基于壓力傳感器下的智能分揀機(jī)器人的設(shè)計(jì)

王順順

摘要：在智能機(jī)器人的研究領(lǐng)域，智能化和微型化的機(jī)器人將會(huì)是智慧生活的未來發(fā)展方向，而具有避障功能和智能搬運(yùn)功能的智能機(jī)器人是在機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，在民用和軍用領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。近年來隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及和發(fā)展[1]，有效率地并且高速地解決生產(chǎn)需求的是現(xiàn)階段智能化的主要任務(wù)，目的是解放更多的勞動(dòng)力并且同時(shí)也可解決在生產(chǎn)中的許多低效行為，同樣這些智能化設(shè)備也可以減少在生產(chǎn)中產(chǎn)生的成本，與此同時(shí)也可以節(jié)省時(shí)間的消耗。智能搬運(yùn)機(jī)器人由此便誕生了，他的目的是更有效地為我們工作它可以代替人工進(jìn)行貨物搬運(yùn)作業(yè)，對(duì)貨物的分類，搬運(yùn)和裝卸的工作就此可以交給機(jī)器人來工作，它可以代替人工對(duì)一些危險(xiǎn)的，有放射性的，以及有毒物質(zhì)進(jìn)行作業(yè)，切身實(shí)處為人工解決了許許多多的問題。有了他們的存在是保證了我們?cè)谖ｋU(xiǎn)作業(yè)時(shí)的人身安全。它是實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，智能化，無人化的將智能生活帶進(jìn)了我們的身邊，該作品是使用單片機(jī)使機(jī)器人具有更簡單的思維能力，利用壓力傳感器準(zhǔn)確的識(shí)別物體的特性，將信息交由處理器進(jìn)行分析，通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)做出相應(yīng)的反應(yīng)。

關(guān)鍵詞：智能化;單片機(jī);壓力傳感器;機(jī)器人

中圖分類號(hào)：TP311? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）12-0231-02

Abstract： In the field of robot research， intelligent and miniscale is the future direction of the robot， and the intelligent mobile device is a research hotspot in the field of robotics， which is widely used in the field of civil and military applications. In recent years， with the popularization and development of mobile Internet [1]， an efficient solution to the production requirements and high speed is the main task of the intelligence， the purpose is to liberate more Labour and at the same time also can solve many inefficiencies in the production of behavior， these same intelligent device can reduce the cost in the production， at the same time also can save the time of the trumpet. Intelligent handling robot was born， his purpose is to more effectively work for us it can replace artificial cargo handling operations， the classification of the goods， transportation， loading and unloading of work can give this robot will work， it can replace manual for some dangerous， radioactive， homework and toxic substances， immediate effect for artificial solved many problems. Their presence ensures our personal safety in dangerous operations. It is to realize the automation， intelligence， unmanned intelligent life into our side， the work is the use of single chip microcomputer to make robot has more simple thinking ability， accurate pressure sensor characteristic of the object， will analyze the information to a processor， through the drive system and mechanical structure react accordingly.

Key words： intelligentize; singlechip; pressure sensor; robot

1 引言

分揀機(jī)器人是一種成本低廉、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單的自動(dòng)化機(jī)器人，他們可以被廣泛用在我們的生活周邊，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域上它們代替了人工，提高了生產(chǎn)的效率，對(duì)未定產(chǎn)品質(zhì)量等方面是具有顯著效果的，在人工手動(dòng)切割的時(shí)候是存在主觀上的一些問題，有時(shí)候穩(wěn)定性上是存在很多的問題，但是使用了機(jī)器人操作基本上是不會(huì)出現(xiàn)這些問題，對(duì)于智慧物流在使用分揀機(jī)器人可以將快遞入庫這一工作顯得更加的智能化，高效化，會(huì)解決許許多多的快遞入庫時(shí)產(chǎn)生的問題和遇見的困難，有了他們的存在不僅僅可以解放快遞入庫元的雙手，同時(shí)會(huì)使快遞入庫更加準(zhǔn)確、高效[2]。對(duì)于垃圾分類入箱需要使用到TensorFlow的垃圾視覺分揀機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[3]來對(duì)垃圾分類，簡單硬件無法對(duì)垃圾精準(zhǔn)分類，分揀機(jī)器人的工作原理同樣需要針對(duì)不同的環(huán)境下來設(shè)計(jì)，對(duì)直角坐標(biāo)需要對(duì)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方面的要求是不同的，他對(duì)精度和速度的要求室友精準(zhǔn)的要求的，機(jī)器人會(huì)要求選擇不同的方式去轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)自由度的關(guān)節(jié)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)是有著極高的要求，一個(gè)自由度的影響不單單是一個(gè)小部分，更多的是一個(gè)整體的活動(dòng)，同時(shí)也會(huì)更具特定的工藝工作環(huán)境選擇不同的末端夾持工具，他們會(huì)有夾具，抓手和吸盤等，對(duì)于夾具使用的場景是一些不規(guī)則的小物品的夾持，需要牢牢地將物品固定到夾具上，而使用抓手的話就是大多在一些規(guī)則的物品上了只需要通過外觀結(jié)構(gòu)的特殊部分進(jìn)行抓取會(huì)大大的節(jié)省對(duì)機(jī)器的消耗，在使用吸盤的話當(dāng)夾持一些球狀物時(shí)會(huì)使用此工具。從而使之能滿足不同領(lǐng)域、不同工況的應(yīng)用要求。此基于壓力識(shí)別下的分揀機(jī)器人是通過壓力識(shí)別傳感器來對(duì)物品來進(jìn)行分類，通過單片機(jī)來控制機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，并利用紅外傳感器完成循跡的功能實(shí)現(xiàn)，基本上的分揀機(jī)器人的結(jié)構(gòu)大多都不是非常高外觀比較固定化的一個(gè)框型外觀參考圖1。

