一种运动场饮料自动售卖机器人结构设计

周頔 邱子枫 杨云琪 张成岚 王梦琦

摘 要：在各大运动场所中如篮球、乒乓球、羽毛球等球类场所占场地较大，传统自动贩卖机一般不能移动且放置在运动场的边缘角落，消费者需要穿越整个运动场购买饮料后再返回，整个过程十分耗时且不便。本文设计了一款可以广泛推广应用的运动场设备——自动售卖机器人装置，其包括上柜体、下壳体和位于下壳体内部的行走机构。下壳体前端设

置有用于识别障碍物的第一红外测距仪，上柜体上靠近主控制器的部位设置有用于识别购买客户的第二红外测距仪，两个红外测距仪相互配合来实现机器人的巡航避障。本自动售卖机器人能够按照预先设定的运动路线移动，且具有自动避障、识别到购买客户时自动停下的功能，提高了购买便利性。

关键词：运动场；自动化；售卖机器人；结构设计

现代服务业属于第三产业，其发展日益受到人们的重视。机器人被用于生活的方方面面，但是民用的却很少问世，原因在于其价格昂贵、技术较高端，难为大众所接受，社会对其的研究质疑之声始终不绝于耳。根据一项调查表明，中国城市将近70%的篮球运动场或者足球运动场没有贩卖机。自助贩卖机不需要店租，不需要导购，不需要收银员，节省人力成本，占地面积小，自动结算支付方式，符合当代快节奏的生活，还可以布置在各个地方。使用运动场售水机器人，可以更好地节省人力，位置灵活，充分体现了科技的力量，因此我们发出了“运动场能源站”这一设计思路，并且围绕着机械方面，给出了初步的方案。

1 机器人设计系统目标与运行环节

1.1 系统目标

在传统的自助贩卖机上克服现有技术存在的问题，提供一种便利性高的运动场饮料自动售卖机器人。且其可以在运动场（篮球、乒乓球、羽毛球等球类场所）投入运用，并且有不错的效果。

1.2 运行环境

场景环境：运动场周边的障碍物少，平地。

硬件设备：蓄电池、电机、伺服电机、PLC控制器等。

支持软件：微信、支付宝等网上支付软件。

1.3 技术领域

本实用新型属于商用服务智能化技术领域，具体涉及一种运动场饮料自动售卖机器人，旨在提高消费者购买饮料的便利性。

1.4 背景技术

各大运动场所如篮球、乒乓球、羽毛球等球类场所占场地较大，传统自动贩卖机一般不能移动且放置在运动场的边缘角落，消费者需要穿越整个运动场购买饮料后再返回，整个过程十分耗时且不便。

1.5 基础功能及相关配件

智能导航：GPS导航系统。

自主避障：红外测距传感器、电机、差速驱动轮、万向轮。

多层配送：多层置物架。

人机交互：LED触控一体机。

语音音乐：一体机后扬声器。

数据保存：储存主机。

自动贩卖：GPRS模块。

推文广告：显示器。

2 原理结构分析

2.1 总体结构设计

根据总体方案，我们设计了相关的机械结构，如图1所示。其所展示的是“运动场能源补给机器人”的初步平面三视图（外观）。

根据设计构想，我们通过Solidworks进行了初步的机械结构的三维设计，其三维模型如图2所示。

2.2 系统化详细结构设计

2.2.1 智能导航系统

（1）控制器配合传感器（红外测距传感器）导入机器人活动范围的环境地图，设置运动场的运动路线。

（2）设置充电点及备货点以供機器人在快没电时或货品不足时，规划路线抵达充电点充电或到备货点补货。

2.2.2 自主避障红外测距传感器

利用了三个红外测距传感器，分为两组：①下传感器与②上传感器。本机器人是根据红外信号遇到障碍物的距离不同，反射强度也不同的原理，判断障碍物远近以及时规避。

2.2.3 柜体设计

柜体包括主柜体和位于主柜体内部的饮料托架，主柜体包括底座、罩体，罩体由半罩体、第一柜门、第二柜门依次围合形成，第一柜门、第二柜门的顶部分别与旋转中心的周圈滑动配合，第一柜门、第二柜门的底部分别与底座的顶部滑动配合，第一柜门与第二柜门之间通过电子锁连接。该设计的工作原理为：主控制器在收到购买指令后控制电子锁解除锁定，解锁后第一柜门、第二柜门自动朝半罩体两侧滑动，客户取出饮料托架上的饮料后柜门自动收回且电子锁锁住，从而实现了饮料的自助购买，如图4所示：

