社會(huì)的高速發(fā)展對(duì)服務(wù)業(yè)的要求也越來越高，尤其表現(xiàn)在餐飲行業(yè)。設(shè)計(jì)一種以STC89C52單片機(jī)為核心的送餐機(jī)器人。送餐機(jī)器人主要由自主行進(jìn)的機(jī)器人和餐盤組成。控制系統(tǒng)作為送餐機(jī)器人的核心，由主控模塊、超聲波測距模塊、紅外循跡模塊等部分組成，送餐機(jī)器人可按照設(shè)定路徑行進(jìn)并規(guī)避避障，將餐品送到指定地點(diǎn)。送餐機(jī)器人市場廣闊，適應(yīng)能力強(qiáng)，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

　　隨著時(shí)代的飛速發(fā)展，社會(huì)的不斷進(jìn)步，許多問題也展現(xiàn)在我們面前。人口老齡化嚴(yán)重的問題很大程度限制了勞動(dòng)力的發(fā)展，同時(shí)由于人們生活水平的不斷提高，勞動(dòng)力的價(jià)格也逐步上漲，尋找替代勞動(dòng)力的方法成為熱點(diǎn)話題。設(shè)計(jì)一款可以自主的移動(dòng)送餐機(jī)器人，機(jī)器人利用紅外傳感器巡線進(jìn)行自主行進(jìn)，利用超聲波測距傳感器規(guī)避障礙物。在當(dāng)前疫情背景下，使用機(jī)器人在餐廳中替代服務(wù)員對(duì)顧客進(jìn)行服務(wù)，不僅減少了因疫情而帶來的安全隱患，同時(shí)也為顧客帶來了全新的用餐體驗(yàn)。利用機(jī)器人在節(jié)約勞動(dòng)力成本的同時(shí)還滿足人們對(duì)生活智能化的需求。

　　1.系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

　　本次設(shè)計(jì)的送餐機(jī)器人，它的外形設(shè)計(jì)不再是像其他設(shè)計(jì)的人形設(shè)計(jì)，而是一個(gè)矮小靈活的柱狀機(jī)器人，方便清理和維修。送餐機(jī)器人的上部分是一個(gè)可以承裝三到四個(gè)菜品的箱子，下部分通過一個(gè)小車相互連接，送餐機(jī)器人利用下半部分的小車來進(jìn)行移動(dòng)。當(dāng)開始供電時(shí)，下半部分的小車開始工作，帶動(dòng)整個(gè)機(jī)器人開始送餐。一個(gè)送餐機(jī)器人可同時(shí)為多個(gè)顧客運(yùn)送多個(gè)菜品，如果餐品過多的時(shí)候，也可打開機(jī)器人的身體內(nèi)部，用以運(yùn)送菜品。由于慣性的作用，只要小車速度合適，那么不管是其內(nèi)部還是外部的餐品都可保證平整安全地送到每個(gè)顧客的餐桌上。機(jī)器人設(shè)計(jì)新穎，外形干凈整潔，運(yùn)行平穩(wěn)，維修方便。

　　2.硬件電路設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)的送餐機(jī)器人需要保證，在餐廳內(nèi)，需要提前設(shè)計(jì)好機(jī)器人所行走的路徑，并保證餐廳內(nèi)有充足的光線，使機(jī)器人能夠檢測到路徑。餐廳內(nèi)，利用黑色的不反光材料設(shè)計(jì)送餐機(jī)器人的行走路徑，如此設(shè)計(jì)機(jī)器人便可以通過對(duì)室內(nèi)的光線明暗檢測，來進(jìn)行送餐服務(wù)，最后將餐品送到指定位置。傳感器需要能在光線充足的餐廳內(nèi)，對(duì)地面進(jìn)行檢測，對(duì)地面的明亮程度，找到合適的送餐路徑，單片機(jī)對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行處理，并判斷機(jī)器人是否偏離規(guī)劃的路徑，偏離的程度有多少。

　　以此保證送餐機(jī)器人可以穩(wěn)定地將餐品送到目的地，同時(shí)，機(jī)器人也有很好的原路返回能力，這就保證了機(jī)器人可以很快送下一次餐品。由于送餐機(jī)器人的行走路徑已經(jīng)提前規(guī)劃出來，那么就可以通過路徑的信息來控制送餐機(jī)器人送餐的速度，這就無須時(shí)時(shí)刻刻的檢測送餐機(jī)器人的送餐狀態(tài)，節(jié)省了很多復(fù)雜的速度檢測過程，并且對(duì)送餐機(jī)器人的平穩(wěn)運(yùn)行有了很好的保障。

