智能打飯機(jī)器人

1、智能打飯機(jī)器人設(shè)計(jì)（胡偉健，信息學(xué)院11級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)4班，201130740407）摘要：作為學(xué)生，在飯?zhí)美锎蝻埶究找姂T，但打飯時(shí)總會(huì)遇到這么些麻煩，如打的飯不均，工 作人員失誤多打了錢，打飯時(shí)速度很慢，工作人員態(tài)度不好，排了很久卻被告知沒飯菜了 面對(duì)這么多問(wèn)題，智能打飯機(jī)器人都能幫你解決。試想，如果在食堂里出現(xiàn)了這么一款能交 流的機(jī)器人，那么將會(huì)是怎樣的一番景象呢？面對(duì)這樣熱情為你服務(wù)的機(jī)器人，你自然會(huì)倍 感溫馨。而且這不僅解決了勞動(dòng)力問(wèn)題，也將使得食堂變得更加有趣。關(guān)鍵字：智能、紅外線、識(shí)別系統(tǒng)、機(jī)械手引言：現(xiàn)今社會(huì)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國(guó)人的生活水平不斷提升，但同時(shí)不可忽視的是

2、 中國(guó)的人力成本也在不斷上升，勞動(dòng)成本上升的問(wèn)題的確是對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的一個(gè)巨大考驗(yàn)，但 也正因?yàn)槿绱?，機(jī)械由于具有工作時(shí)間長(zhǎng)、工作效率高、可靠性強(qiáng)等諸多特點(diǎn)，正越來(lái)越受 到重視。更重要的是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，其所需成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人力資本，且在工作過(guò)程中不會(huì)出 現(xiàn)任何的糾紛問(wèn)題，大大受到企業(yè)家的青睞。在這樣一個(gè)大的背景下，大學(xué)里的智能打飯機(jī)器人就有了廣闊的發(fā)展前景，它不僅能解 決校園里食堂高昂的雇人成本，而且大大提高了效率。另外，它還能真正做到公平對(duì)待，能 非常有禮貌地對(duì)待它的每一個(gè)客人。更重要的一點(diǎn)，它絕對(duì)衛(wèi)生可靠，再加上情趣的外觀設(shè) 計(jì)，誘惑潛力將非常巨大。因此，智能打飯機(jī)器人的設(shè)計(jì)不失為一次難得的機(jī)遇

3、。總體原理：該智能打飯機(jī)器人采用高靈敏度紅外線感應(yīng)裝置，加上微型智能分析系統(tǒng)，能準(zhǔn)確識(shí)別 聲音信息及快速對(duì)上千種手勢(shì)做出反應(yīng)，里面內(nèi)置的智能系統(tǒng)使得此機(jī)器人也有簡(jiǎn)單的交流 能力；手臂動(dòng)力利用液壓驅(qū)動(dòng)，不僅速度快，而且精度相當(dāng)高，節(jié)點(diǎn)采用特殊滾輪結(jié)構(gòu)，靈 活度非常高，能自由旋轉(zhuǎn)；滑板利用類似磁懸浮列車原理，摩擦很小，速度極快；機(jī)身本身 攜帶小型滅菌器，利用高溫對(duì)細(xì)菌的殺傷作用，保證廚具衛(wèi)生干凈。下圖為機(jī)器人的簡(jiǎn)化示 意圖。智能主丁坂機(jī)器人簡(jiǎn)單示意囹功能介紹：該智能打飯機(jī)器人能智能識(shí)別手勢(shì)，對(duì)客人的手勢(shì)（在指定范圍內(nèi)）快速做出反應(yīng)，還 支持語(yǔ)音識(shí)別，對(duì)于客人的問(wèn)題禮貌且幽默回應(yīng)；打完飯自動(dòng)計(jì)算價(jià)格

4、，提示客人付錢；檢 測(cè)到飯菜即將用完以及根據(jù)排隊(duì)隊(duì)伍的人數(shù)，則會(huì)提示廚房的師傅制作飯菜的分量，最大限 度保證飯菜的合理利用，減少浪費(fèi)；機(jī)身自帶的滅菌器時(shí)刻工作，保證環(huán)境的干凈整潔以及 食品的安全無(wú)菌。功能實(shí)現(xiàn)：1、紅外線裝置紅外線具有反射，折射，散射、干涉、吸收等特性，任何物質(zhì)， 只要他本身具有一定的溫度（高于絕對(duì)零度），都能輻射紅外 線，利用這個(gè)原理制成的紅外線傳感器將測(cè)量到的手勢(shì)信息及 其他有用信息輸送給機(jī)器人的大腦一一智能分析系統(tǒng)，由系統(tǒng) 分析處理做出下一步指示。此傳感器精度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，重復(fù)性好，抗干擾能力強(qiáng)，質(zhì)量 輕，與智能分析系統(tǒng)相輔相承。右圖為紅外線裝置引用圖。2、 智能分析系統(tǒng)

