基于ZigBee無線組網技術的貨物載運助力機器人

汪利洋

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.204

摘 要：設計了一種基于ZigBee無線組網技術的貨物載運助力機器人，可實現貨物裝卸和運輸的智能化。此貨物載運機器人的機械結構主要由拾取機構、傳送機構、推送機構等部分組成，同時融合了激光雷達避障技術和ZigBee無線組網通訊技術，可遠程利用手機APP控制車體，實現貨物載運助力機器人的貨物拾取、運送和卸載功能。機器人適用于各類商品的分揀運輸，尤其適用快遞的產品的運輸助力，可廣泛應用于大中型網店。

關鍵詞：ZigBee無線組網 激光雷達APP控制 對射光電管

中圖分類號：TN958.98 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0204-02

物流作為國民經濟的一個新興產業，成為了我國21世紀經濟發展的重要產業和新的增長點。為滿足社會生產和消費的需要，對運輸、儲藏、裝卸搬運、配送信息處理等物流環節進行現代化控制和管理，旨在提供給客戶高效、經濟、舒適的服務。國外貨物載運助力機器和貨物載運助力機器行業發展已經趨于成熟，而我國仍然處于發展初期，產品仍需不斷的完善，貨物載運助力機器在適用范圍上并沒有得到最大的拓展，企業的研發能力也較弱，所以未來企業如何滿足市場的多樣化需求是行業發展的關鍵。該文設計了一種貨物載運助力機器人，可通過手機APP控制實現貨物的智能化運輸裝卸，可廣泛應用于網店貨物載運、快遞載運、農作物載運等基本建設之中。

1 機器人工作原理

貨物載運助力機器人如圖1所示，由傳送帶傳動系統、對射光電管組、雙曲柄機構、氣動連桿等組成。此貨物載運助力機器人是一款能通過手機APP控制服務型機器，可完成不同環境中的貨物的拾取→傳送→運輸→卸載。其主要由以下5個部分組成：拾取機構、傳送機構、推送機構、控制系統、壁障裝置。具體工作原理如下。

拾取機構——該裝置結合了雙搖桿機構與光電傳感器工作原理。當外伸的光電傳感器檢測到前方有物品時，會將信號發射給電路控制中心，再由控制中心發出一個指令，控制舵機組的轉動，從而帶動桿組運動完成貨物拾取的動作。

傳送機構——傳送系統采用柔性帶傳動，由一個直流12v減速電動機提供動力，以驅動傳送機構將貨物從底部運送至貨箱。

推送機構——推送機構主要由三部組成（儲存貨箱，對射光電管，電動連桿），當對射光電管檢測到儲存貨箱裝滿時，由控制中心發出指令，氣動連桿向上推動貨箱，傾倒貨物，完成貨物的卸載工作。

控制系統——手機APP軟件的控制命令通過WiFi網絡發送至網關模塊（控制中心），控制中心可控制對射光電管、光電傳感器、氣動連桿等各機構的工作，從而完成貨物載運助力機器的行走、轉向、抓取、傳動帶運動及存儲箱裝滿檢測功能。

避障系統——避障功能可利用外伸的光電傳感器來實現，控制中心通過光電管反饋的前方的信息操控輪子的運動，可實現機器的行走，停止，轉向等動作。

2 機構介紹

2.1 拾取機構設計

如圖2所示，該結構利用平面四桿機構中雙搖桿的工作原理，主動搖桿通過支撐板兩邊的舵機實現固定角度的轉動，從而實現從動搖桿末端預定軌跡的運動。其中從動桿末端的運動軌跡經過設計和計算，可保證拾取機構順利地完成物品的拾取與分揀等動作。

2.1.1 自由度分析

（1）活動構件數，低副數目=4，高副數目

自由度

帶入計算得

由機械原理相關理論知識得F點能實現預定的圓弧運動。

（2）再由平行四邊形桿機構的設計方法。

為主動搖桿，機架，搖桿，連桿。因為，即最短桿與最長桿之和其余兩桿之和，不滿足桿長條件，此連桿機構構成雙搖桿機構。

2.2 推送機構設計

在貨箱下面安裝有一個小型的電動推桿，這種電動推桿是一種新型的電動執行機構，可在一定行程范圍內做往返運動，可退動貨箱從車身側面完成一定角度的翻轉，實現貨物的卸載。電動推桿24/12V直流永磁電機為動力源，把電機的正反旋轉運動轉化為直線往復運動。采用電動推桿作為執行機構不僅可減少采用氣動執行機構所需的氣源裝置和輔助設備，也可減少執行機構的重量。具有精度控制高、自鎖性能好、同步性強和驅動控制簡單等優點。

2.3 傳送機構

傳送機構采用柔性帶傳動，將物品從接近地面位置傳送到小車中部的貨箱中。它由位于車身一側的電動機提供主要動力，以實現皮帶的正常運轉。其中傳送帶表明經過特殊工藝加工，使其表面的摩擦力顯著增大，可防止物品在上面出現打滑等現象，傳動較平穩，噪聲小。而且帶傳動在過載時在帶輪上打滑，可防止其他器件損壞，起到了過載保護的作用。其次其結構簡單，制造和維護方便，成本低。

3 控制系統

控制系統是此貨物載助力運機器人的關鍵環節，結合了ZigBee無線組網通訊技術及凌陽SPCE061A單片機控制的嵌入式系統，并與激光雷達裝置協調配合，完成機器人的避障、貨物的拾取及卸載等功能。激光雷達與其他聲波和紅外線傳感器相比，能夠考慮到精度和速度要求，能克服超聲波避障的物理盲區和曲面探測能力弱等問題以及紅外線傳感器受探測物體的顏色、表面光滑程度影響較大等問題，能在光線弱或黑暗條件下正常工作。貨箱內部設有對射光電管，當檢測到貨物裝滿后系統發出指令，停止雙曲柄連桿和帶傳動的工作。

4 結語

該文設計的貨物載助力運機器人是一種能實現貨物的拾取、運輸和卸載的智能化過程的機器人。文中對機器人的機械結構設計利用了雙搖桿的原理，可完成貨物的拾取。此機器人可大大減輕人工作業的勞動強度，提高庫存周轉率，加速商品物流，降低流通成本，可廣泛投入到快遞行業，滿足社會需求。

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