基于單片機的貨運小車機器人設計

鄭貝貝 劉青松 鄒姍姍 楊琦

【摘? 要】隨著物流運輸行業的發展，在貨物的運轉以及儲存上，人們發展了大批的智能設備，廣泛應用于車站、海港、機場、倉庫等部門。本文基于msp430單片機設計了一種貨運機器人，可自動循跡往返，并能自動避障。機器人小車通過主控芯片實現實現機器人的制動、前進、調速和轉向。

【關鍵詞】貨運機器人;單片機;循跡;避障

1.引言

電子商務和快遞物流業的迅速增長催生了貨運機器人的發展，隨著市場對于運輸自動化裝備需求量的不斷增加，貨運機器人在物流行業得到了廣泛的應用，已經深入到倉儲、配送各個環節，不僅提高了運輸作業的效率，還減輕了工作人員的勞動力度，還有利于優化資源、降低成本，具有良好的經濟效益和廣闊的發展前景。

2.貨運小車機器人設計

本文設計的貨運小車機器人具備一個多自由度的機械手臂，完成抓取放置等一系列動作，同時具備往返運輸、停止、剎車、轉彎、避讓行人、自動判斷是否偏離軌道等功能，并且可以無線接收控制臺發來的指令。貨運小車機器人控制系統主要由L298N、msp430等芯片組成。

2.1循跡模塊

采用黑白線傳感器。黑白傳感器是專門用來檢測白底黑線或黑底白線的模塊。TK-20黑白線路檢測傳感器為開關傳感器，輸出為TTL電平。可直接與單片機相連。有效探測距離可達5厘米。通過調節電位器，最遠可以達到10厘米。這款黑白線傳感器具有受可見光干擾小，輸出信號為開關量，信號處理簡單，使用非常方便等優點，還增加了探測距離調節器，改進了探測距離，加強了探測精度。如果將發射二極管換成激光發射管，探測距離將會增加到20cm甚至更遠。

2.2無線收發模塊

無線收發器采用封裝式無線電收發裝置，運用無線收發芯片PT2262和PT2272。編碼芯片PT2262的編碼信號由同步碼、地址碼、數據碼構成。解碼芯片PT2272在接收到信號后，經過比較和校驗，輸出高電平的VT腳。同時，相應的數據腳也輸出高電平。PT2262/2272是一對帶地址、數據編碼功能的無線遙控收發芯片，采用CMOS工藝制造，功耗低，外部元件少，RC振蕩電阻，工作電壓范圍為：2.6-15V，數據為6位，地址代碼高達531441。該套無線收發芯片操作簡單，價格合適，工作穩定性強。

2.3控制模塊

該芯片以MSP430為主控芯片，具有足夠的存儲空間，可以滿足系統軟件的需求。具有兩個中斷計數器，滿足本工作系統的需要，可以靈活選擇各個模塊的控制芯片，精確計算時間，具有良好的實效性。

3.傳感器的選擇與應用

3.1避障傳感器

貨運機器人要求具有避障功能。障礙物在運輸過程前一定距離出現，需要及時停車并發出安全警報。由于本機器人不需要精確測出障礙物的距離，因此應用光電開關作為傳感器，檢測距離達兩米多。通過被測物對光束的遮擋或反射，檢測物體的位置。光電開關將輸入電流轉換為光信號通過發射器上射出，接收器根據接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。當前方有障礙物出現，傳感器檢測并傳輸信號給控制系統，系統控制警報模塊和驅動模塊進行安全報警和停止前進的動作，直至障礙物清除。選用蜂鳴器加燈光，作為提示。因為蜂鳴器具有體積小（直徑只有llmm）、重量輕、價格低、結構牢靠，而且可以利用此模塊做為轉向提示。

3.2 循跡傳感器

實現黑白線循跡部分方案一：紅外傳感器利用紅外線在黑色物質上反射程度低，白色物體上反射程度高，單片機以反射回來的紅外線為依據來判斷黑線的位置從而決定小車的行走方式。這樣的傳感器在室內能夠正常工作，但是在室外受陽光，燈光等外界環境干擾較大實現黑白線循跡部分方案二：黑白先傳感器黑白線只出現高低電平變化，變化明顯，易于區別，非常適合小車的尋跡。

4.機器人安全性能分析

安全穩定性是機器人的一項重要性能指數，提高機器人的安全穩定性能，確保其安全運行是一個重要工程，因此應該考慮機器人運行時影響工作的各種安全因素，提高運行可靠性，減少故障發生的機率。

考慮到機器人工作的環境情況，易發生事故的主要原因有以下兩類：（1）機器人自身的安全問題（2）機器人對人的安全問題針對上述機器人的安全問題，提出了相應的解決措施：（1）機器人的人體工學安全措施;（2）機器人的安全監控;（3）根據貨運機器人的特點，制定并實施機器人操作和維修的安全準則。

5.結論

本設計作為機器人應用的一部分，貨運機器人對貨運配送進行自動管理，具有著人工管理無法比擬的優點，可以極大地提高了貨運配送的效率。

基金項目：本文得到嘉興學院南湖學院大學生創新項目（NH85178413）資助

參考文獻：

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[3]謝存禧 張鐵主編.機器人技術及其應用[M]. 北京：機械工業出版社，2012.

作者簡介：

鄭貝貝，嘉興學院電氣工程及其自動化專業學生，研究方向為智能控制。

（作者單位：嘉興學院）