邊佳慧 葛付婷 徐宇

摘要：該運(yùn)輸車主要由主控系統(tǒng)、載貨平臺(tái)升降機(jī)構(gòu)、夾持貨物機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、檢測(cè)模塊等組成。設(shè)計(jì)采用STM32F103作為主控核心，載貨平臺(tái)始終保持與地面平行。通過陀螺儀傳感器讀取角度，GPS定位裝置、圖像傳輸功能以及光電開關(guān)，可以自主行走并躲避障礙以及準(zhǔn)確定位。該設(shè)計(jì)有效解決了多地形搬運(yùn)物品的問題，有效的提高了搬運(yùn)的效率、貨物的安全以及大大節(jié)省了人力。經(jīng)過實(shí)際測(cè)試證明該運(yùn)輸車具有很好的搬運(yùn)效率，能夠很好的工作模擬。

關(guān)鍵詞：陀螺儀;GPS定位裝置;運(yùn)輸車;多地形

引言

隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人代替了人進(jìn)行勞動(dòng)，從而大大的解放了勞動(dòng)力，但是在室內(nèi)外貨物的搬運(yùn)依舊還是需要大量勞動(dòng)力。例如：在有很多城市內(nèi)仍然有沒有安裝電梯的居民樓人們?cè)谶\(yùn)輸家電時(shí)將浪費(fèi)大量的勞動(dòng)力。在果蔬運(yùn)輸時(shí)，一些大型的運(yùn)輸車無法進(jìn)入種植場地，只能由人力運(yùn)輸?shù)酵獠?，再通過運(yùn)輸車運(yùn)輸?shù)街付ǖ胤剑由戏N植場地道路復(fù)雜，在運(yùn)輸過程中容易出現(xiàn)磕碰造成果蔬的損傷，這樣既浪費(fèi)了大量的勞動(dòng)力，又不能保證果蔬質(zhì)量，工作效率低。在室內(nèi)外運(yùn)輸貨物時(shí)，搬運(yùn)人員將會(huì)浪費(fèi)大量勞動(dòng)力去把貨物運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢?，再返回繼續(xù)搬運(yùn)貨物，并且在運(yùn)輸一些貴重物品、易碎物品時(shí)不能保重貨物的安全性。若能設(shè)計(jì)出一種自平衡調(diào)節(jié)平臺(tái)的運(yùn)輸車，它完全可以作為人類搬運(yùn)的替代工具，能夠在狹窄的樓梯、室內(nèi)外復(fù)雜的環(huán)境下完成對(duì)家電、藥品、生鮮類和易碎類物品運(yùn)輸，這樣能夠在運(yùn)輸?shù)倪^程中，保證貨物的安全性，不會(huì)造成需多損失，節(jié)省了大量的勞動(dòng)力。在機(jī)器人這個(gè)科技領(lǐng)域中發(fā)展最快最為流行的就是服務(wù)機(jī)器人，服務(wù)機(jī)器人的出現(xiàn)解決了人們生活的需要?jiǎng)趧?dòng)力的場所，服務(wù)機(jī)器人的產(chǎn)生大大減少了勞動(dòng)力，提高了工作效率。所以，現(xiàn)在研究出的運(yùn)輸車能夠適應(yīng)多種復(fù)雜地形和運(yùn)輸多種貨物并具有的智能化程度高將會(huì)是未來運(yùn)輸車發(fā)展的走向。

1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)包括控制系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)、夾持機(jī)構(gòu)、自平衡升降機(jī)構(gòu)、圖像傳輸部分、GPS定位、檢測(cè)模塊，總體設(shè)計(jì)框圖見圖1。

1.1設(shè)計(jì)原理

采用推桿電機(jī)與平行四桿機(jī)構(gòu)的配合，系統(tǒng)先判斷是否有角度的產(chǎn)生，當(dāng)有角度產(chǎn)生時(shí)先通過單片機(jī)內(nèi)部PID計(jì)算，將得到數(shù)值賦值PWM，驅(qū)動(dòng)推桿電機(jī)動(dòng)作，從而推動(dòng)連接軸，帶動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)，當(dāng)滑塊產(chǎn)生偏移時(shí)，四桿機(jī)構(gòu)隨之變化使載貨平臺(tái)保持水平。采用推桿電機(jī)其推桿電機(jī)的自鎖能力和承載能力將會(huì)保證載貨平臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過程中保持穩(wěn)定不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)。

