鄭貝貝 劉青松 鄒姍姍 楊琦

【摘? 要】隨著物流運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，在貨物的運(yùn)轉(zhuǎn)以及儲(chǔ)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(jī)場、倉庫等部門。本文基于msp430單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種貨運(yùn)機(jī)器人，可自動(dòng)循跡往返，并能自動(dòng)避障。機(jī)器人小車通過主控芯片實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的制動(dòng)、前進(jìn)、調(diào)速和轉(zhuǎn)向。

【關(guān)鍵詞】貨運(yùn)機(jī)器人;單片機(jī);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(yùn)機(jī)器人的發(fā)展，隨著市場對(duì)于運(yùn)輸自動(dòng)化裝備需求量的不斷增加，貨運(yùn)機(jī)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(chǔ)、配送各個(gè)環(huán)節(jié)，不僅提高了運(yùn)輸作業(yè)的效率，還減輕了工作人員的勞動(dòng)力度，還有利于優(yōu)化資源、降低成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的發(fā)展前景。

2.貨運(yùn)小車機(jī)器人設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的貨運(yùn)小車機(jī)器人具備一個(gè)多自由度的機(jī)械手臂，完成抓取放置等一系列動(dòng)作，同時(shí)具備往返運(yùn)輸、停止、剎車、轉(zhuǎn)彎、避讓行人、自動(dòng)判斷是否偏離軌道等功能，并且可以無線接收控制臺(tái)發(fā)來的指令。貨運(yùn)小車機(jī)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(jī)相連。有效探測距離可達(dá)5厘米。通過調(diào)節(jié)電位器，最遠(yuǎn)可以達(dá)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(hào)為開關(guān)量，信號(hào)處理簡單，使用非常方便等優(yōu)點(diǎn)，還增加了探測距離調(diào)節(jié)器，改進(jìn)了探測距離，加強(qiáng)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(huì)增加到20cm甚至更遠(yuǎn)。

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(yùn)用無線收發(fā)芯片PT2262和PT2272。編碼芯片PT2262的編碼信號(hào)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(hào)后，經(jīng)過比較和校驗(yàn)，輸出高電平的VT腳。同時(shí)，相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。PT2262/2272是一對(duì)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(dá)531441。該套無線收發(fā)芯片操作簡單，價(jià)格合適，工作穩(wěn)定性強(qiáng)。

2.3控制模塊

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

3.傳感器的選擇與應(yīng)用

3.1避障傳感器

貨運(yùn)機(jī)器人要求具有避障功能。障礙物在運(yùn)輸過程前一定距離出現(xiàn)，需要及時(shí)停車并發(fā)出安全警報(bào)。由于本機(jī)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(dá)兩米多。通過被測物對(duì)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(hào)通過發(fā)射器上射出，接收器根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測。當(dāng)前方有障礙物出現(xiàn)，傳感器檢測并傳輸信號(hào)給控制系統(tǒng)，系統(tǒng)控制警報(bào)模塊和驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行安全報(bào)警和停止前進(jìn)的動(dòng)作，直至障礙物清除。選用蜂鳴器加燈光，作為提示。因?yàn)榉澍Q器具有體積?。ㄖ睆街挥衛(wèi)lmm）、重量輕、價(jià)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(shí)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(jī)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(shí)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(jī)器人安全性能分析

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

考慮到機(jī)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(jī)器人自身的安全問題（2）機(jī)器人對(duì)人的安全問題針對(duì)上述機(jī)器人的安全問題，提出了相應(yīng)的解決措施：（1）機(jī)器人的人體工學(xué)安全措施;（2）機(jī)器人的安全監(jiān)控;（3）根據(jù)貨運(yùn)機(jī)器人的特點(diǎn)，制定并實(shí)施機(jī)器人操作和維修的安全準(zhǔn)則。

5.結(jié)論

本設(shè)計(jì)作為機(jī)器人應(yīng)用的一部分，貨運(yùn)機(jī)器人對(duì)貨運(yùn)配送進(jìn)行自動(dòng)管理，具有著人工管理無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，可以極大地提高了貨運(yùn)配送的效率。

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

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

鄭貝貝，嘉興學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生，研究方向?yàn)橹悄芸刂啤?/p>

（作者單位：嘉興學(xué)院）