作品方案設計書

1、作品方案設計書學院:項目名稱:項目負責人:黃前本指導教師:劉軍蘭州理工大學機電工程學院二0五年一月六日一、簡介：該項目是智能家具的一種。主要實現自動送遞茶飲、自動燒開水、 煮咖啡等功能，為人們的茶飲需求提供全方位的服務。當人們需要茶 飲時，只需要按下桌子或者手中的遙控按鈕，該機器人就會自主移動 到其身邊，然后用設計的機械手自行取杯子、倒水，并遞給飲用者， 當完成茶飲的送遞之后，再按下按鈕（或者開發(fā)語音系統(tǒng)，機器人與 人對話，通過話語提示機器人做出相應的反應）機器人便返回到原來 的位置。該機器人主要四大系統(tǒng)組成：茶飲系統(tǒng)、路徑規(guī)劃系統(tǒng)、機 械手系統(tǒng)和動力系統(tǒng)組成。茶飲系統(tǒng)是由茶葉投放裝置和冷水加

2、熱裝 置組成的。主要通過遙控裝置實現路徑的控制。通過機械手來取空紙 杯和泡好茶水的紙杯。動力系統(tǒng)，主要由步進電機組成，接受控制系 統(tǒng)發(fā)出的信號以及環(huán)境的要求，采取不同的路徑到達指定地點。該茶 飲機器人可以應用在許多場合，除了家庭之外，還可以將其應用在醫(yī) 院，它可以為病人送茶飲，它還可以應用到各大辦公室，為辦公人員 送遞茶飲，它還可以應用在快餐店、自助餐館等飯店，減少了服務員 的數量。本作品一旦問世，一定會給廣大人民帶來很大益處，不僅減 少了物力人力，從長遠的角度看來還可以節(jié)省財力，加快了人類智能 化發(fā)展的步伐。二、研究內容及方法：該機器人主要由四大系統(tǒng)組成，包括：茶飲系統(tǒng)、路徑規(guī)劃系 統(tǒng)、機械

3、手系統(tǒng)和動力系統(tǒng)。該機器人的茶飲系統(tǒng)主要分為水加熱系 統(tǒng)和茶葉裝置系統(tǒng)，即紙杯從茶葉裝置中裝好茶葉飲品后倒入加熱好 的熱水。同時內設有加熱器，以滿足人們對茶飲的溫度的要求。機器 人尋找目標的系統(tǒng)，主要是由單片機、傳感器、測距系統(tǒng)等組成，通 過控制電機轉動和停止，實現選擇路徑到達茶飲者身邊的功能。機械 手部分，由舵機組成手臂各關節(jié)，并由單片機控制舵機的轉向，從而 完成預期的各種功能。動力系統(tǒng)，主要由電機組成，接受控制系統(tǒng)發(fā) 出的信號以及環(huán)境的要求，采取不同的路徑到達指定地點。研究方法：三維模仿、制作工業(yè)制造及生產過程：產品的生產過程主要分為3個部分，一是市場需求調研，通過對 市場需求的分析，了解

4、最新的產品需求，為產品研發(fā)提供實踐依據。 二是產品研發(fā)及測試，為滿足市場需求而專門設計具有不同功能的服 務機器人。研發(fā)生產的初始樣機經過測試合格后，再進行產品優(yōu)化并 最終完成機械結構出圖和控制電路出圖以及軟件程序保存優(yōu)化。最后 將機械結構圖和控制電路圖分別交由材料成型廠和PCB板印刷廠進 行批量生產。三是產品生產及組裝并進行成品檢測，先將印刷好的 PCB板焊上設計的電子元件，再將機械零部件和電子產品進行組裝并 且在適當的時候將具有完整功能系統(tǒng)的電路板固定在其中，以此得到 完整的具有使用需求機器人。機器人組裝完成后要進行全方位的硬件 檢測和軟件測試。如果成品各方面檢測都合格即完成了一個產品生 產

5、。三、項目研究意義：智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、 智能家居系統(tǒng)設計方案安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將 家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管 理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環(huán)保節(jié) 能的居住環(huán)境。在智能家居環(huán)境中工作的家具大都具有自動化的特 點，其中機器人的應用較為廣泛。智能家居集成是利用綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技 術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設備集成。由于智 能家居采用的技術標準與協(xié)議的不同，大多數智能家居系統(tǒng)都采用綜 合布線方式，但少數系統(tǒng)可能并不采用綜合布線技術，如電力載波， 不

