一種運動場飲料自動售賣機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計

周頔 邱子楓 楊云琪 張成嵐 王夢琦

摘?要：在各大運動場所中如籃球、乒乓球、羽毛球等球類場所占場地較大，傳統(tǒng)自動販賣機(jī)一般不能移動且放置在運動場的邊緣角落，消費者需要穿越整個運動場購買飲料后再返回，整個過程十分耗時且不便。本文設(shè)計了一款可以廣泛推廣應(yīng)用的運動場設(shè)備——自動售賣機(jī)器人裝置，其包括上柜體、下殼體和位于下殼體內(nèi)部的行走機(jī)構(gòu)。下殼體前端設(shè)

置有用于識別障礙物的第一紅外測距儀，上柜體上靠近主控制器的部位設(shè)置有用于識別購買客戶的第二紅外測距儀，兩個紅外測距儀相互配合來實現(xiàn)機(jī)器人的巡航避障。本自動售賣機(jī)器人能夠按照預(yù)先設(shè)定的運動路線移動，且具有自動避障、識別到購買客戶時自動停下的功能，提高了購買便利性。

關(guān)鍵詞：運動場；自動化；售賣機(jī)器人；結(jié)構(gòu)設(shè)計

現(xiàn)代服務(wù)業(yè)屬于第三產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展日益受到人們的重視。機(jī)器人被用于生活的方方面面，但是民用的卻很少問世，原因在于其價格昂貴、技術(shù)較高端，難為大眾所接受，社會對其的研究質(zhì)疑之聲始終不絕于耳。根據(jù)一項調(diào)查表明，中國城市將近70%的籃球運動場或者足球運動場沒有販賣機(jī)。自助販賣機(jī)不需要店租，不需要導(dǎo)購，不需要收銀員，節(jié)省人力成本，占地面積小，自動結(jié)算支付方式，符合當(dāng)代快節(jié)奏的生活，還可以布置在各個地方。使用運動場售水機(jī)器人，可以更好地節(jié)省人力，位置靈活，充分體現(xiàn)了科技的力量，因此我們發(fā)出了“運動場能源站”這一設(shè)計思路，并且圍繞著機(jī)械方面，給出了初步的方案。

1?機(jī)器人設(shè)計系統(tǒng)目標(biāo)與運行環(huán)節(jié)

1.1?系統(tǒng)目標(biāo)

在傳統(tǒng)的自助販賣機(jī)上克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種便利性高的運動場飲料自動售賣機(jī)器人。且其可以在運動場（籃球、乒乓球、羽毛球等球類場所）投入運用，并且有不錯的效果。

1.2?運行環(huán)境

場景環(huán)境：運動場周邊的障礙物少，平地。

硬件設(shè)備：蓄電池、電機(jī)、伺服電機(jī)、PLC控制器等。

支持軟件：微信、支付寶等網(wǎng)上支付軟件。

1.3?技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于商用服務(wù)智能化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種運動場飲料自動售賣機(jī)器人，旨在提高消費者購買飲料的便利性。

1.4?背景技術(shù)

各大運動場所如籃球、乒乓球、羽毛球等球類場所占場地較大，傳統(tǒng)自動販賣機(jī)一般不能移動且放置在運動場的邊緣角落，消費者需要穿越整個運動場購買飲料后再返回，整個過程十分耗時且不便。

1.5?基礎(chǔ)功能及相關(guān)配件

智能導(dǎo)航：GPS導(dǎo)航系統(tǒng)。

自主避障：紅外測距傳感器、電機(jī)、差速驅(qū)動輪、萬向輪。

多層配送：多層置物架。

人機(jī)交互：LED觸控一體機(jī)。

語音音樂：一體機(jī)后揚聲器。

數(shù)據(jù)保存：儲存主機(jī)。

自動販賣：GPRS模塊。

推文廣告：顯示器。

2?原理結(jié)構(gòu)分析

2.1?總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)總體方案，我們設(shè)計了相關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其所展示的是“運動場能源補給機(jī)器人”的初步平面三視圖（外觀）。

根據(jù)設(shè)計構(gòu)想，我們通過Solidworks進(jìn)行了初步的機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計，其三維模型如圖2所示。

2.2?系統(tǒng)化詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.1?智能導(dǎo)航系統(tǒng)

（1）控制器配合傳感器（紅外測距傳感器）導(dǎo)入機(jī)器人活動范圍的環(huán)境地圖，設(shè)置運動場的運動路線。

（2）設(shè)置充電點及備貨點以供機(jī)器人在快沒電時或貨品不足時，規(guī)劃路線抵達(dá)充電點充電或到備貨點補貨。

2.2.2?自主避障紅外測距傳感器

利用了三個紅外測距傳感器，分為兩組：①下傳感器與②上傳感器。本機(jī)器人是根據(jù)紅外信號遇到障礙物的距離不同，反射強度也不同的原理，判斷障礙物遠(yuǎn)近以及時規(guī)避。