2.2.4 多功能化拖物盘（防盗、智能检测、提醒）

饮料托架还包括由上至下依次布置的多层饮料托盘，饮料托盘上均匀设置有多个饮料放置区，饮料放置区上设置有重力监测仪。当某一重力监测仪的重力信号消失时，表示与其对应的饮料放置区上的饮料被取走，主控制器通过监测消失的重力信号数量计算出被取走的饮料数量，并在被取走的饮料数量与购买指令中的饮料数量不对应时发出报警提示，用于防盗以及提醒客户及时取走饮料。

3 人机交互系统（自动售卖、推文广告、语音音乐）

3.1 自动贩卖原理

该系统采用GPRS网络实现自动售货机与远程监控中心的通信，并在此基础上设计出了适应于自动售货机的GPRS无线终端、该系统信息传输的数据格式，与LED触屏显示器协同。

3.2 推文广告

在显示屏上投入广告，用以店铺宣传、学校通知、赛事宣传等使得自动售卖机器人资源得到最大利用。学生们有需要时使用微信、支付宝等方式支付更加便捷。

3.3 语音音乐

触屏显示器内置扬声器实现语音播报、音乐，以及警报系统。

4 机器人设计系统目标与运行环节

4.1 移动

所述行走机构包括内壳体、①两个万向轮（前两轮）、两个电机、②两个差速驱动轮（后两轮）。内壳体的顶部与上柜体的底部固定连接，在第一红外测距仪和第二红外测距仪均有识别信号时控制两个电机停止工作状态，所述内壳体内部设置有为两个电机提供动力的蓄电池。

4.2 蓄电池

在续航系统上，“运动场能源补给机器人”使用了DCF12612/65 UPS电源蓄电池。它有着安全可靠、维护简单、使用寿命长、高功率性能好、自放电小于4%、使用方便这六大特性。

5 机器人实施步骤分析

5.1 用户角度操作机器人

要实现自主收银（功能类似于自助贩卖机），拟通过以下方式实现。

第一步：点击显示器中的买水功能，弹出二维码扫描进入小程序。

第二步：手机上弹出小程序打开仓门，客户自主选择需要的商品。

第三步：选择结束后关闭仓门，系统识别客户选取的商品进行结算。

第四步：系统发送账单至小程序，形成账单，基于平台的免密支付，完成支付交易。

5.2 机器人实施步骤图

结语

本实用新型属于商用服务智能化技术领域，具体涉及一种运动场饮料自动售卖机器人，可以提高消费者购买饮料的便利性。大运动场所如篮球、乒乓球、羽毛球等球类场所占场地较大。相较于传统自动贩卖机一般不能移动且放置在运动场的边缘角落的弊端，本实用新型的便利性显而易见，实用性和推广价值值得期待。

參考文献：

［1］姚墨迪，王刘菲，冯淑元.餐厅服务机器人的研究［J］.北京电子科技职业学院，2016.

［2］王君君，金瓯，贺建飚.基于GPRS的自动售货终端的设计与实现［J］.微计算机信息，2009.

基金支持：武汉商学院2022年大学生创新创业训练计划，项目名称：基于“互联网+”的球场能源站（项目编号：202211654121）

作者简介：周喆頔（2003— ），男，汉族，湖北宜昌人，在读本科，研究方向：机械臂智能控制分析；邱子枫（2002— ），男，汉族，湖北黄石人，在读本科，研究方向：机械臂智能控制分析；杨云琪（2003— ），女，汉族，湖北十堰人，在读本科，研究方向：智能机器人编程；张成岚（2003— ），男，汉族，湖北荆州人，在读本科，研究方向：智能机器人编程；王梦琦（2004— ），男，汉族，湖北黄冈人，在读本科，研究方向：智能机器人编程。