謝超明

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高速酒精檢測(cè)機(jī)器人方案設(shè)計(jì)與仿真

謝超明

（湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 孝感 432000）

本方案創(chuàng)新的提出利用ABB工業(yè)機(jī)器人替代警察在高速收費(fèi)站入口執(zhí)行酒精檢測(cè)，檢測(cè)合格后機(jī)器人將自動(dòng)發(fā)卡放行；若不合格，則屏幕顯示報(bào)警。通過(guò)仿真表明機(jī)器人能完成酒精檢測(cè)和自動(dòng)發(fā)卡功能，并能有效的分辨酒后駕車人員，對(duì)維護(hù)安全出行有重要意義。

工業(yè)機(jī)器人；酒精檢測(cè)；仿真

2008年世界衛(wèi)生組織的事故調(diào)查顯示，大約50-60%的交通事故與酒后駕駛有關(guān)，酒后駕駛已經(jīng)被列為車禍致死的主要原因。中國(guó)每年由于酒后駕車引發(fā)的交通事故達(dá)數(shù)萬(wàn)起；而造成死亡的事故中50%以上都與酒后駕車有關(guān)，酒后駕車的危害觸目驚心，已經(jīng)成為交通事故的第一大“殺手”，而一旦這些飲酒者駕車駛?cè)敫咚?，帶?lái)的后果將更加不堪設(shè)想。

工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、傳感器、控制等技術(shù)于一體的高端智能裝備，在工業(yè)上主要應(yīng)用于焊接、搬運(yùn)、涂膠、壓鑄、裝配等領(lǐng)域[1]。為使工業(yè)機(jī)器人更好的服務(wù)于生產(chǎn)生活，本方案創(chuàng)新的提出利用ABB工業(yè)機(jī)器人替代警察在高速收費(fèi)站入口執(zhí)行酒精檢測(cè)，檢測(cè)合格后機(jī)器人將自動(dòng)發(fā)卡放行；若不合格，則屏幕顯示報(bào)警。通過(guò)嚴(yán)格篩查，嚴(yán)厲打擊酒后駕駛行為。

一、方案來(lái)源

目前酒后駕駛主要有兩種檢測(cè)方法：

（1）呼氣酒精含量檢測(cè)。

（2）抽取血液樣本進(jìn)行酒精含量的檢測(cè)。

由于警力有限，目前酒精檢測(cè)時(shí)主要是由執(zhí)勤交警在相關(guān)路段設(shè)卡抽檢，這樣不僅容易造成交通堵塞，而且抽檢樣本少，效率低，會(huì)產(chǎn)生不少“漏網(wǎng)之魚(yú)”，而這些酒駕者上路會(huì)對(duì)自己和他人的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

另外，目前駕駛員進(jìn)入高速收費(fèi)站時(shí)會(huì)經(jīng)過(guò)自動(dòng)發(fā)卡通道，駕駛員需要駐車然后將身體伸出窗外取卡，然而由于駕駛員操作水平等原因，導(dǎo)致駐車取卡時(shí)往往出現(xiàn)手臂夠不著、拿不穩(wěn)等取卡不暢的現(xiàn)象，甚至有時(shí)候需要駕駛員下車取卡，造成諸多不便。

高速酒精檢測(cè)機(jī)器人將改善以上不足，它對(duì)每一位通過(guò)高速入口的駕駛員執(zhí)行最全面的酒精檢測(cè)，如果檢查合格，機(jī)器人將卡自動(dòng)送到駕駛員手上，放行通過(guò)；如果不合格，會(huì)提示報(bào)警并由檢查人員處理，為安全出行提供更多保障。

二、方案設(shè)計(jì)

1.整體方案設(shè)計(jì)

本方案利用ABB工業(yè)機(jī)器人IRB1410完成酒精檢測(cè)和取卡發(fā)放兩個(gè)動(dòng)作。當(dāng)車輛進(jìn)入高速入口時(shí)，由攝像頭采集車輛外形信息傳給機(jī)器人并提醒駕駛員按照語(yǔ)音提示操作，車輛在發(fā)卡處減速停止時(shí)，機(jī)器人將酒精測(cè)試儀送入車內(nèi)采集酒精濃度信息，酒精檢測(cè)儀采用酒精分子傳感器固定在機(jī)器人的末端操作器上，每次檢測(cè)完成無(wú)需拆除，能夠快速分析并且信號(hào)可以自動(dòng)復(fù)位，檢測(cè)完成后，酒精濃度信息顯示在發(fā)卡機(jī)上面的顯示屏幕上。如果合格，機(jī)器人將自動(dòng)取卡并發(fā)放給駕駛員，避免駕駛員將身體伸出窗外取卡的不便；如果不合格，蜂鳴器將提示報(bào)警，由工作人員過(guò)來(lái)處理。其工作流程圖如圖1所示。

圖1 工作流程

2.末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)

末端執(zhí)行器是工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一，作為工業(yè)機(jī)器人的工具對(duì)操作對(duì)象進(jìn)行拾取、安裝等操作，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性直接影響機(jī)器人的工作效率[2]。酒精檢測(cè)機(jī)器人主要完成酒精檢測(cè)和取卡發(fā)放兩個(gè)動(dòng)作，設(shè)計(jì)末端執(zhí)行器的時(shí)候考慮結(jié)構(gòu)和實(shí)用性，將其設(shè)計(jì)為雙邊式，一邊固定安裝酒精檢測(cè)儀，另一邊為膜片，通過(guò)電磁力吸合來(lái)夾持卡片。安裝側(cè)設(shè)計(jì)為與機(jī)器人第六軸tool0相適應(yīng)的法蘭結(jié)構(gòu)，便于安裝。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 末端操作器