　　2.1單片機(jī)模塊

　　本次設(shè)計(jì)的主控芯片采用的是低電壓、高效率的STC89C52單片機(jī)芯片，可編程閃存，處理速度較其他單片機(jī)也是相對(duì)較快的，3個(gè)16位定時(shí)器、計(jì)數(shù)器可以實(shí)現(xiàn)多程序的同時(shí)運(yùn)行，MAX810復(fù)位電路，32位I/O線使它具有更大的功能拓展空間，看門狗定時(shí)器和512字節(jié)RAM可以編寫更多、更復(fù)雜的程序。

　　2.2傳感器模塊本次設(shè)計(jì)采用的傳感器模塊是超聲波傳感器，此超聲波傳感器可以發(fā)出高于20KHz的聲波，如果在送餐過程中，需要傳感器發(fā)出一系列的動(dòng)作，則需要超聲波接收器配合接收發(fā)出的超聲波來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)所需的功能。傳感器的接收器和發(fā)射裝置是它實(shí)現(xiàn)功能的兩大核心，根據(jù)它產(chǎn)生超聲波的方式，超聲波傳感器可以分為兩類：機(jī)械式超聲波傳感器和電氣式超聲波傳感器，目前市面上我們經(jīng)常用到的是壓電式超聲波傳感器。

　　2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊本次設(shè)計(jì)送餐機(jī)器人的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是由直流減速電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，它的優(yōu)點(diǎn)是，便于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的安裝、便于反復(fù)的安裝拆卸、體型相對(duì)靈巧，重量適中，安裝于機(jī)器人時(shí)，大大減小了機(jī)器人的負(fù)載，用來作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)十分合適。直流電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩大，能夠輕松帶動(dòng)機(jī)器人的行動(dòng)，同時(shí)其靈巧的體積也為后來安裝其他元件節(jié)省了很多的空間。

　　2.4紅外循跡模塊送餐機(jī)器人的紅外傳感器尋跡的原理，主要是通過紅外線檢測裝置，去探尋路面上的明暗變化，由于路徑是由黑色的不反光材料設(shè)置的特殊材料，相較于沒有設(shè)置路徑，設(shè)置路徑的位置光線更暗。

　　當(dāng)啟動(dòng)機(jī)器人，機(jī)器人開始自動(dòng)送餐時(shí)，機(jī)器人通過傳感器不斷地向外發(fā)出紅外光線，來檢測地面的明暗情況，當(dāng)紅外光線照在沒有設(shè)置路徑的位置時(shí)，此時(shí)地面發(fā)生漫反射，紅外光線被分散開;當(dāng)紅外光線照射在黑色的路徑上時(shí)，由于黑色材料吸收所有光線，所以沒有反射回來的紅外光線，傳感器也就無法檢測返回的光線。所以，我們利用光線照在路徑于非路徑上的差異，用于送餐機(jī)器人檢測路徑，從而實(shí)現(xiàn)送餐機(jī)器人的紅外循跡功能，達(dá)到自動(dòng)送餐的目的。

　　2.5電源模塊

　　當(dāng)送餐機(jī)器人開始工作時(shí)，它的工作電壓不得小于12V，送餐機(jī)器人的供電模塊由220V的市電電壓提供，經(jīng)過送餐機(jī)器人的整流系統(tǒng)，將其轉(zhuǎn)化為±25V的交流電壓，±25V的交流電壓經(jīng)過三端穩(wěn)壓器輸出±12V的電壓，之后的+12伏電壓再經(jīng)過一次得到+8伏電壓，-12V的電壓經(jīng)過三端穩(wěn)壓器，然后作為系統(tǒng)的電源工作。具體是將電磁鐵的兩端連接到單片機(jī)系統(tǒng)的8引腳上，同時(shí)，通過一根金屬電線將機(jī)器人的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的端口4連接在單片機(jī)系統(tǒng)的P10端口上。

　　當(dāng)送餐機(jī)器人啟動(dòng)電源，并開始進(jìn)行工作時(shí)，電磁鐵上有電流經(jīng)過，電機(jī)開始被驅(qū)動(dòng)，當(dāng)送餐機(jī)器人到達(dá)目的地時(shí)，軟件程序開始指揮單片機(jī)工作，單片機(jī)的P10端口產(chǎn)生低電平信號(hào)，同時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊開始運(yùn)作，隨后，電源停止向電磁鐵輸出電流，電磁鐵的磁性消失，以此來進(jìn)行對(duì)機(jī)器人的控制。