6、論哪一種情況，都一定有對應的網絡通信技術來完成所需的信號傳 輸任務，因此網絡通信技術是智能家居集成中關鍵的技術之一。安全 防范技術是智能家居系統(tǒng)中必不可少的技術，在小區(qū)及戶內可視對講、 家庭監(jiān)控、家庭防盜報警、與家庭有關的小區(qū)一卡通等領域都有廣泛 應用。自動控制技術是智能家居系統(tǒng)中必不可少的技術，廣泛應用在 智能家居控制中心。家居設備自動控制模塊中，對于家庭能源的科學 管理、家庭設備的日程管理都有十分重要的作用。音視頻技術是實現 家庭環(huán)境舒適性、藝術性的重要技術，體現在音視頻集中分配、背景 音樂、家庭影院等方面。又稱智能住宅。通俗地說，它是融合了自動 化控制系統(tǒng)、計算機網絡系統(tǒng)和網絡通訊技術于

7、一體的網絡化智能化 的家居控制系統(tǒng)。智能家居將讓用戶有更方便的手段來管理家庭設備， 比如，通過家觸摸屏、無線遙控器、電話、互聯(lián)網或者語音識別控制 家用設備，更可以執(zhí)行場景操作，使多個設備形成聯(lián)動；另一方面， 智能家居內的各種設備相互間可以通訊，不需要用戶指揮也能根據不 同的狀態(tài)互動運行，從而給用戶帶來最大程度的高效、便利、舒適與 安全。傳統(tǒng)意義上一般都認為智能家居是帶來生活品質的提升，其實物 聯(lián)網智慧家居正在改變這些觀點，最顯著的變化就是實用、方便、易 整合。每一個家庭中都存在的各種電器，不管是號稱智能的冰箱、空 調還是傳統(tǒng)的電燈、電視一直以來由于標準不一都是獨立工作的，從 系統(tǒng)的角度來看，他

8、們都是零碎的、混亂的、無序的，并不是一個有 機的、可組織的整體，作為家庭的主人面對這些雜亂無章的電器其消 耗的時間成本、管理成本、控制成本通常都是很高的并且是非必要的。 智能家居可以成為智能小區(qū)的一部分，也可以獨立安裝。中國人口眾 多，城市住宅也多選擇密集型的住宅小區(qū)方式，因此很多房地產商會 站在整個小區(qū)智能化的角度來看待家居的智能化，也就出現了一統(tǒng)天 下、無所不包的智能小區(qū)。歐美由于獨體別墅的居住模式流行，因此 住宅多散布城鎮(zhèn)周邊，沒有一個很集中的規(guī)模，當然也就沒有類似國 內的小區(qū)這一級，住宅多與市鎮(zhèn)相關系統(tǒng)直接相連。這一點也可解釋 為什么美國仍盛行ADSL、Cable Modem等寬帶接入

9、方式，而國內光 纖以太網發(fā)展如此迅猛。因此歐美的智能家居多獨立安裝，自成體系。 而國內習慣上已將它當作智能小區(qū)的一個子系統(tǒng)考慮，這種做法在前 一階段應該是可行的，而且是實用的，因為以前設計選用的智能家居 功能系統(tǒng)多是小區(qū)配套的系統(tǒng)。但智能家居最終會獨立出來成為一個 自成體系和系統(tǒng)，作為住宅的主人完全可以自由選擇智能家居系統(tǒng)， 即使是小區(qū)配套來統(tǒng)一安裝，也應該可以根據需要自由選擇相應產品 和功能、可以要求升級、甚至你對整個設計不感興趣，完全可以獨立 安裝一套。我們的觀點是，智能家居實施其實是一種“智能化裝修”， 智能小區(qū)只不過搭建了大環(huán)境、完成了粗裝修，接下來的智能化“精 裝修”要靠自己來實施。

