基于单片机的送餐机器人设计

　　社会的高速发展对服务业的要求也越来越高，尤其表现在餐饮行业。设计一种以STC89C52单片机为核心的送餐机器人。送餐机器人主要由自主行进的机器人和餐盘组成。控制系统作为送餐机器人的核心，由主控模块、超声波测距模块、红外循迹模块等部分组成，送餐机器人可按照设定路径行进并规避避障，将餐品送到指定地点。送餐机器人市场广阔，适应能力强，具有很高的实用价值。

　　随着时代的飞速发展，社会的不断进步，许多问题也展现在我们面前。人口老龄化严重的问题很大程度限制了劳动力的发展，同时由于人们生活水平的不断提高，劳动力的价格也逐步上涨，寻找替代劳动力的方法成为热点话题。设计一款可以自主的移动送餐机器人，机器人利用红外传感器巡线进行自主行进，利用超声波测距传感器规避障碍物。在当前疫情背景下，使用机器人在餐厅中替代服务员对顾客进行服务，不仅减少了因疫情而带来的安全隐患，同时也为顾客带来了全新的用餐体验。利用机器人在节约劳动力成本的同时还满足人们对生活智能化的需求。

　　1.系统总体方案设计

　　本次设计的送餐机器人，它的外形设计不再是像其他设计的人形设计，而是一个矮小灵活的柱状机器人，方便清理和维修。送餐机器人的上部分是一个可以承装三到四个菜品的箱子，下部分通过一个小车相互连接，送餐机器人利用下半部分的小车来进行移动。当开始供电时，下半部分的小车开始工作，带动整个机器人开始送餐。一个送餐机器人可同时为多个顾客运送多个菜品，如果餐品过多的时候，也可打开机器人的身体内部，用以运送菜品。由于惯性的作用，只要小车速度合适，那么不管是其内部还是外部的餐品都可保证平整安全地送到每个顾客的餐桌上。机器人设计新颖，外形干净整洁，运行平稳，维修方便。

　　2.硬件电路设计

　　设计的送餐机器人需要保证，在餐厅内，需要提前设计好机器人所行走的路径，并保证餐厅内有充足的光线，使机器人能够检测到路径。餐厅内，利用黑色的不反光材料设计送餐机器人的行走路径，如此设计机器人便可以通过对室内的光线明暗检测，来进行送餐服务，最后将餐品送到指定位置。传感器需要能在光线充足的餐厅内，对地面进行检测，对地面的明亮程度，找到合适的送餐路径，单片机对传感器的信号进行处理，并判断机器人是否偏离规划的路径，偏离的程度有多少。

　　以此保证送餐机器人可以稳定地将餐品送到目的地，同时，机器人也有很好的原路返回能力，这就保证了机器人可以很快送下一次餐品。由于送餐机器人的行走路径已经提前规划出来，那么就可以通过路径的信息来控制送餐机器人送餐的速度，这就无须时时刻刻的检测送餐机器人的送餐状态，节省了很多复杂的速度检测过程，并且对送餐机器人的平稳运行有了很好的保障。

　　2.1单片机模块

　　本次设计的主控芯片采用的是低电压、高效率的STC89C52单片机芯片，可编程闪存，处理速度较其他单片机也是相对较快的，3个16位定时器、计数器可以实现多程序的同时运行，MAX810复位电路，32位I/O线使它具有更大的功能拓展空间，看门狗定时器和512字节RAM可以编写更多、更复杂的程序。

　　2.2传感器模块本次设计采用的传感器模块是超声波传感器，此超声波传感器可以发出高于20KHz的声波，如果在送餐过程中，需要传感器发出一系列的动作，则需要超声波接收器配合接收发出的超声波来进行实现所需的功能。传感器的接收器和发射装置是它实现功能的两大核心，根据它产生超声波的方式，超声波传感器可以分为两类：机械式超声波传感器和电气式超声波传感器，目前市面上我们经常用到的是压电式超声波传感器。

　　2.3电机驱动模块本次设计送餐机器人的电机驱动模块是由直流减速电机来实现的，它的优点是，便于实现电机的安装、便于反复的安装拆卸、体型相对灵巧，重量适中，安装于机器人时，大大减小了机器人的负载，用来作为驱动电机十分合适。直流电机的电机转矩大，能够轻松带动机器人的行动，同时其灵巧的体积也为后来安装其他元件节省了很多的空间。

