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    一种仓库搬运机器人分类入库系统的设计

      信息来源:   发布时间:2021-11-13  点击数:

    1 搬运机器人总体设计分析

    智能仓库是物流过程中的一个环节,智能仓库的应用,使我们物流环节的速度大大加快,在企业生产管理中起重要性作用。该系统设计的是一个小型的轮胎搬运机器人,模拟人类辨别货物和搬运入库的能力。搬运机器人将不同颜色的货物分类之后运送到设定的货区,搬运完后自主回到待命区。

    根据机器人入库分类系统使得搬运机器人进行以下工作:搬运机器人从待命区出发,在未分类的货物放置区里自动抓取带颜色的货物,判别货物颜色,根据货物颜色选择货区路径,然后按照路径将抓取到的货物放置到其对应颜色的货区上。比如抓取了红色货物后,搬运机器人直走至拐弯处,拐弯下行至路径选择点,根据所判断的货物颜色选择路径,将货物搬入红色货区。搬运机器人在运输的过程中,按照摆放顺序依次抓取一个货物,判别颜色后,依次送入对应颜色的货区,直到仓库上没有货物之后,搬运机器人自动回到启动区上小车区。

    2 搬运机器人的硬件设计分析

    该系统设计的搬运机器人选用三个轮胎的结构,车体前方的两个轮胎分别配用一个电机进行驱动,车体后边的一个后轮使用的是随动万向轮,不必配用电机驱动模块,就可达到灵活转向,且起到了平衡作用。运动机构选择直流电机,具有简单且调速方便的优势。

    根据搬运机器人的设计目标,选用舵机配合机械手来对货物的进行抓取动作。建议使用Arduino 1自由度机械手臂。

    当搬运机器人前进时,利用红外测距传感器探测货物是否进入其机械手夹取范围内。

    该系统采用了LED白光灯提供照射光源。要实现将红、黄、蓝这3种不同颜色货物放到对应颜色的货区的功能,重点就是能够辨别货物的颜色的三基色的值。设计采用了TCS3200D颜色传感器,工作原理是货物颜色通过调节滤波器滤出该货物颜色的原色,进一步检测滤出的原色中R、G、B的成分。

    人为规定A、B、C 3个仓库的到达路径以及取货路径。若是未检测到货物,则原路返回。当主动轮转轴以固定的角速度旋转时,每当一个小磁钢转过霍尔开关,霍尔开关便输出一个脉冲,计算出行走路程的脉冲数,即可确定搬运机器人行走的距离。

    设计选择了以STC12C5A60S2作为搬运机器人的微控制器的增强型8051单片机。

    步进电机也叫步进器,它利用电磁学原理,将电能转换为机械能。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机,是现代数字程序控制系统中的主要执行元件,应用极为广泛。我们将步进电机与单片机相连并给予电源,在系统识别出小球的颜色以后,单片机给步进电机一个脉冲,步进电机根据这个脉冲转动相应的角度,使小球进入到与它颜色相对应的位置,完成颜色的分拣。步进电机作为一个轴,轴上面是一个特制原板,原板上面有个圆弧放置小球。当步进电机转动时带动挡板可以来控制小球的方向。我们还要给步进电机加一个驱动源来驱动它。通过控制步进电机的步数可以控制步进电机转动的度数,360°是397步。当识别为红色时,步进电机转动60°,红色小球进入蓝色洞中;当识别为绿色时,步进电机转动120°,绿色小球进入绿色洞中;当识别为蓝色时步进电机转动180°,蓝色小球进入蓝色洞中。单片机P1.0口接电动机1B端口,p1.1口接电动机2B接口,p1.2接电动机3B接口。

    3 搬运机器人的电路设计分析

    该系统中的搬运机器人采用了L298作为其直流电机驱动模块的驱动核心,用1个L298芯片能够同一时间驱动两个直流电动机。STC12C5A60S2单片机自己带的PWM波来控制ENB、ENA的占空比,能进一步控制电动机的转速。L298N的IN2和IN1两个引脚分别与8051单片机的P4.4、P4.5相连接,用以控制电机A正反转;IN3、IN4两个引脚分别与P4.3、P4.2相连接,用来控制电机B正反转;OUT1和OUT2接电机A,OUT3和OUT4接电机B;ENB、ENA两个控制使能端分别与P4.0、P4.1相连接,用以对电机的进行控制。舵机与STC12C5A60S2的P2.4口相连接,其工作原理为单片机产生的周期信号用以通过控制高脉冲的宽度实现舵机正反转的功能,进一步带动机械手臂抓取和归放货物。

    STC12C5A60S2芯片的P1.4口与红外测距传感器的模拟输出口相连,其工作原理为单片机将红外测距传感器输出的模拟电压转换成数字电压,然后根据数字电压的大小与预定的阈值相比较,判别出机械手的探测范围内是否有货物。

    TCS3200D颜色传感器与单片机连接,以STC12C5A60S2为微控制器的8051单片机的P2.0、P2.1分别连接S2、S3两个端口,用以选择所需要的二极管类型。

    TCS3200D颜色传感器的使能端口OE连接低电平,S0、S1两个引脚都连接高电平,输出比例因子是100%,输出引脚连接到以STC12C5A60S2为微控制器的8051单片机的定时器输入端T1上。TCS3200D颜色传感器的工作原理是用定时器/计数器T1对颜色传感器输出的脉冲数进行计数,用所计数值来确定货物颜色的原色的R、G、B三值,以此来判断货物颜色。

    4 总结

    该系统是采用以STC12C5A60S2的微控制器为核心硬件的增强型8051单片机,利用颜色传感器TCS3200D判断识别货物的颜色;利用红外测距传感器探测机械手附近环境是否存在货物,用以探测货物所在方位;利用霍尔传感器CS3020测量搬运机器人行走距离,用以测量路径;应用PWM波技术动态控制电机的转速和转动方向;本设计中的机器人控制系统是在keil uvision3软件上编辑程序来设计搬运机器人控制系统,实现机器人行走、转弯以及自动分拣等精准控制。

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