10、在智能家居這個廣闊的市場背景下，家庭服務機器人的設計生產 顯得尤為重要。人們進入21世紀后，機器人的應用得到了廣發(fā)的推廣， 從工程建筑到醫(yī)療器械等，都離不開機器人的設計操作。而對于家庭 服務機器人，人們則更加感興趣，隨著人們的焦點逐漸集中于人文， 人們對人的關注使得機器人產業(yè)發(fā)展迅速，特別是家庭服務機器人。 人們渴望利用機器人來代替人的一切腦力體力活動，以此來使生活變 得簡單，使工作效率提高數倍，機器人的問世及發(fā)展推動了人類科學 技術的發(fā)展，而且在不久的未來，機器人將會為人們做出更大更多的 貢獻?；诖吮尘?，我們設計了智能茶飲機器人，主要是為了給人們 的飲水喝茶帶來方便。據我們的調查，人們需要

11、這樣的一種茶飲服務機器人，主要表現在：1、餐廳及辦公室的需要在餐廳里，服務員要為每位顧客都送上點好的茶飲，當顧客數量 多的時候，服務人員就會忙的不停，特別是在夏季，人們對茶飲的要 求較高，這就給服務員和餐廳造成了困擾。餐廳雇傭大量的服務員會 加大運營成本，不雇傭又不能很好地滿足顧客的需要，長期以來也會 影響經營。而一臺智能飲茶機器人就可以解決這些令人頭疼的問題， 從長遠來看它可以降低餐廳一直以來雇傭服務員的雇傭成本，同時也 能夠給顧客帶來更好的服務。在辦公室里，人們對茶飲的需求量也很大，主要是開水和咖啡，人們 工作忙和疲憊的時候往往不希望去親自取水，而只需輕輕按下按鈕， 一杯美味的咖啡就會到達

12、自己手中，這樣輕松的環(huán)境也將塑造良好的 工作氛圍，激勵員工更加精神飽滿的投入到工作中。2、老人小孩的需要世界幾乎所有發(fā)達國家都已步入老年型國家行列，人口老齡化， 既是一種嚴峻的挑戰(zhàn)，又是一項重大的社會課題。目前中國已經超過 世界平均老齡化水平，進入快速老齡化階段。由于人口快速老齡化， 可以預計，服務機器人將大量進入家庭，帶來服務機器人家庭化浪潮。 這種現象使作為家庭支柱的中年人面臨著巨大的社會壓力和家庭壓 力。而智能飲茶服務機器人無疑將發(fā)揮它極大的優(yōu)勢為其排憂，特別 是有老人和小孩的家庭里，老人和小孩在在即倒水的時候總存在一些 安全隱患，比如被開水燙傷，不小心打碎杯子，被破碎杯子碎片割到 手，

13、等等，智能飲茶服務機器人將為幫助使用者解決此問。，3、殘疾人、病人的需要在醫(yī)院里的病人大多是有護士照顧的，特別是長期在醫(yī)院住院的 病人。當病人需要喝水或者需要其他飲料的時候，往往不能自己取得， 總是需要麻煩護士或者身邊的親屬，這就給醫(yī)護人員以及親人家屬帶 來了不便。殘疾人行動不方便，在我們看來生活中的小事也給他們造成了很多困 擾，當他們需要飲用茶飲時有時候會遇到較大的困難，而一臺小小機 器人就可以幫他們排憂解難。4、社會發(fā)展對于公共設施發(fā)展的需要隨著社會經濟的發(fā)展，人們對公共基礎設施的發(fā)展要求也越來越 高，目前政府對公共基礎設施的人力、物力的投入也越來越大，智能 服務機器人的研發(fā)與推廣無疑能夠幫助解決此類問題。同時也能推進 社會智能化的發(fā)展。由此看該產品具有廣闊的市場，市場需求量大。四、項目應用前景：讓餐廳中有一些機器服務人員，家中有一個送茶水的“小保姆”， 醫(yī)院中多幾位為病人和家屬同時服務的“護士”，街道上多一些智能服 務的機器“小紅帽”。該茶飲機器人可以應用在許多場合，前期我們設 計主要應用于餐飲行業(yè)，其后將發(fā)展到醫(yī)院和敬老院，最后進入家庭， 產品應用范圍廣，實用性強，將給人們的生活到來極大的方便。作為 智能家居的一種飲茶服務機器人的應用與推廣將進一步推動智能化的