一种迎宾机器人的研制

1、一种迎宾机器人的研制引言在我国的许多宾馆、商场、饭店等地点，都需要“效劳员 迎接宾客， 采用迎宾机器人取代效劳人员既节约了人力， 更重要是 能够吸引顾客并普及科普知识。 由于市面上销售的迎宾机器人 电路设 计复杂，生产本钱高， 而且现有的迎宾机器人大多只能说 一句简单 的“欢送光临，甚至还经常出现误播迎送辞等现象， 以上问题会给 商家带来困扰，导致迎宾机器人实际推广难度大。 迎宾机器人是融机 械工程技术、计算机技术、电子技术、传感技 术和智能控制技术等于 一体的机电一体化系统。 作为效劳业使用 的机器人，要求效劳质量高， 使用平安，跟重要的是对用户具有 使用价值。1. 迎宾机器人根本功能 迎宾

2、机器人应具有的根本功能是有礼貌的 迎送宾客， 同时还能感知到客人的的光临或离开。为此，根据需要， 设计的迎宾机 器人具有面部表情及真人语音播放。采用 LED 显示屏， 配合各个场景、动作做出不同的面部表情和字体语言， 并播放迎 送语音实 现人机互动。通过传感技术，可以感知客人进入或离开，以使迎 送不 失礼节。腰部和大、小臂的运动采用伺服电机和舵机为动力，驱动各机构实现鞠躬和摆臂等迎送动作，与客人进行良好的互 动。2. 迎宾机器人的机械结构 迎宾机器人的整体结构如图 1 所示。 设计的机器人身高为1400mm 头部高度为 1860mm 颈部为 93mm 躯干的高度 558mm 肩宽400mn ，

3、手臂的整长为 460mm 大臂为 260mm 小臂为 200mm2.1 鞠躬机构 迎宾机器人头部和腰部的运动采用机构创新组合原 理获得 的并联组合的双曲柄摇杆机构实现， 一个动力驱动两个曲柄 摇 杆机构的曲柄，如图 2 所示。运动时头部、腰部同时产生一个 15 度摆转运动。该迎宾机器人的机构用一个双输出轴电机转动 将两个机 构动作联动， 省去了一个电机， 实现了一个电机完成了 两个功能动 作的行程和回程要求。2.2 手臂机构迎宾机器人的手臂有三个动作状态， 包括：手掌放在小腹前、 招 手和引导顾客进出。 每个手臂设有四个自由度， 两个手臂协同 完成 这三个动作。其中，每个手臂的肩部有两个自由度

4、，肘部有 两个自由 度。 肩部安装一个呈直角布置的电机 4 带动转盘控制手 臂的内外摆 动， 安装一个直流电机驱动大臂前后摆动。 电机轴在 机架上箍紧， 相 对运动方式弥补了安装的问题。 肘部的相对运动 与其相似， 但驱动 电机选用的是舵机。 机械手臂采用的是夹板式 外部框架，手臂框架周 向尺寸相对较小。3. 迎宾机器人的控制系统3.1 机器人控制系统迎宾机器人采用基于 89C52 单片机为核心的控制系统，如图3 所示。首先进行迎宾机器人的动作规划，每个动作相应的关节 轨迹 及鞠躬都是通过单片机编程控制电机， 并按预先确定的关节 轨迹，完 成各种功能动作。控制系统由外部输入、并口扩展、电 机驱

5、动、 电位 器位置反应检测等单元电路构成。 单片机接受由外 部输入传来的控制 命令，由单片机进行反应对相应电机进行控 制，完成命令规定的动作。 关节位置由连接在关节轴上的编码器 取得， 经放大电路送入单片机 AD 转换接口，作为电机控制反应 信号。计算出来并存储， 运动时无需动态计算运动轨迹机器人大、 小臂3.2 人体检测模块迎宾机器人配有施多德光电开关红外线传感器 G35 以及人 体红外感应传感器， 利用两种传感器检测前方人的存在， 以及人 们 的行进方向。由于 G35 红外开关仅能够检测短距离内的物体， 但无法 判断是否为人体， 机器人中的人体红外传感器模块那么通过 感应人体红 外辐射检测

6、出人体。二者结合较好的解决了该问题。3.3 语音播放模块语音播放模块为 SYN6288 免 ？语音合成 TTS 语音合成模块， 主 要包括： 1 配置标准 3.5mm 标准音频接口， 可接插音响、 功放设 备， 设置有喇叭接口。输入汉字采用真人发音，2传输方面配置变压器和选择不同波特率的输入反应装 即可合成对应的音频， 通过音频输出接口输出声音， 添加背景音乐功能，多种系统声音。3 LED 显示屏模块安装有可显示脸部表情的 LED 点阵屏。 检 测到不同的人流情况，做出适宜的表情。 LED 点阵屏的大小为 120X 120mm 显示出：微笑、眨眼、嘴巴张合等表情。( 4) 限位保护采用霍尔传感

7、器：在每个机械结构的极限位 置上 安装有一块磁铁， 机构构件运动到该位置时， 霍尔传感器检 测到磁 铁。 Stm32 控制芯片接收各个霍尔传感器返回的信息，确定了当前这个机械结构的运动位置， 做出标志结构的运动极限位 置，和上电初始 位置等的特定处理。3.4 电机驱动装置迎宾机器人共采用 9 个电机作为动力源， 其中包括五个直流 无 刷伺服电机和四个舵机组成，控制灵活简单，关节运动精确。 其中五个直流无刷伺服电机由 89C52 单片机作为核心芯片控制， 通过 73LS373 地址锁存器进行锁存，再通过 W27C512 芯片存储数 据连接 8255 芯片作为电机驱动的拓展芯片，其中五个直流无刷 伺服电机用到 10 个 I/O 口分别