李桂平

（長沙民政職業(yè)技術學院電子信息工程學院，湖南 長沙 410004）

基于STC12A5C32S2快遞件自動派發(fā)機器人系統(tǒng)研究

李桂平

（長沙民政職業(yè)技術學院電子信息工程學院，湖南 長沙 410004）

快遞件自動派發(fā)機器人系統(tǒng)由機械手系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、快遞件存儲柜、前臺組成。自動派發(fā)機器人系統(tǒng)是一套快件自動派發(fā)系統(tǒng)，主要分為機械運行裝置和電子電路兩部分，通過電子電路接受STC12A5C32S2單片機程序，發(fā)送命令給機械裝置，由機械裝置實現(xiàn)快件自動派發(fā)功能，由LCD顯示器顯示取件和存件的信息。分析了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，給出了主程序流程圖、取件處理流程圖、存件處理流程圖及快遞件自動派發(fā)機器人操作說明。對試驗結(jié)果進行了分析。

機器運行裝置；控制系統(tǒng)；LCD顯示；STC12A5C32S2單片機

引言

學生下課后去取快件，快遞件派發(fā)點門口總是排起了長長的隊伍，速度慢，里面的幾個工作人員忙不停。一套快件自動派發(fā)機器人系統(tǒng)，主要分為機械運行裝置和電子電路兩部分，通過電子電路接受STC12A5C32S2單片機程序，發(fā)送命令給機械裝置，由機械裝置實現(xiàn)快件自動派發(fā)功能?？爝f件取貨過程速度快，位置準確，重復性好，可靠性高。

1．快遞件自動派發(fā)機器人系統(tǒng)工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

快遞件自動派發(fā)機器人系統(tǒng)由機械手系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、快遞件存儲柜、前臺構(gòu)成。

在一個長寬高分別為3mx4mx3m的小型快遞件派發(fā)點內(nèi)，可以安放6排共計660個柜子，樣機設計了一排柜子，機身尺寸為1.2x1.2x1m，本系統(tǒng)的樣機的機械系統(tǒng)按實物3：1尺寸制造，快遞件存儲柜按1：1尺寸制造。

1.2 控制系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)包含微控制器、LCD顯示模塊、按鍵、XYZ三個方向的步進電機及其驅(qū)動器、位置檢測傳感器、電源模塊等組成。

1.3 機械系統(tǒng)組成

機械系統(tǒng)由支架、同步帶系統(tǒng)、絲桿組成。

支架采用鋁合金結(jié)構(gòu)，使用三角形支撐角對支架進行固定，到達樣機所需要的強度。

機械手的水平方向的X、Y方向采用同步帶系統(tǒng)進行驅(qū)動，機械手的上下方向控制采用滾珠絲杠。運行速度快。

貨柜采用玻璃貨架結(jié)構(gòu)，按照實物尺寸1：1制造，9個儲物柜；前臺柜子使用木料制造。

1.4 氣動系統(tǒng)組成

氣動系統(tǒng)由真空泵、氣管、吸盤、三通閥等組成。

2．硬件結(jié)構(gòu)

電路組成方框圖見圖1。系統(tǒng)由以STC12A5C32S2為中心的控制部分、電源部分、位置檢測部分、按鍵部分、吸盤真空泵控制部分、X方向驅(qū)動、Y方向驅(qū)動、Z方向驅(qū)動和LCD顯示部分組成?？刂撇糠忠許TC12A5C32S2為核心。STC12A5C32S2是STC公司的增強型8051內(nèi)核的單片機。片內(nèi)含F(xiàn)lashROM32K、SRAM有1280字節(jié)、存在EEPROM、44個通用I/O、八路A/D轉(zhuǎn)換等八路10位A/D轉(zhuǎn)換器，強大的片內(nèi)功能模塊使得外圍電路設計十分簡單。由單片機STC12A5C32S2控制完成位置檢測、機械手臂控制、取件和存件的信息顯示和控制輸出等多項功能。

圖1：電路組成方框圖

2.1 位置檢測模塊

采用微型開關作位置檢測，用來檢測規(guī)定的位置，常用ON/OFF兩個狀態(tài)值，用于檢測機器人的起始原點、終點位置和某個確定位置，規(guī)定的位移量或力作用在微型開關的可動部分，微型開關的電氣觸點接通或斷開，控制器STC12A5C32S2檢測到電氣觸點接通信號，向電機驅(qū)動部分發(fā)出動作或停止信號，控制機器人工作或停止。

