基于單片機的貨運小車機器人設(shè)計

鄭貝貝 劉青松 鄒姍姍 楊琦

【摘? 要】隨著物流運輸行業(yè)的發(fā)展，在貨物的運轉(zhuǎn)以及儲存上，人們發(fā)展了大批的智能設(shè)備，廣泛應(yīng)用于車站、海港、機場、倉庫等部門。本文基于msp430單片機設(shè)計了一種貨運機器人，可自動循跡往返，并能自動避障。機器人小車通過主控芯片實現(xiàn)實現(xiàn)機器人的制動、前進、調(diào)速和轉(zhuǎn)向。

【關(guān)鍵詞】貨運機器人;單片機;循跡;避障

1.引言

電子商務(wù)和快遞物流業(yè)的迅速增長催生了貨運機器人的發(fā)展，隨著市場對于運輸自動化裝備需求量的不斷增加，貨運機器人在物流行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)深入到倉儲、配送各個環(huán)節(jié)，不僅提高了運輸作業(yè)的效率，還減輕了工作人員的勞動力度，還有利于優(yōu)化資源、降低成本，具有良好的經(jīng)濟效益和廣闊的發(fā)展前景。

2.貨運小車機器人設(shè)計

本文設(shè)計的貨運小車機器人具備一個多自由度的機械手臂，完成抓取放置等一系列動作，同時具備往返運輸、停止、剎車、轉(zhuǎn)彎、避讓行人、自動判斷是否偏離軌道等功能，并且可以無線接收控制臺發(fā)來的指令。貨運小車機器人控制系統(tǒng)主要由L298N、msp430等芯片組成。

2.1循跡模塊

采用黑白線傳感器。黑白傳感器是專門用來檢測白底黑線或黑底白線的模塊。TK-20黑白線路檢測傳感器為開關(guān)傳感器，輸出為TTL電平?？芍苯优c單片機相連。有效探測距離可達5厘米。通過調(diào)節(jié)電位器，最遠可以達到10厘米。這款黑白線傳感器具有受可見光干擾小，輸出信號為開關(guān)量，信號處理簡單，使用非常方便等優(yōu)點，還增加了探測距離調(diào)節(jié)器，改進了探測距離，加強了探測精度。如果將發(fā)射二極管換成激光發(fā)射管，探測距離將會增加到20cm甚至更遠。

2.2無線收發(fā)模塊

無線收發(fā)器采用封裝式無線電收發(fā)裝置，運用無線收發(fā)芯片PT2262和PT2272。編碼芯片PT2262的編碼信號由同步碼、地址碼、數(shù)據(jù)碼構(gòu)成。解碼芯片PT2272在接收到信號后，經(jīng)過比較和校驗，輸出高電平的VT腳。同時，相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。PT2262/2272是一對帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的無線遙控收發(fā)芯片，采用CMOS工藝制造，功耗低，外部元件少，RC振蕩電阻，工作電壓范圍為：2.6-15V，數(shù)據(jù)為6位，地址代碼高達531441。該套無線收發(fā)芯片操作簡單，價格合適，工作穩(wěn)定性強。

2.3控制模塊

該芯片以MSP430為主控芯片，具有足夠的存儲空間，可以滿足系統(tǒng)軟件的需求。具有兩個中斷計數(shù)器，滿足本工作系統(tǒng)的需要，可以靈活選擇各個模塊的控制芯片，精確計算時間，具有良好的實效性。

3.傳感器的選擇與應(yīng)用

3.1避障傳感器

貨運機器人要求具有避障功能。障礙物在運輸過程前一定距離出現(xiàn)，需要及時停車并發(fā)出安全警報。由于本機器人不需要精確測出障礙物的距離，因此應(yīng)用光電開關(guān)作為傳感器，檢測距離達兩米多。通過被測物對光束的遮擋或反射，檢測物體的位置。光電開關(guān)將輸入電流轉(zhuǎn)換為光信號通過發(fā)射器上射出，接收器根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。當前方有障礙物出現(xiàn)，傳感器檢測并傳輸信號給控制系統(tǒng)，系統(tǒng)控制警報模塊和驅(qū)動模塊進行安全報警和停止前進的動作，直至障礙物清除。選用蜂鳴器加燈光，作為提示。因為蜂鳴器具有體積小（直徑只有l(wèi)lmm）、重量輕、價格低、結(jié)構(gòu)牢靠，而且可以利用此模塊做為轉(zhuǎn)向提示。

3.2 循跡傳感器

實現(xiàn)黑白線循跡部分方案一：紅外傳感器利用紅外線在黑色物質(zhì)上反射程度低，白色物體上反射程度高，單片機以反射回來的紅外線為依據(jù)來判斷黑線的位置從而決定小車的行走方式。這樣的傳感器在室內(nèi)能夠正常工作，但是在室外受陽光，燈光等外界環(huán)境干擾較大實現(xiàn)黑白線循跡部分方案二：黑白先傳感器黑白線只出現(xiàn)高低電平變化，變化明顯，易于區(qū)別，非常適合小車的尋跡。

4.機器人安全性能分析

安全穩(wěn)定性是機器人的一項重要性能指數(shù)，提高機器人的安全穩(wěn)定性能，確保其安全運行是一個重要工程，因此應(yīng)該考慮機器人運行時影響工作的各種安全因素，提高運行可靠性，減少故障發(fā)生的機率。

考慮到機器人工作的環(huán)境情況，易發(fā)生事故的主要原因有以下兩類：（1）機器人自身的安全問題（2）機器人對人的安全問題針對上述機器人的安全問題，提出了相應(yīng)的解決措施：（1）機器人的人體工學(xué)安全措施;（2）機器人的安全監(jiān)控;（3）根據(jù)貨運機器人的特點，制定并實施機器人操作和維修的安全準則。

5.結(jié)論

本設(shè)計作為機器人應(yīng)用的一部分，貨運機器人對貨運配送進行自動管理，具有著人工管理無法比擬的優(yōu)點，可以極大地提高了貨運配送的效率。

基金項目：本文得到嘉興學(xué)院南湖學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新項目（NH85178413）資助

參考文獻：

[1]韓騰，樊瑜瑾，李浙坤，趙培林，王俊杰等.基于無線控制的循跡搬運小車運動系統(tǒng)研究[J]. 昆明理工大學(xué)學(xué)報，2033，（15）：11-17.

[2]許茜.智能引導(dǎo)車（循跡搬運小車）設(shè)計的藝術(shù)思考.[碩士學(xué)位論文].吉林大學(xué).2010

[3]謝存禧 張鐵主編.機器人技術(shù)及其應(yīng)用[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2012.

作者簡介：

鄭貝貝，嘉興學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生，研究方向為智能控制。

（作者單位：嘉興學(xué)院）