基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的貨物載運(yùn)助力機(jī)器人

汪利洋

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

摘 要：設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的貨物載運(yùn)助力機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)貨物裝卸和運(yùn)輸?shù)闹悄芑４素浳镙d運(yùn)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由拾取機(jī)構(gòu)、傳送機(jī)構(gòu)、推送機(jī)構(gòu)等部分組成，同時(shí)融合了激光雷達(dá)避障技術(shù)和ZigBee無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)，可遠(yuǎn)程利用手機(jī)APP控制車體，實(shí)現(xiàn)貨物載運(yùn)助力機(jī)器人的貨物拾取、運(yùn)送和卸載功能。機(jī)器人適用于各類商品的分揀運(yùn)輸，尤其適用快遞的產(chǎn)品的運(yùn)輸助力，可廣泛應(yīng)用于大中型網(wǎng)店。

關(guān)鍵詞：ZigBee無(wú)線組網(wǎng) 激光雷達(dá)APP控制 對(duì)射光電管

中圖分類號(hào)：TN958.98 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（b）-0204-02

物流作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，成為了我國(guó)21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)和新的增長(zhǎng)點(diǎn)。為滿足社會(huì)生產(chǎn)和消費(fèi)的需要，對(duì)運(yùn)輸、儲(chǔ)藏、裝卸搬運(yùn)、配送信息處理等物流環(huán)節(jié)進(jìn)行現(xiàn)代化控制和管理，旨在提供給客戶高效、經(jīng)濟(jì)、舒適的服務(wù)。國(guó)外貨物載運(yùn)助力機(jī)器和貨物載運(yùn)助力機(jī)器行業(yè)發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，而我國(guó)仍然處于發(fā)展初期，產(chǎn)品仍需不斷的完善，貨物載運(yùn)助力機(jī)器在適用范圍上并沒(méi)有得到最大的拓展，企業(yè)的研發(fā)能力也較弱，所以未來(lái)企業(yè)如何滿足市場(chǎng)的多樣化需求是行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。該文設(shè)計(jì)了一種貨物載運(yùn)助力機(jī)器人，可通過(guò)手機(jī)APP控制實(shí)現(xiàn)貨物的智能化運(yùn)輸裝卸，可廣泛應(yīng)用于網(wǎng)店貨物載運(yùn)、快遞載運(yùn)、農(nóng)作物載運(yùn)等基本建設(shè)之中。

1 機(jī)器人工作原理

貨物載運(yùn)助力機(jī)器人如圖1所示，由傳送帶傳動(dòng)系統(tǒng)、對(duì)射光電管組、雙曲柄機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)連桿等組成。此貨物載運(yùn)助力機(jī)器人是一款能通過(guò)手機(jī)APP控制服務(wù)型機(jī)器，可完成不同環(huán)境中的貨物的拾取→傳送→運(yùn)輸→卸載。其主要由以下5個(gè)部分組成：拾取機(jī)構(gòu)、傳送機(jī)構(gòu)、推送機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、壁障裝置。具體工作原理如下。

拾取機(jī)構(gòu)——該裝置結(jié)合了雙搖桿機(jī)構(gòu)與光電傳感器工作原理。當(dāng)外伸的光電傳感器檢測(cè)到前方有物品時(shí)，會(huì)將信號(hào)發(fā)射給電路控制中心，再由控制中心發(fā)出一個(gè)指令，控制舵機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)桿組運(yùn)動(dòng)完成貨物拾取的動(dòng)作。

傳送機(jī)構(gòu)——傳送系統(tǒng)采用柔性帶傳動(dòng)，由一個(gè)直流12v減速電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，以驅(qū)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)將貨物從底部運(yùn)送至貨箱。

推送機(jī)構(gòu)——推送機(jī)構(gòu)主要由三部組成（儲(chǔ)存貨箱，對(duì)射光電管，電動(dòng)連桿），當(dāng)對(duì)射光電管檢測(cè)到儲(chǔ)存貨箱裝滿時(shí)，由控制中心發(fā)出指令，氣動(dòng)連桿向上推動(dòng)貨箱，傾倒貨物，完成貨物的卸載工作。

控制系統(tǒng)——手機(jī)APP軟件的控制命令通過(guò)WiFi網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至網(wǎng)關(guān)模塊（控制中心），控制中心可控制對(duì)射光電管、光電傳感器、氣動(dòng)連桿等各機(jī)構(gòu)的工作，從而完成貨物載運(yùn)助力機(jī)器的行走、轉(zhuǎn)向、抓取、傳動(dòng)帶運(yùn)動(dòng)及存儲(chǔ)箱裝滿檢測(cè)功能。

