鄭登華，賀一烜，柏孟杰，張 星

1 智能物流小車的設(shè)計

智能物流機器人使用的材料：Arduino mega 2560 控制板，步進電機，TB6560 步進電機驅(qū)動器，全向輪（麥克納姆輪），黑白標傳感器，二維碼，OLED 顯示屏，舵機，openmv，航模電池等。

智能物流機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計：結(jié)構(gòu)設(shè)計主要分為小車底板設(shè)計，機械手設(shè)計，電路設(shè)計以及程序設(shè)計等方面。機械手和小車底板以亞克力板為原料，通過激關(guān)切割得到我們所需要的零件，然后將其組裝，得到一個完整的機械結(jié)構(gòu)，也可以通過3D 打印以及線切割等方式得到所需的零件[1]。大多數(shù)小車的底板通常為正方形或者長方形，這樣就必須采用四輪結(jié)構(gòu)，不僅耗費材料，而且因為地面摩擦力的原因，會使小車在轉(zhuǎn)向方面存在很多的問題.而我們采用的是三輪結(jié)構(gòu)，圓形底盤，通過步進電機獨有的可控轉(zhuǎn)圈數(shù)的功能，不僅能實現(xiàn)360 度無死角轉(zhuǎn)彎，而且還能提高轉(zhuǎn)向時的精準度，減少小車轉(zhuǎn)向時存在的誤差，同時，小車前進時是由兩個輪子帶動，這樣小車便有3 個方向可利用。

圖1 小車正面圖

圖2 小車側(cè)面圖

小車機械手的設(shè)計：小車機械手的主要功能是準確抓取與放置，所以用舵機控制是最好的選擇，一方面是舵機易于控制，方便調(diào)試，另一方面是舵機控制能精確到度數(shù)，提高放置物品的精確度。但在比賽中，抓取物品規(guī)則大小由抽簽決定，并且手爪部分要現(xiàn)場打印，裝配，所以機械手的結(jié)構(gòu)最好是越簡單越好，用的舵機是越少越好，如果舵機使用過多，不僅會讓調(diào)試過程變得復(fù)雜，也會使放置的誤差變大。在此建議大家用2 個舵機或3 個舵機控制，使用2 個舵機時，可采用平行4 桿結(jié)構(gòu)，一個舵機用于控制升降，另一個舵機控制抓?。ㄈ鐖D3），而3 個舵機則可以采用以上結(jié)構(gòu)（圖2）。

電路控制方面：小車用到的模塊種類很多，工作電壓也不相同，其中TB6560 步進電機驅(qū)動器的工作電壓通常是10V 到35V，其他模塊普遍是5V 供電，而電池供電則規(guī)定在12V 以內(nèi)，所以必須要使用降壓模塊給電源降壓，才能讓模塊正常的使用，也可以通過多電源控制，比如單獨給步進電機驅(qū)動器一個電源，而其他模塊一個共用電源。由于這個比賽用的模塊比較多，線路也比較復(fù)雜，所以建議大家可以制作一塊PCB 板，將用到的電源以及模塊集成在PCB 板上，這樣不僅可以減少線路的復(fù)雜度，也可以在小車出現(xiàn)故障時，快速檢查線路方面的問題。