5、（包括語(yǔ)音接收與播放，手勢(shì)掃描識(shí)別） 微型智能系統(tǒng)簡(jiǎn)易圖此微型系統(tǒng)乃是整個(gè)機(jī)器人的最核心部分， 擔(dān)任著語(yǔ)音識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別、智能控制等多 種功能，其內(nèi)部采用最先進(jìn)的語(yǔ)音識(shí)別系 統(tǒng)，能對(duì)聲音進(jìn)行判斷并做出恰當(dāng)反應(yīng)；手 勢(shì)識(shí)別利用模型參數(shù)空間的軌跡或點(diǎn)分類 到該空間里某個(gè)子集的過(guò)程，對(duì)各種手勢(shì)與 系統(tǒng)中的手勢(shì)庫(kù)進(jìn)行手勢(shì)數(shù)據(jù)匹配，對(duì)手勢(shì) 做出精準(zhǔn)的判斷。而手勢(shì)識(shí)別技術(shù)綜合采用 模板匹配法的簡(jiǎn)單、利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原 理，再汲取比較流行隱馬爾可夫模型，使得微型智能系統(tǒng)簡(jiǎn)易圖手勢(shì)識(shí)別更加高效快捷；根據(jù)對(duì)剩余飯菜量 及排隊(duì)人數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，高速處理后將結(jié)論 轉(zhuǎn)化為聲音信息傳遞給廚房師傅。（概念引用：模板匹配法

6、是一種最簡(jiǎn)單的識(shí)別技術(shù)，它將輸入手勢(shì)的特征點(diǎn)與各種 標(biāo)準(zhǔn)手勢(shì)的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，通過(guò)測(cè)量?jī)烧咧g的相似度來(lái)完成識(shí)別的任務(wù)；人 工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)把大量的簡(jiǎn)單處理單元即神經(jīng)元廣泛地連接起來(lái)構(gòu)成一種復(fù)雜 的信息處理網(wǎng)絡(luò)；隱馬爾可夫模型已成地用于連續(xù)的語(yǔ)音識(shí)別、手寫體識(shí)別等領(lǐng)域， 是目前動(dòng)態(tài)識(shí)別領(lǐng)域的主流方法，用HMM來(lái)模型化手勢(shì)語(yǔ)的語(yǔ)形，使得處理手勢(shì) 行為的高度隨機(jī)性成為可能。）3、機(jī)械手機(jī)械手主要由起固定支撐作用的機(jī)架、機(jī)械臂和爪三部分組成。驅(qū)動(dòng)第一肩關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng) 有2根肌肉（形象化稱謂，實(shí)為可伸縮的機(jī)械鋼臂，下同）組成，機(jī)架臂有4根肌肉組成， 大臂上安裝有4根肌肉，小臂上安裝有4根肌肉。機(jī)械手能夠?qū)?/p>

7、現(xiàn)4個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，其各 自的自由度的驅(qū)動(dòng)全部由肌肉來(lái)實(shí)現(xiàn)。最前端的爪抓取物品（此處為抓取勺子），通過(guò)驅(qū)動(dòng) 實(shí)現(xiàn)各自關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使手臂能在空間上靈活自由運(yùn)動(dòng)，根據(jù)合理的控制，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)械手 打飯的動(dòng)作要求。m節(jié)點(diǎn)砌，可自由層豚（與骨 板眄）機(jī)f戒臂簡(jiǎn)單示意圖m節(jié)點(diǎn)砌，可自由層豚（與骨 板眄）機(jī)f戒臂簡(jiǎn)單示意圖4、液壓驅(qū)動(dòng)氣體雖然便捷，但由于分子間距離過(guò)大，容易被壓縮，造成精度不高，而液體具有 難以被擠壓的特性，利用此特性能實(shí)現(xiàn)打飯時(shí)對(duì)機(jī)械臂的精準(zhǔn)控制。液壓驅(qū)動(dòng)主要 用于機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)，其原理圖如下活塞活塞肝進(jìn)油液壓缸簡(jiǎn)單原理示意圖5、電源部分機(jī)器的有效穩(wěn)定高效除與自身的良好設(shè)計(jì)有關(guān)外，采用一個(gè)好

