王刘菲

北京电子科技职业学院 北京 100176

智能机器人作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，它无须人为管理，可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，可以完成预期所要达到的或是更高的目标。 服务行业的机器人目前发展迅速，在餐厅行业也得到了一定的应用。本文针对餐厅服务机器人进行研究论述。面向餐厅的需求，开展餐厅服务机器人的设计研究，研制餐厅服务机器人样机，进行实验验证，实现自动寻迹，进给及抓取功能。实现同时为多个桌子智能自动送物和收物。

餐饮服务机器人具备的功能主要有：巡线行走，RFID标签识别(能识别贴在指定位置或指定物品上的标签，并相应介绍该物品的情况以及指定位置展品情况等)，手臂挥动(能单臂做出迎宾姿势和挥手动作)，红外遥控(能通过遥控器来遥控机器人的前进、后退、停止、左转、右转、音乐播放、音乐停止等功能)，平板遥控(除了能通过掌上平板电脑完成红外遥控功能外，还开发了点菜系统功能，能通过平板电脑点菜，然后传到厨房和前台)，紧急避障(在机器人前进路线上出现人和物体后，机器人会紧急停止，并等障碍物消失后恢复继续行走，防止触碰到人和物体，机器人能感应到半米高度的物体，这样可以防止碰到玩耍的孩子)，语音对话(能在安静的房间中与客人进行固定词条的语音交互功能)。

1 技术路线

研究的技术路线如图1所示。

图1

2 研究方法

2.1 机械外形的试制

根据参考资料以及自己的经验，应用三维设计软件进行设计。对于整个拉伸，需要有软件分析其成型过程，选取必要的板料、板材大小、设备成型压力及凸凹模的间隙；对于以上零部件的设计，都需要有力学的分析，得知它们是否能够承载设备的压力。通过以上分析，得出最合适的三维图纸。在生产制造方面，应用合适的加工设备进行加工，如加工中心、数控车床、线切割、激光切及普通传统设备。

2.2 小车电路连接

单片机作为小车的检测和控制核心；采用光电开关、声控传感器、光敏传感器、温度传感器、红外接收器等来检测和感应各种外界情况，从而把反馈到的信号送单片机，使单片机按照预定的工作模式控制小车在各区域按预定的速度行驶；智能小车既可以采用LED数码管来显示有关信息，也可以采用1602LCD实时显示小车行驶的距离。

3 设计思路与方案

本机器人结构主要包含四部分：车架、行走机构、起升机构、电路系统。

3.1 车架

车架包含底板和护罩。底板采用3 mm铝合金板制作，保证刚性。同时，表面均匀打孔Ф3.5，孔间距10×10，便于安装各部件，同时减轻车身重量。护罩采用2 mm铝合金钢板，罩住底板后部安装的电路系统，使整车更加美观。

3.2 行走机构

行走机构采用轮式结构，后轮驱动，前轮转向。2台电动机分别驱动左右后轮，通过调整电动机支座保证两轮的同轴度。前轮转向通过一个舵轮电机驱动连杆机构实现，舵轮电机直接安装在车架上，保证惰轮电机中心线与底板中心线重合。

根据现场操作情况，小车在行走过程中有两种转向方法可选用：一种是通过前轮转向；另一种可通过左右后轮的正反转实现转向。

3.3 起升机构

起升机构也采用惰轮电机驱动连杆机构实现。两根安装在底板上的立柱作为起升导轨，起升滑块通过直线轴承与立柱连接，实现上下滑动。抓取叉子直接安装在起升滑块上。此连杆机构的连杆之间的连接全部采用宽度为25的小合页连接。起升机构的行程为115 mm，抓取叉子的最低点为55 mm，最高点为170 mm。

3.4 电路系统

电路系统采用成熟的电路板，端口分别与2台舵机和2台电机连接。电池放在电池支架内，安装在车架后部。

为增加在爬坡过程中轮胎与地面的摩擦力，车架后部增加配重块。

4 工艺、成本分析

4.1 自制零件加工工艺路线

表1 小车需要自制件工艺路线

表1 (续)

4.2 工艺卡片

材料成本、制造加工成本分析。

4.2.1 自制件材料清单

表2

4.2.2 外购件及标准件清单

表3

4.2.3 成本分析

从自制件清单河和外购件标准件清单可以看出，小车所需材料及标准、外购件均为普通材料和零件，没有特殊材料等，采购成本比较合理。从小车需要自制件工艺路线可以看出，由于结构简单，自制件数量较少，且加工路线简单，故人工成本和制造加工成本也较低。

5 加工工艺及程序

智能小车的制造过程中采用了多种加工工艺，有冲压、折弯、铣削、车削、钻孔等，下面就几个重要部分零件的工艺进行分析。

5.1 转向杆

转向杆是小车底部调整车轮摆动角度的零件，通过转向杆的全方位转动，使智能小车能按照既定的轨迹路线行进，完成小车的任务。

5.1.1 转向杆外轮廓

图2

(1)工艺分析。材料为铝合金，它的塑性和韧性很好，有良好的冲裁成形性能。零件结构单一，包含了型腔及孔件加工，精度要求符合公差即可。毛坯为长方形零件，工艺方案为：先加工外形轮廓，再加工型腔，然后加工圆孔。

(2)刀路设置。应用UG软件对转向杆轮廓进行分析，用立铣刀进行铣削加工，采用分层切削加工，转向杆轮廓外形的刀路设置如图3所示。

图3

5.1.2 转向杆型腔

应用UG软件对转向杆型腔进行分析，用立铣刀进行铣削加工，采用分层切削加工，转向杆轮廓型腔的刀路设置如图4所示。

图4

5.2 前轮支架

前轮支架的是装配中比较重要的零件，起到上下连接的作用，其结构较复杂，加工工艺相对较难。

图5

(1)工艺分析。材料为铝合金，它的塑性和韧性很好，有良好的冲裁成形性能。零件结构较复杂，包含了形体加工及圆孔加工，精度要求符合公差即可。毛坯为方形零件，工艺方案为：先铣削两侧轮廓；再铣削中间部分；然后加工各个圆孔。

(2)刀路设置。应用UG软件对前轮支架进行分析，用立铣刀进行铣削加工，采用分层切削加工，前轮支架两侧边的刀路设置如图6所示。

图6

6 结语

智能机器人涉及多个学科的协同工作，不仅包括技术基础，甚至还包括心理学、伦理学等社会科学，由于现有的智能机器人的智能水平还不够高，因此在今后的发展中，努力提高各发面的技术及其综合应用，大力提高智能机器人的智能程度，提高智能机器人的自主性和适应性，是智能机器人发展的关键。

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