一種運(yùn)動(dòng)場(chǎng)飲料自動(dòng)售賣(mài)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

周頔 邱子楓 楊云琪 張成嵐 王夢(mèng)琦

摘?要：在各大運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所中如籃球、乒乓球、羽毛球等球類(lèi)場(chǎng)所占場(chǎng)地較大，傳統(tǒng)自動(dòng)販賣(mài)機(jī)一般不能移動(dòng)且放置在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的邊緣角落，消費(fèi)者需要穿越整個(gè)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)飲料后再返回，整個(gè)過(guò)程十分耗時(shí)且不便。本文設(shè)計(jì)了一款可以廣泛推廣應(yīng)用的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)設(shè)備——自動(dòng)售賣(mài)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(shí)別障礙物的第一紅外測(cè)距儀，上柜體上靠近主控制器的部位設(shè)置有用于識(shí)別購(gòu)買(mǎi)客戶(hù)的第二紅外測(cè)距儀，兩個(gè)紅外測(cè)距儀相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的巡航避障。本自動(dòng)售賣(mài)機(jī)器人能夠按照預(yù)先設(shè)定的運(yùn)動(dòng)路線(xiàn)移動(dòng)，且具有自動(dòng)避障、識(shí)別到購(gòu)買(mǎi)客戶(hù)時(shí)自動(dòng)停下的功能，提高了購(gòu)買(mǎi)便利性。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)場(chǎng)；自動(dòng)化；售賣(mài)機(jī)器人；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(wèn)世，原因在于其價(jià)格昂貴、技術(shù)較高端，難為大眾所接受，社會(huì)對(duì)其的研究質(zhì)疑之聲始終不絕于耳。根據(jù)一項(xiàng)調(diào)查表明，中國(guó)城市將近70%的籃球運(yùn)動(dòng)場(chǎng)或者足球運(yùn)動(dòng)場(chǎng)沒(méi)有販賣(mài)機(jī)。自助販賣(mài)機(jī)不需要店租，不需要導(dǎo)購(gòu)，不需要收銀員，節(jié)省人力成本，占地面積小，自動(dòng)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(gè)地方。使用運(yùn)動(dòng)場(chǎng)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(yùn)動(dòng)場(chǎng)能源站”這一設(shè)計(jì)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(jì)系統(tǒng)目標(biāo)與運(yùn)行環(huán)節(jié)

1.1?系統(tǒng)目標(biāo)

在傳統(tǒng)的自助販賣(mài)機(jī)上克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種便利性高的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)飲料自動(dòng)售賣(mài)機(jī)器人。且其可以在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)（籃球、乒乓球、羽毛球等球類(lèi)場(chǎng)所）投入運(yùn)用，并且有不錯(cuò)的效果。

1.2?運(yùn)行環(huán)境

場(chǎng)景環(huán)境：運(yùn)動(dòng)場(chǎng)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(shí)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(yùn)動(dòng)場(chǎng)飲料自動(dòng)售賣(mài)機(jī)器人，旨在提高消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)飲料的便利性。

1.4?背景技術(shù)

各大運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所如籃球、乒乓球、羽毛球等球類(lèi)場(chǎng)所占場(chǎng)地較大，傳統(tǒng)自動(dòng)販賣(mài)機(jī)一般不能移動(dòng)且放置在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的邊緣角落，消費(fèi)者需要穿越整個(gè)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)飲料后再返回，整個(gè)過(guò)程十分耗時(shí)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(cè)距傳感器、電機(jī)、差速驅(qū)動(dòng)輪、萬(wàn)向輪。

多層配送：多層置物架。

人機(jī)交互：LED觸控一體機(jī)。

語(yǔ)音音樂(lè)：一體機(jī)后揚(yáng)聲器。

數(shù)據(jù)保存：儲(chǔ)存主機(jī)。

自動(dòng)販賣(mài)：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(jì)

根據(jù)總體方案，我們?cè)O(shè)計(jì)了相關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其所展示的是“運(yùn)動(dòng)場(chǎng)能源補(bǔ)給機(jī)器人”的初步平面三視圖（外觀(guān)）。

根據(jù)設(shè)計(jì)構(gòu)想，我們通過(guò)Solidworks進(jìn)行了初步的機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)，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(jì)

2.2.1?智能導(dǎo)航系統(tǒng)

（1）控制器配合傳感器（紅外測(cè)距傳感器）導(dǎo)入機(jī)器人活動(dòng)范圍的環(huán)境地圖，設(shè)置運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)路線(xiàn)。

（2）設(shè)置充電點(diǎn)及備貨點(diǎn)以供機(jī)器人在快沒(méi)電時(shí)或貨品不足時(shí)，規(guī)劃路線(xiàn)抵達(dá)充電點(diǎn)充電或到備貨點(diǎn)補(bǔ)貨。