8、的電源也是非常重要的， 它是機(jī)器能完成所有工作的前提和保證。因此，此機(jī)器的電源采用多核DH6電源，具 有靜音效果，減少噪聲，可靠安全，可以保證電源穩(wěn)定運(yùn)行。6、滑槽部分由于飯菜占地多而機(jī)械臂又有范圍限制，故為保證其打飯功能，特別/ /設(shè)計(jì)此滑槽?；劭谂c機(jī)械臂底腳相/嵌合，槽內(nèi)經(jīng)過(guò)特殊打磨處理，且凹/ / / /槽帶有磁性，能最大限度減少摩擦阻4/57凹槽力，使其滑動(dòng)時(shí)更順暢，更快捷。燼%7、除菌裝置除菌原理：把少量的水加到吸塵器的刷頭中，通過(guò)刷頭內(nèi)的加熱器將其加熱產(chǎn)生蒸汽， 利用蒸汽的高溫來(lái)進(jìn)行除菌，可以更容易清除油漬咖啡漬等頑固的污漬，而且刷頭附一塊抹 布，可以邊吸邊擦，一次完成清潔過(guò)程。

9、這樣的蒸汽除菌器對(duì)于食品的衛(wèi)生方面非常符合要求，可以大量運(yùn)用在機(jī)身上，保證環(huán)境衛(wèi) 生。8、結(jié)構(gòu)材質(zhì)為了保證整款機(jī)器人的靈活度，機(jī)器人的材質(zhì)必須是堅(jiān)硬且輕質(zhì)的，同時(shí)，為符合衛(wèi)生 標(biāo)準(zhǔn)，也必須采用安全無(wú)毒材料。為此，此款打飯機(jī)器人全體將采用安全無(wú)毒的新型有 機(jī)材料搭配輕質(zhì)剛性環(huán)保材質(zhì)，既美觀又無(wú)污染。系統(tǒng)性能分析：此款智能打飯機(jī)器人通過(guò)采用高端技術(shù)裝置加上簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在簡(jiǎn)化整體結(jié)構(gòu)的同 時(shí)實(shí)現(xiàn)了諸多功能，而且簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)更易于拆卸與維修，大大提高了產(chǎn)品的可造性。紅外線， 液壓驅(qū)動(dòng)，蒸汽除菌，微型智能系統(tǒng)，安全材料的完美結(jié)合，在滿足多項(xiàng)功能時(shí)也使整個(gè)產(chǎn) 品變得輕巧，高效，真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人干預(yù)下的全自動(dòng)

10、，全智能的工作方式。在高速手勢(shì)識(shí)別下， 由于手臂特殊的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了零半徑的轉(zhuǎn)彎，使得手臂變得靈活自如，服務(wù)更加快 捷。此款智能打飯機(jī)器人總體上性能高效，設(shè)計(jì)合理，特點(diǎn)突出，雖只有一只機(jī)械手，但其 智能的分析系統(tǒng)使其有了與人交流的能力，完全符合機(jī)器人的概念。運(yùn)用前景分析：一款產(chǎn)品的發(fā)展前景如何，取絕對(duì)因素的往往是產(chǎn)品的功用及需求。在現(xiàn)今人力成本不 斷上升的時(shí)代，用機(jī)械代替人工的方法顯現(xiàn)出絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，它在降低投入獲得高收益方面非 常誘人，因此其潛在需求量非常大。此打飯機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)：1、在中國(guó)大力發(fā)展教育，學(xué)校不斷增多的情況下，打飯機(jī)器人的應(yīng)用市場(chǎng)的廣闊 便不言自明；2、現(xiàn)今人們更注重衛(wèi)生，而打飯機(jī)器人能滿足這一點(diǎn)；3、機(jī)器人為人打飯具有足夠的吸引力；4、打飯機(jī)器人能說(shuō)會(huì)道，且禮貌幽默，永遠(yuǎn)不會(huì)向客人抱怨；5、機(jī)器人打飯絕對(duì)保證公平，不會(huì)出現(xiàn)分配不均而遭到非議的現(xiàn)象。結(jié)論：智能機(jī)器人的廣泛運(yùn)用跟它的制作難度是有一定關(guān)系的，但通過(guò)合理的設(shè)計(jì)以及巧妙 的運(yùn)用，其前景是非常美好的，但限于本人能力，對(duì)打飯機(jī)器人只是做了初步設(shè)計(jì)，當(dāng)中定 有許多不完善之處，而且這樣的機(jī)器人造價(jià)蠻高，推廣還需一定時(shí)間；打飯機(jī)器人雖不起眼， 但其確實(shí)有存在的價(jià)值，加上更多有趣的功用，實(shí)不失為一種更加有效緩解人們排隊(duì)打飯時(shí) 煩躁的有利工具；另外，一款設(shè)計(jì)并不是構(gòu)件的簡(jiǎn)單疊加，而是要