　　3.應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

　　通過硬件的設(shè)計(jì)方案，來進(jìn)行軟件的編寫設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)送餐機(jī)器人的所有功能，本設(shè)計(jì)采用匯編語言設(shè)計(jì)程序，對(duì)各個(gè)模塊的程序進(jìn)行編寫，以實(shí)現(xiàn)送餐機(jī)器人的全部功能。編寫軟件包含主程序的設(shè)計(jì)、紅外循跡子程序的設(shè)計(jì)、中斷子程序、延時(shí)子程序、定位子程序。定位子程序是通過超聲波傳感器來進(jìn)行的，子程序調(diào)用后，再進(jìn)入延時(shí)子程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人自身位置的探測和對(duì)障礙的規(guī)避。送餐機(jī)器人整體通過PWM來控制直流減速電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　PWM的脈寬調(diào)制，電壓輸出是通過改變脈沖寬度實(shí)現(xiàn)的，通過改變交流電的周期，進(jìn)行對(duì)電機(jī)的控制調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)電機(jī)的控制。在機(jī)器人的設(shè)計(jì)過程中，會(huì)提前設(shè)計(jì)一個(gè)送餐機(jī)器人的距離閾值，當(dāng)傳感器檢測距離小于或等于這個(gè)距離時(shí)，機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)器人檢測距離大于這個(gè)閾值距離時(shí)，機(jī)器人正常送餐。

　　當(dāng)送餐機(jī)器人開始工作后，超聲波傳感器持續(xù)的發(fā)出和接收超聲波用來確定自身的位置，如果單片機(jī)發(fā)現(xiàn)送餐機(jī)器人要偏離指定的路線，便會(huì)發(fā)出調(diào)節(jié)自身位置的指令，指令傳達(dá)給由其控制的直流調(diào)速電機(jī)，來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行情況。當(dāng)送餐機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到指定位置時(shí)，取出菜品，然后通過紅外尋跡模塊，原路返回。回到指定位置后，等待下一次的菜品運(yùn)送。由于單片機(jī)無時(shí)無刻地控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，所以不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)過快導(dǎo)致菜品撒出的情況。

　　3.1超聲波定位子程序

　　超聲波定位子程序用于定位送餐機(jī)器人的位置，先設(shè)置一個(gè)防止出現(xiàn)事故的初始安全距離，當(dāng)超聲波傳感器檢測的距離小于等于這個(gè)距離時(shí)，機(jī)器人停止送餐，防止餐品發(fā)生意外。

　　3.2紅外循跡子程序

　　紅外循跡子程序用來檢測送餐機(jī)器人行走的路徑，當(dāng)機(jī)器人偏離距離時(shí)，重新規(guī)劃路線，保證機(jī)器人始終在路徑上進(jìn)行送餐。

　　機(jī)器人設(shè)計(jì)論文：基于單片機(jī)的光伏追日系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　4.結(jié)束語

　　本次設(shè)計(jì)的送餐機(jī)器人可應(yīng)用于廣泛的餐廳室內(nèi)，送餐機(jī)器人對(duì)室內(nèi)的路徑進(jìn)行檢測，可以很好地對(duì)餐品進(jìn)行配送，可以很好地節(jié)省勞動(dòng)力，以達(dá)到智能自動(dòng)化送餐的目的。設(shè)計(jì)的送餐機(jī)器人通過理論方面的構(gòu)建，然后再進(jìn)行總體的系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)送餐機(jī)器人的設(shè)計(jì)。單片機(jī)系統(tǒng)也成功實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化送餐、障礙檢測、路徑識(shí)別、紅外尋跡等功能。

　　通過對(duì)我國智能機(jī)器人市場的調(diào)查，智能機(jī)器人有良好的市場。本文設(shè)計(jì)的智能餐廳助餐機(jī)器人具有廣闊的市場前景以及重要的研究意義，符合當(dāng)今人們對(duì)于生活智能化的要求，也滿足了人們對(duì)服務(wù)質(zhì)量的需求，同時(shí)可節(jié)省餐廳雇傭勞動(dòng)力的成本開支。

　　設(shè)計(jì)者：倪學(xué)禮胡立夫王學(xué)言曹吉宇田靜霏