避障系統(tǒng)——避障功能可利用外伸的光電傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，控制中心通過(guò)光電管反饋的前方的信息操控輪子的運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器的行走，停止，轉(zhuǎn)向等動(dòng)作。

2 機(jī)構(gòu)介紹

2.1 拾取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖2所示，該結(jié)構(gòu)利用平面四桿機(jī)構(gòu)中雙搖桿的工作原理，主動(dòng)搖桿通過(guò)支撐板兩邊的舵機(jī)實(shí)現(xiàn)固定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)從動(dòng)搖桿末端預(yù)定軌跡的運(yùn)動(dòng)。其中從動(dòng)桿末端的運(yùn)動(dòng)軌跡經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和計(jì)算，可保證拾取機(jī)構(gòu)順利地完成物品的拾取與分揀等動(dòng)作。

2.1.1 自由度分析

（1）活動(dòng)構(gòu)件數(shù)，低副數(shù)目=4，高副數(shù)目

自由度

帶入計(jì)算得

由機(jī)械原理相關(guān)理論知識(shí)得F點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的圓弧運(yùn)動(dòng)。

（2）再由平行四邊形桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。

為主動(dòng)搖桿，機(jī)架，搖桿，連桿。因?yàn)椋醋疃虠U與最長(zhǎng)桿之和其余兩桿之和，不滿足桿長(zhǎng)條件，此連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成雙搖桿機(jī)構(gòu)。

2.2 推送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

在貨箱下面安裝有一個(gè)小型的電動(dòng)推桿，這種電動(dòng)推桿是一種新型的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可在一定行程范圍內(nèi)做往返運(yùn)動(dòng)，可退動(dòng)貨箱從車身側(cè)面完成一定角度的翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)貨物的卸載。電動(dòng)推桿24/12V直流永磁電機(jī)為動(dòng)力源，把電機(jī)的正反旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。采用電動(dòng)推桿作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)不僅可減少采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的氣源裝置和輔助設(shè)備，也可減少執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重量。具有精度控制高、自鎖性能好、同步性強(qiáng)和驅(qū)動(dòng)控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 傳送機(jī)構(gòu)

傳送機(jī)構(gòu)采用柔性帶傳動(dòng)，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(cè)的電動(dòng)機(jī)提供主要?jiǎng)恿Γ詫?shí)現(xiàn)皮帶的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。其中傳送帶表明經(jīng)過(guò)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(xiàn)打滑等現(xiàn)象，傳動(dòng)較平穩(wěn)，噪聲小。而且?guī)鲃?dòng)在過(guò)載時(shí)在帶輪上打滑，可防止其他器件損壞，起到了過(guò)載保護(hù)的作用。其次其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和維護(hù)方便，成本低。

3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是此貨物載助力運(yùn)機(jī)器人的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，結(jié)合了ZigBee無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)及凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)控制的嵌入式系統(tǒng)，并與激光雷達(dá)裝置協(xié)調(diào)配合，完成機(jī)器人的避障、貨物的拾取及卸載等功能。激光雷達(dá)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(qū)和曲面探測(cè)能力弱等問(wèn)題以及紅外線傳感器受探測(cè)物體的顏色、表面光滑程度影響較大等問(wèn)題，能在光線弱或黑暗條件下正常工作。貨箱內(nèi)部設(shè)有對(duì)射光電管，當(dāng)檢測(cè)到貨物裝滿后系統(tǒng)發(fā)出指令，停止雙曲柄連桿和帶傳動(dòng)的工作。

4 結(jié)語(yǔ)

該文設(shè)計(jì)的貨物載助力運(yùn)機(jī)器人是一種能實(shí)現(xiàn)貨物的拾取、運(yùn)輸和卸載的智能化過(guò)程的機(jī)器人。文中對(duì)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)利用了雙搖桿的原理，可完成貨物的拾取。此機(jī)器人可大大減輕人工作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高庫(kù)存周轉(zhuǎn)率，加速商品物流，降低流通成本，可廣泛投入到快遞行業(yè)，滿足社會(huì)需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 嚴(yán)金云.電機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3] 常勇.按行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿（導(dǎo)塊）機(jī)構(gòu)的解析法[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2002（3）.

[4] 劉迎春.現(xiàn)代新型傳感器原理與應(yīng)用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1998.

[5] 劉愛(ài)華.傳感器原理與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[6] 賀向東.雙搖桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].廈門理工學(xué)院學(xué)報(bào)，1995（3）：57-60.

[7] 姜仲.ZigBee技術(shù)與實(shí)訓(xùn)教程——基于CC2530的無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.