2.2 按鍵模塊

按鍵模塊是由14個按鍵組成復合功能，其中一個表示功能鍵F1，一個確定按鍵，一個刪除鍵，一個表示功能鍵F2，其他為0-9數(shù)字。

2.3 吸盤真空泵控制模塊吸盤真空泵控制模塊是由控制器STC12A5C32S2控制真空泵動作與停止。

2.4 機器人驅(qū)動模塊

機器人驅(qū)動模塊是由三臺步進電動機和步進電機驅(qū)動器組成。由控制器STC12A5C32S2控制三臺步進電動機的工作與停止，可以讓機器人停止在空間任意位置。

2.5 LCD顯示模塊

LCD顯示模塊采用128×64的液晶顯示器，用來顯示取件人的信息，提示輸入信息的正確與錯誤。

3．快遞件自動派發(fā)機器人的軟件設計

控制軟件采用模塊化設計，由主程序、輸出顯示模塊、鍵盤識別處理模塊、機械手取件處理模塊、機械手存件處理模塊等組成。

主程序完成P4口為普通I/O口、LCD顯示、取件與存件狀態(tài)標志位的初始化，啟動取件模塊，調(diào)用按鍵處理模塊、顯示控制模塊。主程序流程圖見圖2。

取件處理模塊：輸入手機后4位和取件號后，智能機械手系統(tǒng)到達指定的箱號，抓取快件，快速返回前臺；取件流程圖見圖3。

圖3. 取件流程圖

存件處理模塊：將快件放在前臺，輸入貨主手機后4位，系統(tǒng)自動判斷是否有空儲物柜，若有，機械手自動抓取快件送入到空儲物柜，并返回取件號；若無空柜，提示滿柜。存件流程圖見圖4。

圖4. 存件流程圖

4．快遞件自動派發(fā)機器人的操作說明

4.1 快遞件自動派發(fā)機器人操作

開機默認為快件派發(fā)機器人為取件方式。按下F1+9,系統(tǒng)顯示輸入手機后四位和取件代碼。輸入手機后四位和快遞件代碼，機械手自動從柜子中取出快遞件到前臺，完成取件過程。如果輸入手機號或者快遞件代碼錯誤，提示輸入錯誤?？梢园碊el按鍵，重新輸入。

4.2 快遞件入柜操作按F1+6按鍵，系統(tǒng)進入快遞件存入柜子操作，輸入快遞件收件人的手機后4位，把快遞件放置在指定位置，系統(tǒng)自動查詢空柜子，機械手自動將快遞件送入到空柜子中去，如果沒有空柜子，則提示柜子滿，不執(zhí)行存入操作。

4.3 系統(tǒng)調(diào)試操作

第一調(diào)試模式：按下F1+F2，進入調(diào)試模式，可以獨立調(diào)試所有機械手方向柜子、氣泵、吸盤等模塊的獨立工作。

第二查詢模式：按下F1+8,進入查詢模式，系統(tǒng)自動顯示柜子代碼和快遞件收件人手機后4位。

第三快速復位模式：按下Del+Enter，系統(tǒng)自動歸位到初始位置。

5．性能分析

樣機測試時間記錄表：

樣機測試顯示，快遞件取貨過程快速，位置準確，重復性好，可靠性高。平均取件速度比人工取貨速度快?？旒詣优砂l(fā)機器人設備具有節(jié)約時間、空間、勞動力的特點，是已有國內(nèi)首選的派件工具，極大地方便了人們的生活?？旒詣优砂l(fā)設備銷售量大，用途廣泛，在機關單位、學校、醫(yī)院、住宅小區(qū)、企業(yè)等人口密集的場所均可應用，值得推廣。

[1] 于永等.51單片機C語言常用模塊與綜合系統(tǒng)設計[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008.88-94.

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A

1671-5136(2016)04-0126-02

2016-12-12

2016年湖南省教育廳科學研究課題《基于物聯(lián)網(wǎng)的智能快遞件派發(fā)機器人研究》（項目編號：16C0086）。

李桂平（1965－），女，湖南衡陽人，長沙民政職業(yè)技術學院電子信息工程學院副教授。研究方向：電子學與自動控制工程。