2.2.2?自主避障紅外測(cè)距傳感器

利用了三個(gè)紅外測(cè)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(hào)遇到障礙物的距離不同，反射強(qiáng)度也不同的原理，判斷障礙物遠(yuǎn)近以及時(shí)規(guī)避。

2.2.3?柜體設(shè)計(jì)

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(mén)、第二柜門(mén)依次圍合形成，第一柜門(mén)、第二柜門(mén)的頂部分別與旋轉(zhuǎn)中心的周圈滑動(dòng)配合，第一柜門(mén)、第二柜門(mén)的底部分別與底座的頂部滑動(dòng)配合，第一柜門(mén)與第二柜門(mén)之間通過(guò)電子鎖連接。該設(shè)計(jì)的工作原理為：主控制器在收到購(gòu)買(mǎi)指令后控制電子鎖解除鎖定，解鎖后第一柜門(mén)、第二柜門(mén)自動(dòng)朝半罩體兩側(cè)滑動(dòng)，客戶(hù)取出飲料托架上的飲料后柜門(mén)自動(dòng)收回且電子鎖鎖住，從而實(shí)現(xiàn)了飲料的自助購(gòu)買(mǎi)，如圖4所示：

2.2.4?多功能化拖物盤(pán)（防盜、智能檢測(cè)、提醒）

飲料托架還包括由上至下依次布置的多層飲料托盤(pán)，飲料托盤(pán)上均勻設(shè)置有多個(gè)飲料放置區(qū)，飲料放置區(qū)上設(shè)置有重力監(jiān)測(cè)儀。當(dāng)某一重力監(jiān)測(cè)儀的重力信號(hào)消失時(shí)，表示與其對(duì)應(yīng)的飲料放置區(qū)上的飲料被取走，主控制器通過(guò)監(jiān)測(cè)消失的重力信號(hào)數(shù)量計(jì)算出被取走的飲料數(shù)量，并在被取走的飲料數(shù)量與購(gòu)買(mǎi)指令中的飲料數(shù)量不對(duì)應(yīng)時(shí)發(fā)出報(bào)警提示，用于防盜以及提醒客戶(hù)及時(shí)取走飲料。

3?人機(jī)交互系統(tǒng)（自動(dòng)售賣(mài)、推文廣告、語(yǔ)音音樂(lè)）

3.1?自動(dòng)販賣(mài)原理

該系統(tǒng)采用GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jì)出了適應(yīng)于自動(dòng)售貨機(jī)的GPRS無(wú)線(xiàn)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(dòng)售賣(mài)機(jī)器人資源得到最大利用。學(xué)生們有需要時(shí)使用微信、支付寶等方式支付更加便捷。

3.3?語(yǔ)音音樂(lè)

觸屏顯示器內(nèi)置揚(yáng)聲器實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)、音樂(lè)，以及警報(bào)系統(tǒng)。

4?機(jī)器人設(shè)計(jì)系統(tǒng)目標(biāo)與運(yùn)行環(huán)節(jié)

4.1?移動(dòng)

所述行走機(jī)構(gòu)包括內(nèi)殼體、①兩個(gè)萬(wàn)向輪（前兩輪）、兩個(gè)電機(jī)、②兩個(gè)差速驅(qū)動(dòng)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(cè)距儀和第二紅外測(cè)距儀均有識(shí)別信號(hào)時(shí)控制兩個(gè)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(gè)電機(jī)提供動(dòng)力的蓄電池。

4.2?蓄電池

在續(xù)航系統(tǒng)上，“運(yùn)動(dòng)場(chǎng)能源補(bǔ)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(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、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(shí)施步驟分析

5.1?用戶(hù)角度操作機(jī)器人

要實(shí)現(xiàn)自主收銀（功能類(lèi)似于自助販賣(mài)機(jī)），擬通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)。

第一步：點(diǎn)擊顯示器中的買(mǎi)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(kāi)倉(cāng)門(mén)，客戶(hù)自主選擇需要的商品。

第三步：選擇結(jié)束后關(guān)閉倉(cāng)門(mén)，系統(tǒng)識(shí)別客戶(hù)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(tái)的免密支付，完成支付交易。

5.2?機(jī)器人實(shí)施步驟圖

結(jié)語(yǔ)

本實(shí)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(yùn)動(dòng)場(chǎng)飲料自動(dòng)售賣(mài)機(jī)器人，可以提高消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)飲料的便利性。大運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所如籃球、乒乓球、羽毛球等球類(lèi)場(chǎng)所占場(chǎng)地較大。相較于傳統(tǒng)自動(dòng)販賣(mài)機(jī)一般不能移動(dòng)且放置在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的邊緣角落的弊端，本實(shí)用新型的便利性顯而易見(jiàn)，實(shí)用性和推廣價(jià)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(dòng)售貨終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.微計(jì)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(jì)劃，項(xiàng)目名稱(chēng)：基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的球場(chǎng)能源站（項(xiàng)目編號(hào)：202211654121）

作者簡(jiǎn)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(mèng)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。