圖3 平行四桿的機械手

程序設(shè)計方面：小車的程序涉及行走路線的規(guī)劃，小車功能的實現(xiàn)以及物品放置的精確度等等，程序比較復(fù)雜，邏輯也比較繁瑣，所以建議大家使用模塊化編程，將小車實現(xiàn)的功能做成一個庫的形式或者定義成函數(shù)的方式，使用時調(diào)用即可。而在這個程序設(shè)計中，最關(guān)鍵的便是步進電機的控制，在這里我們使用步進電機的型號是MG42S1，與之相匹配的驅(qū)動器為TB6560，同樣也可以采用TB6600，雖然兩者控制方法不同，但原理基本相同，再此我重點介紹TB6560 的控制方法，TB6560驅(qū)動器適合4.2A 以內(nèi)的42，57，86 兩相/四相/四線/六線的步進電機，步伐控制共有6 種細分方式，大家可根據(jù)需求選擇，而本文中的小車采用整步的細分方式，具體的程序{digitalWrite(CW，LOW);digitalWrite(CW1，LOW);while(j){digitalWrite(CLK，HIGH);digitalWrite(CLK1，HIGH);delayMicroseconds(500);digitalWrite(C LK，LOW);digitalWrite(CLK1，LOW);delayMicrose conds(500);j-=1;}}，其中CW 信號的高低是控制小車輪子轉(zhuǎn)動的方向，當CW 高電平或懸空時為正轉(zhuǎn)，低電平時為反轉(zhuǎn)，而CLK 的高低電平則是控制電機正常運行，需要有高低電平變化才能控制電機正常轉(zhuǎn)動，如果改變高低電平變化的時間，則還可以控制電機轉(zhuǎn)動的速度，不僅如此，該程序還能通過修改文中j 的大小實現(xiàn)控制步進電機轉(zhuǎn)指定的圈數(shù)，由于該步進電機的步距角為1.8 度，故當j=200 時剛好可以控制電機轉(zhuǎn)動一圈，也可以在while 里面加入循跡程序，這樣便可實現(xiàn)循跡加定位的功能，但這只是步進電機最簡單的控制方法，適用于初學(xué)者，如果想要實現(xiàn)步進電機更加強大的功能，大家還可以使用PID 算法控制，加入方向，加速度等功能。

2 智能物流小車的結(jié)構(gòu)與程序優(yōu)化

智能物流小車最初的結(jié)構(gòu)設(shè)計與程序設(shè)計只能算是設(shè)計者的主觀想法，如果想要在賽道上穩(wěn)定，高效的工作，還需要后期花費大量的時間進行調(diào)試與修改，例如小車完成后的結(jié)構(gòu)是否能達到比賽要求，機械手結(jié)構(gòu)是否完成其功能，小車功能是否能按照程序設(shè)計那樣運行等問題，都需要我們進行大量的場地實踐，不斷完善小車的功能。而對于小車實現(xiàn)功能方面，建議大家在編程時，不要盲目的把自己所有的程序雜合在一起，剛開始就讓小車一次性實現(xiàn)所有的功能，這樣不僅會導(dǎo)致小車功能無法實現(xiàn)，還有可能導(dǎo)致自己的程序無法編譯通過，而更為嚴重的問題是自己都無法確定小車的問題在哪里，所有建議大家在編寫總程序時，一步一步的實現(xiàn)小車的功能，例如可以先實現(xiàn)小車的行走，循跡，再進一步實現(xiàn)二維碼，顯示屏等功能，因為只有這樣你才能及時發(fā)現(xiàn)程序調(diào)試過程中的問題，這樣也方便自己檢查。

3 針對2019 年四川省智能物流小車競賽的一些策略

2019 年四川省智能物流小車于2019 年11 月份開始，完成的功能主要有二維碼掃描，顏色識別，顯示屏，物料放取，Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)通信等功能，而其中有一項規(guī)定是在4 小時內(nèi)完成小車機械爪的設(shè)計與制作，路線重新規(guī)劃與程序調(diào)試的任務(wù)，這個規(guī)定就進一步的要求參賽隊員之間要有緊密的配合，合理的分工，并且要求路徑規(guī)劃以及程序方面要足夠的精簡，這樣才有可能在4 個小時內(nèi)完成程序的編寫。對于路徑的規(guī)劃，建議大家可以使用坐標法對程序的進行設(shè)計，可以先定義一個起始坐標與方向（x，y，d），然后找到小車停止時的坐標與方向（x1，y1，d1），如第一次掃二維碼的位置與方向（6，1，2），然后兩者之差就可以得出x 方向應(yīng)走多少步，y 方向應(yīng)走多少步，中間應(yīng)旋轉(zhuǎn)多少度，并且還要將小車實時的位置記錄下來，作為下一次使用時的初始坐標（x，y，d），盡管這個方法在程序設(shè)計時比較困難，但做出了之后的程序在修改中便會變得十分簡單，這樣也可以使程序在后期修改中更加方便，也更加的智能化。

4 結(jié)語

目前，智能物流小車競賽的難度逐步變大，要求實現(xiàn)的功能也越來越多，無論是結(jié)構(gòu)設(shè)計，還是程序設(shè)計，都需要花費大量的時間，所以要求團隊成員要分工明確，相互合作，才能在競賽中取得優(yōu)異的成績。