汪弘達(dá) 熊小青 陳晟 熊易 杜瑩

摘? 要：隨著物流業(yè)的迅速發(fā)展，物品搬運(yùn)工作變得越發(fā)的枯燥，效率低下，而且工人的勞動(dòng)強(qiáng)度更是大大提高，因此解決物品搬運(yùn)的問(wèn)題顯得尤為重要。為了提高效率、減輕工人的負(fù)擔(dān)，設(shè)計(jì)了一款智能物流搬運(yùn)小車(chē)，通過(guò)控制小車(chē)的運(yùn)動(dòng)和物品的抓取以及擺放，能夠提高工作效率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，以此實(shí)現(xiàn)機(jī)器換人的目的。

關(guān)鍵詞：智能物流小車(chē);搬運(yùn);機(jī)器換人

中圖分類(lèi)號(hào)：TH692.3? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）06-0113-02

引言

“智能”物流小車(chē)可以實(shí)現(xiàn)自主循跡、規(guī)避障礙、抓放物品等功能。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的智能物流小車(chē)不僅可以解放人、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，更能提升工作效率?，F(xiàn)在物流搬運(yùn)小車(chē)的技術(shù)仍在不斷的發(fā)展，產(chǎn)品市場(chǎng)還沒(méi)有飽和，發(fā)展?jié)摿Υ螅醒芯康囊饬x;再者物流搬運(yùn)小車(chē)也順應(yīng)了機(jī)器換人的潮流。

1 設(shè)備的方案設(shè)計(jì)

1.1 運(yùn)動(dòng)方案選擇

履帶式傳動(dòng)常用在坦克、裝甲車(chē)以及某些地面行駛的機(jī)器人上，它具有良好的穩(wěn)定性能、越障性能和較長(zhǎng)的使用壽命，適合在崎嶇的地面上行駛，但是當(dāng)?shù)孛姝h(huán)境惡劣時(shí)，履帶會(huì)很快被磨損甚至磨斷。沉重的履帶和繁多的驅(qū)動(dòng)輪使得履帶式傳動(dòng)整體機(jī)構(gòu)笨重不堪，消耗的功率也相對(duì)較大，加上履帶的機(jī)構(gòu)復(fù)雜，使得履帶的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)較難。

輪式運(yùn)動(dòng)具有高速行駛的優(yōu)勢(shì)，但越野性能不強(qiáng)，適用于室內(nèi)、硬路面等相對(duì)來(lái)說(shuō)平整的路面，不適合柔軟或粗糙的地板路面。

我們最后選擇輪式運(yùn)動(dòng)作為小車(chē)運(yùn)動(dòng)方式的原因有以下幾點(diǎn)：

（1）路況一般較為平整，不需要小車(chē)有較強(qiáng)的越野能力，輪式運(yùn)動(dòng)能提高運(yùn)行速度，從而提高工作效率。

（2）輪式運(yùn)動(dòng)的價(jià)格較履帶便宜，且設(shè)計(jì)難度相對(duì)較低，拆卸方便。

（3）輪式運(yùn)動(dòng)中的全向輪，如麥克納姆輪，能夠使小車(chē)在更狹小的空間更方便的避過(guò)障礙。

1.2 底盤(pán)的設(shè)計(jì)

底盤(pán)是小車(chē)移動(dòng)的唯一方式，也是小車(chē)最為重要的一部分。底盤(pán)的設(shè)計(jì)重心主要是小車(chē)的輪子、電機(jī)和各種傳感器的安放位置。

輪子采用麥克納姆輪，除了能夠前進(jìn)、后退與轉(zhuǎn)彎外還能夠可以實(shí)現(xiàn)橫移，斜移。電機(jī)采用帶編碼器的直流電機(jī)，可以實(shí)時(shí)反饋速度，采用PID算法，使控制更加精確[1]。通過(guò)裝在車(chē)頭底部的灰度傳感器來(lái)識(shí)別路線，使車(chē)身不會(huì)偏離軌道。在上下料區(qū)域，小車(chē)采用平移來(lái)精準(zhǔn)控制位置。

1.3 物品抓取、放置設(shè)計(jì)

