理電路3、加速度傳感器信號(hào)調(diào)理電路4、電磁傳感器信號(hào)調(diào)理電路5、直流電動(dòng)機(jī)測(cè)速電路6、語(yǔ)音播報(bào)電路7 ;兩個(gè)電磁傳感器位于控制板兩側(cè)，工型電感軸向與電機(jī)軸向相同；加速度傳感器Y軸與機(jī)器人前進(jìn)方向同向；陀螺儀傳感器水平放置；系統(tǒng)按鍵位于機(jī)器人上方、托盤下方，便于操作。
【權(quán)利要求】
1.一種雙輪直立行走智能送餐機(jī)器人，其特征在于，采用雙輪行走結(jié)構(gòu)，包括: 陀螺儀傳感器信號(hào)調(diào)理電路(3)，用于獲取機(jī)器人前后傾的角速度； 加速度傳感器信號(hào)調(diào)理電路(4 )，用于獲取機(jī)器人前后傾的角度； 電磁傳感器信號(hào)調(diào)理電路(5)，用于獲取機(jī)器人轉(zhuǎn)彎需要轉(zhuǎn)過(guò)的角度； 直流電動(dòng)機(jī)測(cè)速電路(6)，用于獲取機(jī)器人的行進(jìn)速度； 語(yǔ)音播報(bào)電路(7)，用于錄入語(yǔ)音并播放； 微控制器電路(1)，接收所述陀螺儀傳感器信號(hào)調(diào)理電路(3)、加速度傳感器信號(hào)調(diào)理電路(4)、電磁傳感器信號(hào)調(diào)理電路(5)和直流電動(dòng)機(jī)測(cè)速電路(6)所獲取的數(shù)據(jù)，向直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(2)發(fā)出控制信號(hào)，并向語(yǔ)音播報(bào)電路(7)錄入語(yǔ)音； 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(2)，其輸出端與直流電動(dòng)機(jī)的電樞端子相連接，接收微控制器電路(I)所發(fā)控制信號(hào)后驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)雙輪行走。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙輪直立行走智能送餐機(jī)器人，其特征在于，所述的微控制器電路(I)中的微控制器采用飛思卡爾公司型號(hào)為PK10N512VLL100的32位微控制器，通過(guò)四個(gè)按鍵選擇要送餐的桌位，并由相應(yīng)的LED指示；所述的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(2)中，所使用的驅(qū)動(dòng)MOS管為BTN7971，MOS管的輸入端前外加非門74HC04，用于驅(qū)動(dòng)MOS管，附有電源電路，系統(tǒng)供電采用可充電的、直流電壓為11.1V的鋰電池，容量為2600mAh，5V穩(wěn)壓芯片和3.3V穩(wěn)壓芯片分別采用TPS7350和AMSl117-3.3 ;所述的語(yǔ)音播報(bào)電路(7)采用ISD2560芯片；所述的陀螺儀傳感器信號(hào)調(diào)理電路(3)的陀螺儀為ENC-03MA ;所述的加速度傳感器信號(hào)調(diào)理電路(4)采用MMA7260Q ;所述的電磁傳感器信號(hào)調(diào)理電路(5)中，工型電感與電容構(gòu)成LC諧振電路，用于感應(yīng)鋪在地面的通有20k Hz的交流信號(hào)的大小，運(yùn)算放大器為滿量程運(yùn)放LMV358，所述的直流電動(dòng)機(jī)測(cè)速電路(6)采用光電傳感器ST178。
【文檔編號(hào)】G05D1/02GK103955214SQ201410145865
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】李艷, 劉俊杰, 胡雙 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)