智能四輪驅動送餐車的制作方法

本發明屬于自動化控制技術領域，具體講就是涉及一種智能四輪驅動送餐車。

背景技術：

隨著自動化技術的發展，智能機器人在各種服務領域的應用開始引起廣泛的關注，尤其在當前人口老齡化、勞動力短缺的背景下，在勞動密集型的餐飲行業采用機器人技術具有很大的市場需求，送餐機器人不僅是讓就餐者體驗先進的機器人技術，更重要的是可以替代服務員，解決餐飲行業服務員的缺口。

現有的送餐機器人多采用仿人外形，沿固定軌道實現送餐服務，這種送餐機器人的靈活性和智能型不高，實用性不強。中國專利201510973459.4公開了一種送餐機器人控制系統及其運動軌跡控制方法，它包括控制板，所述控制板通過串口與帶有里程計算功能的電機驅動器連接，電機驅動器能夠驅動機器人的左輪電機和右輪電機，所述控制板連接有超寬帶定位系統、姿態傳感器和紅外和超聲波模塊；本發明具有精度高、穩定性好、性價比高的優點。其不需要鋪設導航軌道，可以實現按預設的路徑自主行走，當餐廳布局改變時，該方法不要施工，只需要在軟件中修改預設軌跡即可工。該送餐機器人采用超寬帶和里程計融合的定位技術送餐機器人，可以實現無軌送餐，靈活性有了很大提高，且不改變餐廳現有的裝修。但這種仿人外形的送餐機器人載重量有限，運行穩定性不太好，對于同時需要送多個餐盤或者收盤等場合不太適用。

中國專利201610536696.9公開一種智能送餐車控制系統，控制系統包括控制功能組、驅動功能組、傳感功能組、無線功能組、顯示操作功能組；一種含有上述控制系統的智能送餐車，包括車身、底架，所述車身中間設有菜品放置區，車身的兩側各設有一個廣告展示區，在車身的上方固定有人機控制臺；在底架和車身的連接處安裝有激光傳感器和超聲波傳感器，在底架的下方安裝有萬向輪和驅動輪。該發明通過控制系統和智能送餐車的結合使用能夠實現多點送餐和餐盤回收功能，大大提高了智能送餐車的應用效率，可以有效幫助餐飲企業降低人工成本，采用slam激光導航算法實現了無軌導航技術，智能送餐車的結構典雅大氣，增加了餐飲企業的品味和層次，但是該中送餐車利用激光傳感器和超聲波傳感器需要現在行進路線上設置路線標識增加了導航的復雜性，減小了導航系統的適應性。

技術實現要素：

本發明的目的就是針對上述現有的送餐機器人存在的運行不穩定在狹窄范圍內需要多次變道行進或者需要增加導航標識的技術缺陷，提供一種智能四輪驅動送餐車,利用視覺導航算法與超寬帶定位算法相結合來選定控制其行走送餐路線，遇到狹窄的直角彎或復雜路線時，直接通過自身的融合算法，餐車能夠在0°到180°范圍內實現“漂移”，實現送餐車的自動行進，高效完成送餐任務。

技術方案

為了實現上述技術目的，本發明設計的一種餐廳用四輪獨立驅動智能送餐車，其特征在于，該送餐車采用四輪獨立驅動和獨立轉向，由四輪驅動平臺、定位導航模塊、避障模塊、語音交互模塊、控制模塊和人機接口模塊組成。

四輪驅動平臺包括輪轂電機、步進電機、電位器、車架、軸承系統、電箱、u形減震叉。其中，電箱的特征在于它包含上述模塊以及電池模塊。u形減震叉的特征在于減震器下端直接套接輪轂電機，上端焊接在轉向橫臂上，減少連接的自由度，增加車體的穩定性。

定位導航模塊，其特征在于采用超寬帶定位技術與視覺導航相結合的方式。其中，所述超寬帶定位包括參考節點、餐車上的移動節點和定位引擎服務器，參考節點和餐車上的移動節點之間通過超寬帶通信，服務器和餐車上的移動節點之間通過無線數據傳方式傳輸數據，服務器通過無線數據傳方式接收主制板上傳的位置信息。所述視覺導航，其特征在于使用價比較高的kinect視覺傳感器采集視頻數據，使用特征提取算法提取出當前一幀圖像當中的特征點，同樣提取出下一幀圖像當中的特征點，將前后兩幀的圖像進行特征匹配，估計特征點的偏移量。

有益效果

本發明提供的智能四輪驅動送餐車控制方法，具有運行靈活、穩定，載重量大，定位精度高，實用性強的優點，其不僅有別于有軌或無軌的仿人外形送餐機器人穩定性差、一次性送餐量小、控制方式單一等缺陷，而且本發明設計的語音輔助系統，能夠增強顧客的體驗感、增加互動性。