2.2.3?柜體設(shè)計

柜體包括主柜體和位于主柜體內(nèi)部的飲料托架，主柜體包括底座、罩體，罩體由半罩體、第一柜門、第二柜門依次圍合形成，第一柜門、第二柜門的頂部分別與旋轉(zhuǎn)中心的周圈滑動配合，第一柜門、第二柜門的底部分別與底座的頂部滑動配合，第一柜門與第二柜門之間通過電子鎖連接。該設(shè)計的工作原理為：主控制器在收到購買指令后控制電子鎖解除鎖定，解鎖后第一柜門、第二柜門自動朝半罩體兩側(cè)滑動，客戶取出飲料托架上的飲料后柜門自動收回且電子鎖鎖住，從而實現(xiàn)了飲料的自助購買，如圖4所示：

2.2.4?多功能化拖物盤（防盜、智能檢測、提醒）

飲料托架還包括由上至下依次布置的多層飲料托盤，飲料托盤上均勻設(shè)置有多個飲料放置區(qū)，飲料放置區(qū)上設(shè)置有重力監(jiān)測儀。當(dāng)某一重力監(jiān)測儀的重力信號消失時，表示與其對應(yīng)的飲料放置區(qū)上的飲料被取走，主控制器通過監(jiān)測消失的重力信號數(shù)量計算出被取走的飲料數(shù)量，并在被取走的飲料數(shù)量與購買指令中的飲料數(shù)量不對應(yīng)時發(fā)出報警提示，用于防盜以及提醒客戶及時取走飲料。

3?人機(jī)交互系統(tǒng)（自動售賣、推文廣告、語音音樂）

3.1?自動販賣原理

該系統(tǒng)采用GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)自動售貨機(jī)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的通信，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計出了適應(yīng)于自動售貨機(jī)的GPRS無線終端、該系統(tǒng)信息傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式，與LED觸屏顯示器協(xié)同。

3.2?推文廣告

在顯示屏上投入廣告，用以店鋪宣傳、學(xué)校通知、賽事宣傳等使得自動售賣機(jī)器人資源得到最大利用。學(xué)生們有需要時使用微信、支付寶等方式支付更加便捷。

3.3?語音音樂

觸屏顯示器內(nèi)置揚聲器實現(xiàn)語音播報、音樂，以及警報系統(tǒng)。

4?機(jī)器人設(shè)計系統(tǒng)目標(biāo)與運行環(huán)節(jié)

4.1?移動

所述行走機(jī)構(gòu)包括內(nèi)殼體、①兩個萬向輪（前兩輪）、兩個電機(jī)、②兩個差速驅(qū)動輪（后兩輪）。內(nèi)殼體的頂部與上柜體的底部固定連接，在第一紅外測距儀和第二紅外測距儀均有識別信號時控制兩個電機(jī)停止工作狀態(tài)，所述內(nèi)殼體內(nèi)部設(shè)置有為兩個電機(jī)提供動力的蓄電池。

4.2?蓄電池

在續(xù)航系統(tǒng)上，“運動場能源補給機(jī)器人”使用了DCF12612/65?UPS電源蓄電池。它有著安全可靠、維護(hù)簡單、使用壽命長、高功率性能好、自放電小于4%、使用方便這六大特性。

5?機(jī)器人實施步驟分析

5.1?用戶角度操作機(jī)器人

要實現(xiàn)自主收銀（功能類似于自助販賣機(jī)），擬通過以下方式實現(xiàn)。

第一步：點擊顯示器中的買水功能，彈出二維碼掃描進(jìn)入小程序。

第二步：手機(jī)上彈出小程序打開倉門，客戶自主選擇需要的商品。

第三步：選擇結(jié)束后關(guān)閉倉門，系統(tǒng)識別客戶選取的商品進(jìn)行結(jié)算。

第四步：系統(tǒng)發(fā)送賬單至小程序，形成賬單，基于平臺的免密支付，完成支付交易。

5.2?機(jī)器人實施步驟圖

結(jié)語

本實用新型屬于商用服務(wù)智能化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種運動場飲料自動售賣機(jī)器人，可以提高消費者購買飲料的便利性。大運動場所如籃球、乒乓球、羽毛球等球類場所占場地較大。相較于傳統(tǒng)自動販賣機(jī)一般不能移動且放置在運動場的邊緣角落的弊端，本實用新型的便利性顯而易見，實用性和推廣價值值得期待。

參考文獻(xiàn)：

［1］姚墨迪，王劉菲，馮淑元.餐廳服務(wù)機(jī)器人的研究［J］.北京電子科技職業(yè)學(xué)院，2016.

［2］王君君，金甌，賀建飚.基于GPRS的自動售貨終端的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.微計算機(jī)信息，2009.

基金支持：武漢商學(xué)院2022年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃，項目名稱：基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的球場能源站（項目編號：202211654121）

作者簡介：周喆頔（2003—?），男，漢族，湖北宜昌人，在讀本科，研究方向：機(jī)械臂智能控制分析；邱子楓（2002—?），男，漢族，湖北黃石人，在讀本科，研究方向：機(jī)械臂智能控制分析；楊云琪（2003—?），女，漢族，湖北十堰人，在讀本科，研究方向：智能機(jī)器人編程；張成嵐（2003—?），男，漢族，湖北荊州人，在讀本科，研究方向：智能機(jī)器人編程；王夢琦（2004—?），男，漢族，湖北黃岡人，在讀本科，研究方向：智能機(jī)器人編程。