基于智慧物流的轮式机器人设计.pdf

第 卷 年第 期 月.基于智慧物流的轮式机器人设计邓 杰 文家雄 何媛媛 肖 强 李 婧(四川信息职业技术学院 四川 广元)摘 要:本文以 系列单片机设计了一款大学生双创比赛机器人 该机器人集巡航系统、感知系统和动作系统于一体 巡航系统由四轮驱动的麦克纳姆轮底盘实现 完成巡线和自主巡航功能 感知系统主要采用 模块 通过获取 指令完成规定动作 动作系统主要由 个伺服电机组成的八自由度机械臂 以完成快件的抓取功能 经过大量测试 所设计机器人整车性能良好 能很好地实现预设功能 具有一定的实用性关键词:巡航 感知 动作 四轮驱动 机械臂 单片机中图分类号:文献标志码:文章编号:()():.:收稿日期:基金项目:广元市指导性科技计划项目()引 言日前 在 世界机器人大会闭幕式上发布了机器人十大前沿热点领域()报告 在该报告中 仓储物流机器人被列入 年十大机器人应用热点产品为了提高基层物流运输工作的效率与准确性邓语馨等基于 单片机设计了一款智能物流轮式循迹机器人 配合红外检测传感器和伺服电机将增量式 算法移植到 单片机中 实现对差速驱动自动搬运机器人 系统的稳定循迹控制 彭周萍等设计了一款竞赛用智能物流搬运机器人 该机器人以 单片机为控制核心 对机械结构模块、电机驱动模块、颜色识别模块、二维码扫描模块、循迹模块、舵机、电源稳压模块等模块进行设计、选择和优化 实现了不同指令的物料搬运 朱玲等针对含有驱动器动力学的非完整移动机器人轨迹跟踪控制问题 提出了一种新型非完整移动机器人自适应模糊神经滑模控制算法 并通过仿真验证了该算法的有效性本文设计轮式物流机器人 通过寻迹的方式控制小车的行进 采用 环境 识别 指令 实现自主巡航和控制动作系统完成物料的抓取 目前本文设计机器人已在第十五届和十六届“挑战杯”四川省大学生课外学术科技作品竞赛中荣获三等奖 系统整体结构系统控制框架如图 所示 根据系统设计 物流机器人主要由控制器 单片机、语音控制 卷模块、四驱麦克纳姆轮底盘、物料捕捉模块、八自由度机械臂、“红绿灰”状态显示灯带和用于程序调试的上位机等组成为保证机器人在紧急情况下的安全运行 本系统将语音控制优先级设置在最高级 系统启动后 语音识别模块随即启动 并实时采集语音信号 通过对发令者的语音识别 实现小车的紧急控制 三个光电寻黑传感器分别安装在小车的前左右三侧 以实现行驶、取货和卸货功能 通过机器视觉 识别 指令 实现自主巡航和物料搬运 通过舵机驱动器 控制机械臂完成物料的抓取图 系统整体框图 硬件电路 主控芯片本系统采用宏晶公司 年推出的 系列 位 单片机 该单片机具有 个相互独立的串口外设 片内有 字节 和 字节 同时该单片机在 内核基础上添加了大量资源 内外设功能可以通过编程实现在多个引脚间切换 内置时钟、复位等附属电路 简化了单片机最小系统 并具有工作电压范围宽 采集精度高 价格便宜等优点 综合考虑该单片机满足本文设计机器人工作需要 且性能稳定可靠 语音控制模块本系统采用 语音模块 该模块可设置按键唤醒、口令唤醒、按键 口令唤醒和无口令模式词条修改简单 通过上位机软件连接电脑修改即可无需任何编程在自动化程度不高的物流车间内 机器人在工作中容易与车间内的其他物件或工作人员发生干扰甚至发生危险情况 此时可以通过预设口令 来控制机器人紧急避险 也可以在正常工作时 控制机器人去往合适的工作场地 完成相应的搬运工作图 为 电路图图 电路图 基于机器视觉的巡航模块本文设计移动机器人 目标在复杂的物流环境下使用 机器人移动方式主要分为光电巡线和自主巡航两种 并采用四轮麦克纳姆轮底盘 在使用时先在行驶路径和抓取、卸货点铺上黑色胶带 机器人底盘左右两侧及前端各安装一个光电传感器 用来检测快件抓取点、卸货点和快件搬运 即通过巡线实现轨迹跟踪 其电路图和安装图如图图 所示图 寻黑模块安装图自主巡航模块主要采用 图像数据处理方式进行视觉追踪 这种方式下 可以有效避免传统机器人的障碍物检测与避障步骤 大大简化了系统构成 提高了小车的运行效率 同时 也有效克服了传统机器视觉受光照强度影响较强的缺陷 视觉端只需捕捉到带有指定的 即可 工作时 根据使用需求 先规划好小车行驶路径 在路径上贴上行驶指令 功能类似于公路上路牌 引导小车行驶 并在物料上贴上机械臂动作指令 实现物料的搬运 控制指令如图 所示 硬件设计整体图如图 所示图 控制指令 期邓 杰等:基于智慧物流的轮式机器人设计图 硬件总体图 软件设计根据系统的工作情况 软件部分采用 语言编写实现 主要分为 语音控制、视觉控制、光电传感器寻迹控制和机械手动作五部分系统总体框图如图 所示图 软件总体框图 系统测试 综合测试如前文所述 系统测试主要针对机器人语音控制、行驶过程和 指令测试三种 图 为移动机器人实物 图 为物料搬运过程测试 表 为测试结果记录图 机器人实物图图 物料搬运过程图表 现场测试结果类别测试次数完成次数失败次数成功率/语音控制 巡线测试自主巡航测试 指令测试 测试结果分析从表 测试结果来看 本文设计的基于智慧物流的四驱轮式机器人达到了预先目标 两种行驶方式下机器人的行驶均未出现失败 语音控制和 指令测试下 均出现了测试失败现象 从测试过程中来看 语音模块在测试时 受到环境噪音的影响出现了未检测到语音和检测错误的情况 而在 指令测试中 图像数据处理方式虽说能避免障碍物的检测和避障设计 但是如果 标签粘贴的位置不能很好地被摄像采集则会出现漏检的情况 结 语基于智慧物流 本文设计了一种集巡航系统、感知系统和动作系统于一体的多功能四驱移动机器人 该机器人以 单片机为控制核心 采用四驱麦克纳姆轮为移动底盘 实现寻迹和自主巡航功能 为了避免障碍物检测和避障步骤 提高系统抗干扰能力 采用了 图像数据处理方式通过多次重复试验 本文设计移动机器人 具有较好的指令执行效果 具有一定的实用性参考文献 邓语馨 陈洪芳 张爽 等.智能物流的轮式机器人系统设计.工具技术 ():.彭周萍 王丽芳 满达虎.基于 控制的竞赛用智能物流搬运机器人设计.轻工科技 ():.朱玲 李艳东 郭媛.移动机器人自适应模糊神经滑模控制.微电机 ()赵涛 王屹华.轮式移动机器人全局轨迹跟踪控制.微电机 ()