附圖說明

附圖1是本發明中送餐車的產品圖。

附圖2是本發明中四輪驅動平臺的結構示意圖。

附圖3是本發明中四輪驅動平臺內部結構連接關系示意圖。

附圖4是本發明中送餐車轉向控制速度關系示意圖。

附圖5是本發明中送餐車控制流程示意圖。

附圖6是本發明中算法流程示意圖。

具體實施方案

下面結合附圖和實施例，對本發明做詳細說明。

實施例

如附圖1～3所示，一種智能四輪驅動送餐車，它包括四輪驅動平臺1，工控機2固定在四輪驅動平臺1上方，工控機2上裝有支撐架3，支撐架3上裝有若干餐盤放置層4，其特征在于：支撐架3或餐盤放置層4外側裝有第一控制器5，攝像頭6和若干麥克風7；

所述四輪驅動平臺1包括車架101，電箱8裝在車架101的底板上，車架101裝在行走輪組9上，所述行走輪組9包括行走輪901，行走輪901連接執行驅動機構10，所述執行驅動機構10包括電機一10a，行走輪901裝在電機一10a上，所述電機一10a為輪轂電機,行走輪901的轉動軸連接減震器11的一端，減震器11的另一端通過軸承系統12與電機二13連接，所述電機二13為步進電機，電位器14裝在軸承系統12上；電位器14用于測量轉向角。

所述電箱8內裝有驅動控制系統801和定位/導航系統802,驅動控制系統801為執行驅動機構10提供控制和驅動，所述定位/導航系統802通過執行驅動機構10控制行走輪901運行軌跡。所述驅動控制系統801包括第一支路801a，第二支路801b，第三支路801c和第四支路801d，第一支路801a，第二支路801b，第三支路801c和第四支路801d之間通過can總線801e通信，第二支路801b通過串口通信連接wifi板801f，具體地，所述第三支路801c包括主控板801c01，繼電器801c02和電機一驅動器801c04，電機二13通過航空插頭連接電箱8，直流無刷電機控制器801c03連接繼電器801c02實現電機一10a的反轉功能。所述定位/導航系統802包括超寬帶定位系統802a,超寬帶定位系統802a的固定參考節點分別安放在餐車工作空間的四個角，移動節點安放在輪式餐車上。

如附圖4～6所示，上述的智能四輪驅動送餐車的控制方法，其特征在于，它包括以下幾個步驟：

(1)根據餐廳布局確定各餐桌的位置坐標和餐車移動軌跡的坐標區間,設置與餐車上移動節點對應的固定參考節點分別安放餐車工作的餐廳中。

(2)根據操作人員選定的目標桌位確定目的坐標，然后根據目的坐標選定行走路徑；

(3)啟動程序后pid算法根據電位器角度值，調整運動姿態后開始運動。

(4)執行定位算法得到即時位置坐標。具體步驟包括：

(a)啟用程序后首先判斷是否在起始范圍內，判斷后依次執行步驟(b)和步驟(c)；

(b)kinect攝像頭采集的視頻流，slam算法對圖像的特征點提取和匹配，采用計算機視覺的sift的特征，在工控機上求解餐車相對姿態評估。

(c)三邊定位，根據已知的三點位置坐標，計算餐車到三點的距離，再依據勾股定理計算餐車的位置信息。

(d)選定移動軌跡后，傳感器實時檢測餐車移動軌跡前方是否有障礙物，若存在障礙物餐車則停止運行，slam計算得到了一組匹配點后，計算兩個圖像間的轉換關系，其模型如下：

其中，r為kinect攝像頭的姿態，c為攝像頭的標定矩陣，r是動態值，c是攝像頭的固定值，xyz是kinect攝像頭的坐標系。取六組數據匹配點來計算上述模型，從而計算兩幀圖像間的差別，計算餐車的位移，依次計算大量圖像的上述信息，確定右前轉角。

(5)根據視覺成像判斷是否有障礙物，若無障礙物，則進入下一步,若存在障礙物，則slam算法視差運算、立體匹配，進而判斷障礙物兩側是否有通過的空間，若能通過，則回到上一步,若不能通過，則暫停運行并發出提示；發出提示的方法是選擇pc控制，或者控制餐車上的控制按鈕。其中，遇避障繞行的具體方法是步進電機13通過軸承系統12使4個行走輪組9均向左或右轉向90度，餐車行進至障礙物左側或右側的空間，餐車停止運行，步進電機13再通過軸承系統12恢復上述4個行走輪組990度的轉向，餐車繞過障礙物繼續執行送餐任務。

(6)判斷位置坐標是否在預定軌跡范圍內，如果在預定的軌跡范圍運行，則保持此姿態繼續行走，如果超出預定的軌跡范圍，則調整運行姿態。其中，餐車車輪的轉向與速度控制過程為：定義餐車前進方向的矢量速度為νin，餐車與前后輪中心線的夾角為αin，四個車輪的矢量速度分別為ν1、ν2、ν3和ν4，車輪與前后輪中心線的夾角分別為α1、α2、α3和α4；對餐車前進、左轉、原地旋轉三種運行情況做建模如下：

(a)當

v1＝v2＝v3＝v4＝vin

α1＝α2＝α3＝α4＝αin＝0°

餐車執行前進

(b)設定α1＝αin，v2＝vin；則：

α3＝-αin

ν4＝νin

餐車執行左轉

(c)設定α1＝αin，則：

α3＝-α1＝-αin

ν1＝ν2＝ν3＝ν4＝νin

餐車執行原地旋轉

其中，k為左右輪間距，l為前后輪間距，單位均為毫米。