　　2.4红外循迹模块送餐机器人的红外传感器寻迹的原理，主要是通过红外线检测装置，去探寻路面上的明暗变化，由于路径是由黑色的不反光材料设置的特殊材料，相较于没有设置路径，设置路径的位置光线更暗。

　　当启动机器人，机器人开始自动送餐时，机器人通过传感器不断地向外发出红外光线，来检测地面的明暗情况，当红外光线照在没有设置路径的位置时，此时地面发生漫反射，红外光线被分散开;当红外光线照射在黑色的路径上时，由于黑色材料吸收所有光线，所以没有反射回来的红外光线，传感器也就无法检测返回的光线。所以，我们利用光线照在路径于非路径上的差异，用于送餐机器人检测路径，从而实现送餐机器人的红外循迹功能，达到自动送餐的目的。

　　2.5电源模块

　　当送餐机器人开始工作时，它的工作电压不得小于12V，送餐机器人的供电模块由220V的市电电压提供，经过送餐机器人的整流系统，将其转化为±25V的交流电压，±25V的交流电压经过三端稳压器输出±12V的电压，之后的+12伏电压再经过一次得到+8伏电压，-12V的电压经过三端稳压器，然后作为系统的电源工作。具体是将电磁铁的两端连接到单片机系统的8引脚上，同时，通过一根金属电线将机器人的电机驱动模块的端口4连接在单片机系统的P10端口上。

　　当送餐机器人启动电源，并开始进行工作时，电磁铁上有电流经过，电机开始被驱动，当送餐机器人到达目的地时，软件程序开始指挥单片机工作，单片机的P10端口产生低电平信号，同时，电机驱动模块开始运作，随后，电源停止向电磁铁输出电流，电磁铁的磁性消失，以此来进行对机器人的控制。

　　3.应用程序设计

　　通过硬件的设计方案，来进行软件的编写设计。为实现送餐机器人的所有功能，本设计采用汇编语言设计程序，对各个模块的程序进行编写，以实现送餐机器人的全部功能。编写软件包含主程序的设计、红外循迹子程序的设计、中断子程序、延时子程序、定位子程序。定位子程序是通过超声波传感器来进行的，子程序调用后，再进入延时子程序，实现对机器人自身位置的探测和对障碍的规避。送餐机器人整体通过PWM来控制直流减速电机的转动。

　　PWM的脉宽调制，电压输出是通过改变脉冲宽度实现的，通过改变交流电的周期，进行对电机的控制调节，最终实现单片机对电机的控制。在机器人的设计过程中，会提前设计一个送餐机器人的距离阈值，当传感器检测距离小于或等于这个距离时，机器人停止运动，当机器人检测距离大于这个阈值距离时，机器人正常送餐。

　　当送餐机器人开始工作后，超声波传感器持续的发出和接收超声波用来确定自身的位置，如果单片机发现送餐机器人要偏离指定的路线，便会发出调节自身位置的指令，指令传达给由其控制的直流调速电机，来控制电机的转动运行情况。当送餐机器人运动到指定位置时，取出菜品，然后通过红外寻迹模块，原路返回。回到指定位置后，等待下一次的菜品运送。由于单片机无时无刻地控制电机转动速度，所以不会出现转动过快导致菜品撒出的情况。

　　3.1超声波定位子程序

　　超声波定位子程序用于定位送餐机器人的位置，先设置一个防止出现事故的初始安全距离，当超声波传感器检测的距离小于等于这个距离时，机器人停止送餐，防止餐品发生意外。

　　3.2红外循迹子程序

　　红外循迹子程序用来检测送餐机器人行走的路径，当机器人偏离距离时，重新规划路线，保证机器人始终在路径上进行送餐。

　　机器人设计论文：基于单片机的光伏追日系统设计

　　4.结束语

　　本次设计的送餐机器人可应用于广泛的餐厅室内，送餐机器人对室内的路径进行检测，可以很好地对餐品进行配送，可以很好地节省劳动力，以达到智能自动化送餐的目的。设计的送餐机器人通过理论方面的构建，然后再进行总体的系统分析设计，最终实现对送餐机器人的设计。单片机系统也成功实现了自动化送餐、障碍检测、路径识别、红外寻迹等功能。

　　通过对我国智能机器人市场的调查，智能机器人有良好的市场。本文设计的智能餐厅助餐机器人具有广阔的市场前景以及重要的研究意义，符合当今人们对于生活智能化的要求，也满足了人们对服务质量的需求，同时可节省餐厅雇佣劳动力的成本开支。

　　设计者：倪学礼胡立夫王学言曹吉宇田静霏