高速酒精检测机器人方案设计与仿真

谢超明



高速酒精检测机器人方案设计与仿真

谢超明

（湖北职业技术学院 机电工程学院，湖北 孝感 432000）

本方案创新的提出利用ABB工业机器人替代警察在高速收费站入口执行酒精检测，检测合格后机器人将自动发卡放行；若不合格，则屏幕显示报警。通过仿真表明机器人能完成酒精检测和自动发卡功能，并能有效的分辨酒后驾车人员，对维护安全出行有重要意义。

工业机器人；酒精检测；仿真

2008年世界卫生组织的事故调查显示，大约50-60%的交通事故与酒后驾驶有关，酒后驾驶已经被列为车祸致死的主要原因。中国每年由于酒后驾车引发的交通事故达数万起；而造成死亡的事故中50%以上都与酒后驾车有关，酒后驾车的危害触目惊心，已经成为交通事故的第一大“杀手”，而一旦这些饮酒者驾车驶入高速，带来的后果将更加不堪设想。

工业机器人是集机械、电子、传感器、控制等技术于一体的高端智能装备，在工业上主要应用于焊接、搬运、涂胶、压铸、装配等领域[1]。为使工业机器人更好的服务于生产生活，本方案创新的提出利用ABB工业机器人替代警察在高速收费站入口执行酒精检测，检测合格后机器人将自动发卡放行；若不合格，则屏幕显示报警。通过严格筛查，严厉打击酒后驾驶行为。

一、方案来源

目前酒后驾驶主要有两种检测方法：

（1）呼气酒精含量检测。

（2）抽取血液样本进行酒精含量的检测。

由于警力有限，目前酒精检测时主要是由执勤交警在相关路段设卡抽检，这样不仅容易造成交通堵塞，而且抽检样本少，效率低，会产生不少“漏网之鱼”，而这些酒驾者上路会对自己和他人的生命财产安全构成严重威胁。

另外，目前驾驶员进入高速收费站时会经过自动发卡通道，驾驶员需要驻车然后将身体伸出窗外取卡，然而由于驾驶员操作水平等原因，导致驻车取卡时往往出现手臂够不着、拿不稳等取卡不畅的现象，甚至有时候需要驾驶员下车取卡，造成诸多不便。

高速酒精检测机器人将改善以上不足，它对每一位通过高速入口的驾驶员执行最全面的酒精检测，如果检查合格，机器人将卡自动送到驾驶员手上，放行通过；如果不合格，会提示报警并由检查人员处理，为安全出行提供更多保障。

二、方案设计

1.整体方案设计

本方案利用ABB工业机器人IRB1410完成酒精检测和取卡发放两个动作。当车辆进入高速入口时，由摄像头采集车辆外形信息传给机器人并提醒驾驶员按照语音提示操作，车辆在发卡处减速停止时，机器人将酒精测试仪送入车内采集酒精浓度信息，酒精检测仪采用酒精分子传感器固定在机器人的末端操作器上，每次检测完成无需拆除，能够快速分析并且信号可以自动复位，检测完成后，酒精浓度信息显示在发卡机上面的显示屏幕上。如果合格，机器人将自动取卡并发放给驾驶员，避免驾驶员将身体伸出窗外取卡的不便；如果不合格，蜂鸣器将提示报警，由工作人员过来处理。其工作流程图如图1所示。

图1 工作流程

2.末端执行器设计

末端执行器是工业机器人的关键技术之一，作为工业机器人的工具对操作对象进行拾取、安装等操作，其结构设计的合理性直接影响机器人的工作效率[2]。酒精检测机器人主要完成酒精检测和取卡发放两个动作，设计末端执行器的时候考虑结构和实用性，将其设计为双边式，一边固定安装酒精检测仪，另一边为膜片，通过电磁力吸合来夹持卡片。安装侧设计为与机器人第六轴tool0相适应的法兰结构，便于安装。其结构如图2所示。

图2 末端操作器

3.虚拟仿真

（1）创建三维建模

创建三维模型是构建仿真工作站的前提，RobotStudio能够导入的三维模型格式很多，有IGES、STEP、VRML、VDAFS、ACIS等，考虑几何模型特征丢失情况本工作站用SolidWorks设计三维模型，以*.sat格式导入[3]。设计的模型主要有高速收费站、小车、人物模型等。

（2）创建虚拟仿真工作站

导入ABB机器人IRB1410完成布局后创建机器人工作站，对设计的末端操作器“创建工具”并安装在机器人上，利用“显示机器人工作区域”功能测试机器人的可达性[4]。如图3所示。

图3 机器人工作站

（3）创建Smart组件

工作站的动作设计主要有汽车行驶、机器人酒精检测、取卡发放、开杆放行等。通过创建机械装置，建立Smart组件，完成仿真动画。Smart组件是构建逻辑关系、实现动作的重要环节，本工作站运用了Rotator、LineSensor、LinearMover、Attacher、Detacher、Show、Hide等组件，其设计关系如图4所示[5]。

图4 Smart组件设计

（4）RAPID程序及调试

RAPID程序是指令机器人动作的核心，通过对运动指令和先前建立的数字、模拟等信号的控制使机器人及外部装置产生相应动作，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）仿真录像

设定好工作站逻辑后，通过I/O仿真器调试完成仿真录像，生成EXE文件，如图5所示。

图5 仿真情况

三、结语

本方案利用ABB工业机器人替代警察执行酒精检测，通过RobotStudio的VirtualRobotru技术，仿真验证工作过程，表明酒精检测机器人实行酒精检测和自动发卡在功能和操作上具有可实施性。

目前高速公路推广实行ETC，但据调查，高速入口往往只有一个ETC通道，而发卡口有多个， ETC普及程度还不高。即使以后全面实行了ETC，也可以将酒精检测机器人用于地下停车场、繁忙的交通路况等地方，仍然能够起到监督、打击酒后驾驶的作用。

酒精检测机器人能大大减少警力投入，提高检测酒驾的效率，驾驶员需通过酒精检测后方可上路，不放过一例酒后驾车，对平安出行、和谐社会有重要的意义。

[1]宋鹏飞，和瑞林，苗金钟等.基于SolidWorks的工业机器人离线编程系统[J].制造业自动化，2013，35（9）：1-4.

[2]赵燕伟，钟允晖，陈建等.基于UG加工信息的工业机器人离线编程[J].机械设计与制造工程，2013（2）：40-44.

[3]任正军.RB50机器人结构设计与仿真分析[D].武汉：华中科技大学，2014.

[4]周晓风.工业机器人生产线仿真系统设计及其关键技术研究[D].沈阳：东北大学，2013.

[5]叶晖.工业机器人工程应用虚拟仿真教程[M].北京：机械工业出版社，2014.

[6]吕世霞，周宇，沈玲.工业机器人现场编程与操作[M].武汉：华中科技大学出版社，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

（责任编辑 王傲冰）

TP242

A

1008—6129（2016）05—0072—04

2016—08—20

谢超明（1982—），湖北孝感人，湖北职业技术学院机电工程学院，讲师。