杨磊+徐建轩+印松+曾日潮+李星辰

摘 要 本文中详细的阐述了一种使用在会议室的倒水式智能机器人的设计，该设计的机械系统中考虑到送杯和送水两个功能的实现，合理可靠的设计，最终得出最可靠的方案；控制系统中选用合适的电机，通过单片机技术和多个传感器控制整个装置的运动。整个装置的设计极大地保证会议的私密性，提高了服务的效率。

关键词 会议 智能机器人 传感器 单片机

中图分类号：TP24 文献标识码：A

0引言

智能机器人作为先智能建筑与智慧城市进制造业中不可替代的重要装备和手段，已成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。本文中智能倒水机器人是一种自动送杯并在倒满水后运送水的装置，当举行会议时，它能够取代服务员，这样不仅能使会议流畅的进行下去，还能够保证会议的私密性，很好的减少了人力资源，提高了服务的效率。

1装置设计与实现

作为一个倒水装置，最重要的两个参数便是其运动的稳定性和功能的可靠性，如果装置在运行过程中出现杯中的水洒出来、或者杯子未到位而水龙头先出水的情况，说明装置还存在一定的缺陷。本装置中采取了两个直流无刷电机驱动三个轮子运动（后面两个驱动轮、前面一个从动轮）的机械结构来保持装置的平稳运行，倒水结构采取旋转式送杯的形式，箱顶中间部位设有环形轨道，通过支撑圆环的三个小滚轮做圆周运动。控制部分以模块化的设计思想为主导，包括电机驱动模块、STC89C52RC-RD单片机最小系统模块、红外遥控模块、循迹传感器模块、送杯模块、水泵模块、供电电池、稳压电源模块等。通过机械系统和控制系统的密切配合保证了运动的稳定性和功能的可靠性。

1.1 机械系统

本设计中的机械部分包括倒水机构和行走机构，倒水机构设置于箱顶，包括出水装置和旋转机构，出水装置包括水桶，水桶顶部通过水管连接至水泵，水泵通过水管连接至水龙头，水龙头下方和出水口处均设有光电传感器；旋转机构包括一步进电机，步进电机输出轴上端连接有联轴器，联轴器上端连接有传动轴，传动轴与圆盘相连，圆盘与箱顶之间设有支撑圆环，支撑圆环包括塑料圆圈以及紧固于塑料圆圈圆周的三个小滚轮，箱顶中间部位设有环形轨道，三个小滚轮在环形轨道处做圆周运动。倒水机构下端连接有行走机构，包括一底板，底板中间部位有两台直流无刷电机，通过电机座固定于底板上，底板后侧两个角处均通过螺栓紧固有兩个轴承座，主动轴通过轴承固定于轴承座之间，主动轴中间部位设有主动齿轮，直流无刷电机输出端也连接有输出齿轮，主动齿轮与输出齿轮通过同步带连接，两个主动轴一端均连接有驱动轮，底板下端前侧设有从动轮（如图1）。

1.2控制系统

本设计方案中的智能倒水机器人采用后轮驱动，后轮左右两边各用一个电机驱动，由单片机输出PWM调制信号控制后面两个轮子的转速从而控制机器人转向。循迹是指小车在白色的地板上循黑带行走，本设计中的机器人循迹行走通过TRCT5000红外对管反射式光电传感器，小车在行驶过程中，当左、右的传感器检测不到到黑线时，小车直线前进，当靠左边的传感器检测到黑带时，小车向左拐；当靠右边的传感器检测到黑带时，小车向右拐。装置采用多个红外对管传感器可以使小车的行驶更加灵活，拐弯时更加顺畅。

当本装置执行命令时，遥控器通过无线控制给单片机控制器一个信号，机器人行走至指定位置后，控制器给步进点击驱动器一个脉冲，使步进电机带动圆盘旋转，当水龙头下方的光电传感器监测到有杯子时，将信号传递给单片机控制器，而后控制水泵使水龙头出水一定时间，出水动作完成后，水泵停止工作，单片机控制器给转盘控制装置信号使圆盘旋转，达到倒水的目的。

2使用效果与结论

2.1使用效果

从制作的样机来看，机器人可以顺畅地实现设计中的循迹、定位和倒水等功能。在此基础上，为了使机器人更加智能化，还可以为其扩展避障、自动识别、自动报警、自动保持安全距离、车速检测和远程控制等功能设计（如图2）。

2.2结论

本设计中的智能倒水机器人，采用TRCT5000红外传感器为循迹模块，通过电路将红外收发模块、光电传感器等数据读入，利用嵌入式程序算法对读入数据进行处理，并通过输出PWM波信号控制2个电机转动，实现循迹、定位和倒水等功能，同时使用单元化的电路设计，使得系统简洁，响应快，性能稳定。

参考文献

[1] 许果，王峻峰，何松龄.一种基于SCARA机器人机械结构设计[J].机械工程师，2005（4）.

[2] 吴振彪，工业机器人[M].华中科技大学出版社，2002.