3.虛擬仿真

（1）創(chuàng)建三維建模

創(chuàng)建三維模型是構(gòu)建仿真工作站的前提，RobotStudio能夠?qū)氲娜S模型格式很多，有IGES、STEP、VRML、VDAFS、ACIS等，考慮幾何模型特征丟失情況本工作站用SolidWorks設(shè)計(jì)三維模型，以*.sat格式導(dǎo)入[3]。設(shè)計(jì)的模型主要有高速收費(fèi)站、小車、人物模型等。

（2）創(chuàng)建虛擬仿真工作站

導(dǎo)入ABB機(jī)器人IRB1410完成布局后創(chuàng)建機(jī)器人工作站，對(duì)設(shè)計(jì)的末端操作器“創(chuàng)建工具”并安裝在機(jī)器人上，利用“顯示機(jī)器人工作區(qū)域”功能測(cè)試機(jī)器人的可達(dá)性[4]。如圖3所示。

圖3 機(jī)器人工作站

（3）創(chuàng)建Smart組件

工作站的動(dòng)作設(shè)計(jì)主要有汽車行駛、機(jī)器人酒精檢測(cè)、取卡發(fā)放、開(kāi)桿放行等。通過(guò)創(chuàng)建機(jī)械裝置，建立Smart組件，完成仿真動(dòng)畫(huà)。Smart組件是構(gòu)建邏輯關(guān)系、實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的重要環(huán)節(jié)，本工作站運(yùn)用了Rotator、LineSensor、LinearMover、Attacher、Detacher、Show、Hide等組件，其設(shè)計(jì)關(guān)系如圖4所示[5]。

圖4 Smart組件設(shè)計(jì)

（4）RAPID程序及調(diào)試

RAPID程序是指令機(jī)器人動(dòng)作的核心，通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)指令和先前建立的數(shù)字、模擬等信號(hào)的控制使機(jī)器人及外部裝置產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，完成所需要的控制要求[6]。部分RAPID程序如下：

PROC Path_20( )

MoveL phome,v1000,z100,tool1WObj:=wobj0;

WaitDI distart,1;

MoveL jiance1,v1000,fine,tool1WObj:=wobj0;

Set dishex;

MoveL jiace2,v200,fine,tool1WObj:=wobj0;

MoveL jiace3,v200,fine,tool1WObj:=wobj0;

MoveL jiace4,v200,fine,tool1WObj:=wobj0;

MoveL jiace5,v200,fine,tool1WObj:=wobj0;

MoveL jiace2,v200,fine,tool1WObj:=wobj0;

Reset dishex;

MoveL phome,v1000,z100,tool1WObj:=wobj0;

Path_10;

ENDPROC

（5）仿真錄像

設(shè)定好工作站邏輯后，通過(guò)I/O仿真器調(diào)試完成仿真錄像，生成EXE文件，如圖5所示。

圖5 仿真情況

三、結(jié)語(yǔ)

本方案利用ABB工業(yè)機(jī)器人替代警察執(zhí)行酒精檢測(cè)，通過(guò)RobotStudio的VirtualRobotru技術(shù)，仿真驗(yàn)證工作過(guò)程，表明酒精檢測(cè)機(jī)器人實(shí)行酒精檢測(cè)和自動(dòng)發(fā)卡在功能和操作上具有可實(shí)施性。

目前高速公路推廣實(shí)行ETC，但據(jù)調(diào)查，高速入口往往只有一個(gè)ETC通道，而發(fā)卡口有多個(gè)， ETC普及程度還不高。即使以后全面實(shí)行了ETC，也可以將酒精檢測(cè)機(jī)器人用于地下停車場(chǎng)、繁忙的交通路況等地方，仍然能夠起到監(jiān)督、打擊酒后駕駛的作用。

酒精檢測(cè)機(jī)器人能大大減少警力投入，提高檢測(cè)酒駕的效率，駕駛員需通過(guò)酒精檢測(cè)后方可上路，不放過(guò)一例酒后駕車，對(duì)平安出行、和諧社會(huì)有重要的意義。

[1]宋鵬飛，和瑞林，苗金鐘等.基于SolidWorks的工業(yè)機(jī)器人離線編程系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2013，35（9）：1-4.

[2]趙燕偉，鐘允暉，陳建等.基于UG加工信息的工業(yè)機(jī)器人離線編程[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2013（2）：40-44.

[3]任正軍.RB50機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析[D].武漢：華中科技大學(xué)，2014.

[4]周曉風(fēng).工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2013.

[5]葉暉.工業(yè)機(jī)器人工程應(yīng)用虛擬仿真教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[6]呂世霞，周宇，沈玲.工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程與操作[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2016.

Design and Simulation of Robot for Alcohol Test on Freeway

XIE Chao-ming

（Hubei Polytechnic Institute, Xiaogan, Hubei 432000, China）

The proposal of this program is to use the ABB industrial robot instead of the police to perform the alcohol test at the entrance of the high speed toll station. After passing the test, the robot will automatically release the card, if not qualified, and then the screen shows the alarm. The simulation results show that the robot can complete the alcohol detection and automatic card function, and can effectively distinguish the drunk drivers, is of great significance to maintain the safety of travel.

industrial robot; alcohol test; simulation

（責(zé)任編輯 王傲冰）

TP242

A

1008—6129（2016）05—0072—04

2016—08—20

謝超明（1982—），湖北孝感人，湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，講師。