智能餐廳服務系統機器人設計

郝永江 王春軍 秦明明 柳理定 代 超

（西安文理學院 物理與機械電子工程學院，陜西 西安710065）

0 引言

智能餐廳是科技創新,物聯網技術發展的必然產物[1]。智能機器人是智能餐廳服務系統的關鍵,直接關系到該系統能否實現完全智能化服務。與國內外現有餐廳服務機器人相比較,該機器人不僅具有個體適中、成本低等特點,而且基于單片機控制,簡單實用,送餐穩定,定位準確,語音與顯示可以同步提示顧客取自己所需的餐飲,使得整個餐廳服務穩定而自動化運行,達到智能化餐飲服務的效果。

1 結構設計

智能機器人在測控系統控制下能實現自主送餐全過程,自廚房出發自動移動到對應餐桌定位后,餐盤旋轉90°,提示顧客取餐,取走后,餐盤歸位,回到廚房控制中心等待下次送餐。整體結構大致包括載物盤、支撐板、控制電路板、無線收發模塊四個部分。其模型結構簡圖如圖1所示。

圖1 模型結構簡圖

2 測控系統硬件設計

智能機器人采用飛思卡爾公司的MC9S12單片機為核心控制芯片[2],由電磁傳感器檢測路徑,再通過放大器放大微弱信號傳輸到單片機的AD通道,經過數據處理實現機器人的方向控制,加以驅動就可以使機器人循跡行駛,同時配備檢測、定位和語音等功能。51單片機輔助實現餐桌號接收及顯示功能。機器人測控系統硬件包含：①信息采集模塊；②驅動模塊；③顯示模塊；④語音模塊。其結構框圖如圖2所示。

2.1 信息采集模塊

智能機器人是通過前端兩個電感檢測地面鋪設的頻率為50Hz的交流信號實現循跡的。將檢測到的電壓信號經運算放大器放大,送入主控單片機的AD通道進行處理。利用紅外探測器檢測車體前方障礙,一旦發現障礙就會觸發單片機中斷。通過干簧管檢測餐桌旁的強磁鐵個數[3],來區分不同的餐桌。其電氣原理圖如圖3所示。

圖2 測控系統硬件結構框圖

圖3 采集模塊電氣原理圖

2.2 驅動模塊

驅動模塊執行單片機的PWM信號。電機驅動采用BTS7970[4],接收MC9S12單片機P3、P7口輸出的PWM信號實現餐車移動。方向舵機驅動接收P5口的PWM信號實現方向控制。餐盤舵機驅動接收P1口的PWM信號實現餐盤轉動勻滑準確。驅動模塊電路如圖4所示。

2.3 顯示模塊

顯示模塊采用12個8×8點陣構成LED顯示屏。點陣內部結構及外形均為8×8點陣,共由64個發光二極管構成,且每個發光二極管是放置在行線和列線的交叉點上,當某一行置高電平,且對應的一列置低電平,相應的二極管就亮。在89C52單片機控制下,由鎖存器74LS595進行列選,譯碼器74HC154進行行選。

圖4 驅動模塊電氣原理圖

其電路如圖5所示。

圖5 顯示模塊電氣原理圖

2.4 語音模塊

該模塊是以數碼語音芯片ISD1760[5-6]為核心的一套智能語音錄放系統。設其采樣率為8kHz,一共能播放60秒的語音,共分為480個地址，每個地址最小語音長度為125毫秒,因此如果知道單個語音的長度,無編程器時也可推斷每個語音所占的地址長度。語音模塊原理圖如圖6所示。

圖6 語音模塊原理圖

3 系統軟件設計

該軟件設計是在CodeWarrior IDE及Keil C51環境下對系統功能進行開發。首先依據硬件電路對各模塊進行編程,并單獨測試后,進行整體集調,分析系統程序,并對其進行測試、修正,最終形成穩定成熟的軟件系統。系統的軟件程序流程如圖7所示。

其主控單片機MC9S12檢測是否有送餐指令即遙控編碼,有送餐指令則進行解碼,否則返回繼續等待。當解碼數不為0時則啟動機器人,否則返回繼續等待。判斷行進過程中是否有可移動障礙,有障礙則停車等待,同時語音提示“請您讓路”,否則繼續循跡前進。當機器人檢測出到達指定的餐桌后,停止2秒后，轉動餐盤90°,同時語音提示顧客取走所需飲食,否則繼續循跡前進。等待顧客取餐后,保持2秒后餐盤歸位,機器人自動判障、循跡、返回原點,否則語音停車提示。

圖7 控制系統的軟件程序流程圖

其輔助51單片機主要負責檢測紅外編碼器是否傳來數據,如果傳來數據則對其進行解碼,并把解出來的餐桌碼通過點陣顯示。

4 結論

通過不懈的努力,智能餐廳服務系統機器人模型通過了各種測試。從測試效果來看,該機器人能夠穩定工作并實現了智能化服務。在2013年陜西省挑戰杯比賽中,該作品獲得了三等獎，圖8為參賽時的樣機。

圖8 送餐機器人測試樣機

隨著科技的進步社會的發展,人們生活水平不斷提升,智能化服務機器人越來越受到人們的關注。餐廳服務機器人的研發具有廣闊的市場和重要的研究意義，符合當今人們對生活智能化的要求。

［1］馬浩.未來智能餐廳建設研究[J].科技信息,2012(20)：257-258.

［2］李晨,宓超.基于飛思卡爾單片機MC9S12XS128的智能車設計[J].上海海事大學學報,2012,33(1)：82-84.

［3］擺玉龍,楊利君,董存輝.基于 MC9S128的電磁導航智能車的設計與實現[J].測控技術,2011,30(11)：59-64.

［4］張飛飛,楊雪松,高愛宇.基于STM32的智能滅火機器人設計[J].甘肅科技,2013,29(12)：13-15.

［5］王海軍,惠彩云,李音,等.一種基于ISD1760的公交車語音報站系統設計[J].價值工程,2013(31)：182-183.

［6］鄧堅,熊瑞庭,全書海.基于 ISD1760的智能電梯語音報站系統[J].中國水運,2009,9(2)：120-121.