由于物品一般比較工整，所以我們選擇使用常見(jiàn)的機(jī)械臂來(lái)抓取物品，機(jī)械臂可以穩(wěn)定且準(zhǔn)確的抓取物品，并放置于如圖1所示由槽輪帶動(dòng)的物料倉(cāng)上。物料倉(cāng)與槽輪通過(guò)四孔相連，其擁有六個(gè)小倉(cāng)用于放置物品，物料倉(cāng)兩個(gè)小倉(cāng)之間增加一個(gè)額外的一欄能夠起到很好的減震作用。該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)輸物品，防止物品在運(yùn)輸過(guò)程中，因震動(dòng)而掉落。

2 控制方案設(shè)計(jì)

2.1 路線循跡設(shè)計(jì)

小車(chē)通過(guò)裝在車(chē)頭底部的一排至少5個(gè)灰度傳感器來(lái)識(shí)別路線：

在①處位置當(dāng)車(chē)頭處灰度傳感器識(shí)別到一整條橫線，給予小車(chē)減速的指令，緩慢行駛。

在②處位置，當(dāng)小車(chē)通過(guò)左側(cè)傳感器識(shí)別到橫線立即停下，同時(shí)位于機(jī)械爪上的條碼識(shí)別器開(kāi)始工作，逐個(gè)辨別物品，待遇到正確的物品[2]，機(jī)械手抓取物品，并將其放于物料倉(cāng)，小車(chē)重復(fù)物品識(shí)別、抓取的步驟，直至完全抓完。

在③處位置由超聲波傳感器判斷是否有障礙，若有，則驅(qū)動(dòng)麥克納姆輪的全方位移動(dòng)避過(guò)障礙。

在④處位置當(dāng)小車(chē)左側(cè)部位灰度識(shí)別器識(shí)別到橫線時(shí)小車(chē)停下，條碼識(shí)別器掃描要求的物料條形碼，然后機(jī)械手抓取對(duì)應(yīng)的料倉(cāng)上的物品放置在放料區(qū)上，重復(fù)此步驟。當(dāng)所有物料放置完畢，小車(chē)回歸原點(diǎn)，開(kāi)始下一次的運(yùn)輸（路線圖如圖2）。

2.2 避障傳感器選擇

紅外測(cè)距傳感器是用紅外線為介質(zhì)的測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量范圍廣，響應(yīng)時(shí)間短，其利用傳感器發(fā)射出一束紅外光，在照射到物體后形成的一個(gè)反射光到傳感器，然后利用發(fā)射與接收的時(shí)間差計(jì)算出小車(chē)與物體的距離[3]。

超聲波測(cè)距傳感器是利用超聲波回波測(cè)距原理來(lái)檢測(cè)傳感器與目標(biāo)物之間的距離。其中小角度，小盲區(qū)的測(cè)距傳感器具有測(cè)量準(zhǔn)確、無(wú)接觸、防水防腐蝕和低成本等優(yōu)點(diǎn)。

由于超聲波測(cè)距傳感器成本相對(duì)較低，而2種測(cè)距傳感器的精度無(wú)顯著區(qū)別，所以選擇使用超聲波測(cè)距離傳感器來(lái)作為我們的避障傳感器。

2.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

我們采用市面上常見(jiàn)的STM32F103ZET6控制器來(lái)完成小車(chē)的路線控制、條形碼識(shí)別和機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)等功能。該控制器具有成本低，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，其集成的USB轉(zhuǎn)串口電路可以實(shí)現(xiàn)一鍵傳輸，使得程序的傳輸及控制變得簡(jiǎn)單[4]。使得小車(chē)的通信、運(yùn)行和抓取變得簡(jiǎn)單。小車(chē)運(yùn)動(dòng)總體流程圖如圖3。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)與現(xiàn)有的物流小車(chē)相比，我們?cè)O(shè)計(jì)的小車(chē)具有較為明顯優(yōu)勢(shì)，其以灰度傳感器為基礎(chǔ)的識(shí)別設(shè)計(jì)，使得小車(chē)路線識(shí)別精度大大提高;以槽輪為基礎(chǔ)的物料倉(cāng)設(shè)計(jì)能夠一次搬運(yùn)多個(gè)物品，顯著提高了小車(chē)運(yùn)輸?shù)男剩⑶覝p少了物塊在小車(chē)運(yùn)輸過(guò)程中掉落等情況的發(fā)生;利用超聲波測(cè)距傳感器能很好地完成小車(chē)的避障工作。

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