1.2夾持機(jī)構(gòu)

本設(shè)計(jì)為解決在運(yùn)輸過程中夾緊貨物使貨物在平臺(tái)穩(wěn)定，故搭載了夾持機(jī)構(gòu)。夾持機(jī)構(gòu)采用滑塊與推桿電機(jī)的配合，當(dāng)單片機(jī)得到信號(hào)時(shí)將會(huì)驅(qū)動(dòng)推桿電機(jī)動(dòng)作，這時(shí)活動(dòng)擋板隨之移動(dòng)，滑塊在軌道上進(jìn)行移動(dòng)，與活動(dòng)擋板同時(shí)移動(dòng)。

2軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通上電時(shí)首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，當(dāng)初始化串口、陀螺儀、時(shí)鐘、ADC采值、GPS完畢后進(jìn)入main函數(shù)當(dāng)中進(jìn)行變量的初始化。程序開始先檢測(cè)壓力傳感器數(shù)值判斷是否有貨物，如果沒有貨物保持不動(dòng)，否則進(jìn)行下一步，運(yùn)輸車開始運(yùn)行，光電傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)控制電機(jī)避障，在運(yùn)行過程中陀螺儀檢測(cè)是否有角度產(chǎn)生，將角度的數(shù)值經(jīng)過處理，通過PID算法控制電機(jī)，使載貨平臺(tái)保持水平，然后再進(jìn)行判斷角度，沒有角度產(chǎn)生則繼續(xù)運(yùn)輸，有角度產(chǎn)生則再進(jìn)行上一步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，GPS在運(yùn)輸中實(shí)時(shí)發(fā)送衛(wèi)星位置。具體工作流程如上圖2所示。

2.1夾持貨物流程

本設(shè)計(jì)采用HX711稱重模塊，當(dāng)放上貨物時(shí)，程序用AD采集數(shù)值，采用均值濾波，設(shè)計(jì)連續(xù)間隔20us采集，把10次數(shù)值累加之后再除以10得到數(shù)值，連續(xù)得到均值濾波后的數(shù)值進(jìn)行比較，判斷貨物是否已經(jīng)平穩(wěn)放上，當(dāng)判斷數(shù)值偏差較小，則推桿電機(jī)進(jìn)行貨物的夾緊，運(yùn)輸車開始運(yùn)輸動(dòng)作;當(dāng)數(shù)值偏大則運(yùn)輸車保持不動(dòng)。夾持貨物流程圖見圖3所示。

2.2載貨平臺(tái)自平衡的流程

本設(shè)計(jì)采用電機(jī)與mpu6050陀螺儀的配合，單片機(jī)采集到的陀螺儀產(chǎn)生的角度，將采集的數(shù)值先進(jìn)行冒泡排序和均值濾波，濾波之后的數(shù)值再根據(jù)角度 得到電機(jī)需要轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和角度，并給推桿電機(jī)一個(gè)PWM信號(hào)使其到達(dá)平衡點(diǎn)，再采集到達(dá)平衡點(diǎn)后的運(yùn)輸車的實(shí)時(shí)角度，再將該角度值反饋到單片機(jī)進(jìn)行比較，從而形成閉環(huán)控制。載貨平臺(tái)自平衡的流程圖如圖4所示。

3結(jié)論

針對(duì)無電梯樓層間、室內(nèi)外中短距離的場所及復(fù)雜地形的家電、藥品、生鮮類和易碎類物品運(yùn)輸，載貨平臺(tái)始終保持與地面平行。推桿電機(jī)具有自鎖功能，該設(shè)計(jì)可以自主行走并躲避障礙以及準(zhǔn)確定位。行走機(jī)構(gòu)采用履帶式底盤，反應(yīng)靈敏，耗能較低，電機(jī)采用差速方式轉(zhuǎn)向，在樓梯等復(fù)雜地形轉(zhuǎn)向更加靈活迅速。有效解決了多地形搬運(yùn)物品的問題，有效的提高了搬運(yùn)的效率、貨物的安全以及大大節(jié)省了人力。

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該項(xiàng)目由青島黃海學(xué)院校級(jí)國創(chuàng)項(xiàng)目《自平衡運(yùn)輸車》（X2020133200 72）支持。

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