2 需求分析

普通的分揀機(jī)器人是通過對(duì)成堆如山的快遞一個(gè)一個(gè)的分揀，通過開始規(guī)劃好的路線對(duì)物品進(jìn)行分類，它們會(huì)將大小件不區(qū)分的進(jìn)行入庫管理，更像是自動(dòng)化的方式來管理這快遞和倉庫的空間容積。而此基于壓力傳感器下的機(jī)器人會(huì)經(jīng)過分類快遞來入庫，通過對(duì)于快遞之間的尺寸和重量來區(qū)分各個(gè)快遞之間的外形區(qū)別，進(jìn)行一個(gè)簡單的分類入庫，通過這項(xiàng)操作讓入庫更加的智能化，一個(gè)倉庫是可以被分為幾個(gè)區(qū)域和貨架，通過機(jī)器人小車的循跡功能最終將貨物定點(diǎn)的精準(zhǔn)的放置在指定的位置上。

3設(shè)計(jì)原理

要實(shí)現(xiàn)此基于壓力傳感器下的智能分揀機(jī)器人需要實(shí)現(xiàn)以下功能，壓力傳感器和機(jī)械結(jié)構(gòu)之間的信息通過單片機(jī)來溝通，激光雷達(dá)循跡功能。

（1）壓力傳感器和機(jī)械結(jié)構(gòu)之間的信息溝通

壓力傳感器是有檢測和信息處理功能的它會(huì)感受壓力信號(hào)，并且按照一定的規(guī)則將壓力信號(hào)這種模擬量轉(zhuǎn)換為一種數(shù)字量最后供控制器使用。當(dāng)然當(dāng)一個(gè)智能設(shè)備的設(shè)計(jì)不單單是處理器智能，而需要將各個(gè)部分都進(jìn)行智能化，最終將各部分整合得到一個(gè)智能設(shè)備。由此就需要一個(gè)智能的壓力傳感器。智能壓力傳感器必須要對(duì)壓力傳感器的信號(hào)去進(jìn)行一個(gè)信號(hào)預(yù)處理，由于需要測量的信號(hào)是多種的，輸出信號(hào)由模擬量，數(shù)字量和開關(guān)量等，A/D轉(zhuǎn)換的輸入量并不單是壓力傳感器輸出的壓力值信號(hào)，這個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將時(shí)間連續(xù)，復(fù)制虛的模擬量轉(zhuǎn)換為離散的信號(hào)，那么由此就需要對(duì)電路傳感器的輸出信號(hào)建立出離散模型，并對(duì)這個(gè)離散模型的電壓信號(hào)和周期信號(hào)進(jìn)行處理。由此便需要對(duì)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

其中這個(gè)智能壓力傳感器是以51單片機(jī)為核心其部分設(shè)計(jì)如下所示，如下為其設(shè)計(jì)電路圖。

（2）激光雷達(dá)循跡功能

理論上激光雷達(dá)點(diǎn)要先從世界坐標(biāo)系經(jīng)過旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等變換轉(zhuǎn)換到相機(jī)坐標(biāo)，再乘以相機(jī)內(nèi)參舉證轉(zhuǎn)換到圖像坐標(biāo)。但其實(shí)二維激光雷達(dá)坐標(biāo)到圖像坐標(biāo)的變換可以更簡潔地看成一個(gè)射影變換，二位激光的激光點(diǎn)就相當(dāng)于俯視圖，攝像頭拍到的圖像可以想象為主視圖，而俯視圖通過乘以一個(gè)單應(yīng)居正變換到主視圖的過程就是射影變換。轉(zhuǎn)換的一般形式下圖所示：

其中[xy1]是激光雷達(dá)的齊次坐標(biāo)[uv1]是激光轉(zhuǎn)換到圖像坐標(biāo)系后的圖像齊次坐標(biāo)，我們提出h矩陣中的h_9并放到等式左邊作為縮放因子λ后，可將公式寫成如下圖形式：

上式中n舉證就是我們需要求出來的變換矩陣參數(shù)。加上收集到了k組對(duì)應(yīng)點(diǎn)又可以將矩陣寫成如下圖形式：

至此基于壓力傳感器下的分揀機(jī)器人的設(shè)計(jì)中的兩個(gè)核心功能部分得以實(shí)現(xiàn)，他們保證了分揀機(jī)器人在物流分揀入庫這樣的環(huán)境下工作。

4 結(jié)語

本文介紹的是一種基于壓力傳感器下的分揀機(jī)器人，所設(shè)計(jì)的分揀機(jī)器人的核心功能分為兩部分第一部分為壓力的模擬量輸入然后通過壓力值來給機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)部分做出相應(yīng)的動(dòng)作，第二部分是雷達(dá)循跡功能的實(shí)現(xiàn)。目前市場上的物流分揀的場合也是迫切地需要用到分揀裝置，所以通過此基于壓力傳感器的智能分揀機(jī)器人對(duì)物流行業(yè)的工作人員是有幫助的。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 吳蓬勃，姚美菱，王拓，等.基于TensorFlow的垃圾分揀機(jī)器人設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2020，39（6）：117-122.

【通聯(lián)編輯：梁書】