智能物流搬運小車

李淼鑫 劉炎楊 劉竟波 項波

摘? 要：近年來隨著電商的崛起，快遞物流行業也進行了翻天覆地的變化，各大小省市每天的物流量也在逐年增漲，但是各地的物流分揀依舊依靠人工進行，如今已經進入智能化，自動化的時代，人工分揀不僅會出現分揀錯誤的情況，而且工作效率很低，所以一款可以智能分揀的機器人就顯得尤為重要。該項目為一款智能化物流搬運機器人，機器人內部集成有一款高自由度且帶位置反饋的機械臂，可以連接網絡接收搬運任務，物流識別系統，以及一些其他功能。同時項目相比較市面其他機器人，具有研發成本低，操作簡單，工作效率高等特點。別項目的研發致力于解決物流貨物分揀和搬運問題，幫助各地區物流分揀人員提高效率，節省人工資源，將智能機器人融入人們的日常生活中。

關鍵詞：智能化; 自動化; 分揀機器人

1 引言

目前物流行業中，主要的勞力環節集中在物流分揀和搬運方面，但是由于近年來國家日益發展，人民生活水平的提高，體力勞動者也漸漸減少，并且隨著時間的推移，體力勞動只會更加罕見，而這些最基礎的工作又不能缺失，所以這些純體力勞動的工作必然要被機器所代替，同時使用機器不僅可以節省財力，也能保證人員安全，更加省心省力。

2? ?原理與設計

項目的設計理念是打造一款可以通過互聯網技術物流任務，對物流進行搬運和分揀，進而節省勞動力;機器人設計為三段結構，為了能夠實現物流平穩運輸和機器人的全方位移動，機器人底盤采用二段式車輛設計，使用麥克納姆輪實現全方位移動;二層為空置層，設計有貨物卡扣結構，保證物流在運輸過程中的穩定;第三層安裝多自由度機械臂，實現物流搬運過程，同時機械臂具備位置反饋功能，可進行遙控教點，控制方式簡單等特點（結構如圖1所示）。

3? ?硬件設計與實現

3.1硬件設計

該智能物流搬運小車的硬件設計使用多片STM32單片機相互協調進行工作、使用ESP8266連接物聯網領取物流任務碼、利用openmv進行物流識別、采用工業級飛特總線舵機自行設計機械臂，使用特制的遙控手柄可以進行位置校點、使用麥克納姆輪可實現全方位移動如圖2所示，同時電機使用三項無刷電機，已進行速度閉環處理。

產品使用綠色能源，使用12V航模電池進行供電，首先通過三個工業級降壓模塊分多路降低為7.2V、5V、3.3V，其中機械臂和電機使用12V電源，機械爪使用7.2V供電，5V為傳感器，顯示和物料識別電源，3.3V為單片機工作電壓;整個作品中共使用了7片單片機，其中四片進行路徑識別，一片用了圖像識別，一片用來位置識別，一片用來處理所有數據;制作過程中考慮到電源干擾，將電路板進行了分例設計，其中主控電路為單獨一輛，并且大部分為信號線，傳感器也為小電流傳感器，另外一塊為驅動板，整個機器人運動中產生的大電流多從此電路板中發出，保證信號的純凈，并且可能在運動中產生大電流的設備信號線進行單向處理，使其無法形成反擊電動勢擊壞單片機。

3.3機械臂設計

我們根據物理力學知識和參考目前市面上成熟的工業機械臂，決定采用三段式的結構進行設計，在想法初立階段，我們設計了圖3中的機械臂，該機械臂其實已基本滿足了我們的使用需求，但是在實際使用中，我們發現機械臂存在抖動現象，同時在不改變此機械臂結構的基礎了進行了多款舵機測試，均存在此問題，同時在使用中舵溫度過高。

機械臂抖動無疑會增加分揀的準確性，通過力矩計算，我們發現初代機械臂存在不合理的設計，于是在數據的加持下我們設計了第二款機械臂，并采用總線舵機，使用總線舵機的好處是我們可以隨時得知機械臂各關節的相應位置，并且與理想位置進行偏差計算，實現機械臂的位置閉環，這樣的處理無疑使機械臂的準確度實現質的變化，圖4是我們的二代機械臂。

但是二代機械臂在長時間工作下依舊會出現抖動問題，相比較初代機械臂雖然提升了不少，但是依舊有改進空間，于是我們設計了圖5所示的第三代機械臂，該款機械臂添加了可條件力臂和關節的功能，可自主修改臂長，同時保留的二代機械臂的特點，同樣使用總線舵機，可實現閉環操作。

3.4手抓設計

由于機械的局限性，我們實驗了多種手抓的設計方式，但是除了仿生手外沒有其他的結構可實現萬能抓取，最終我們決定拓展受力面積來穩固物料抓取，就是在機械爪的上面和下面添加樹脂打印的防滑齒，我們可以根據物料來修改手抓上的防滑齒，進行不同物料的搬運如圖6所示。

3.5程序流程

機器人在未送到搬運指令前，在任務等待區等待搬運任務碼的發起，等到發送任務碼后機器人獲得出發指令，前往貨車停靠處搬運物流到消毒場所進行消毒處理，而后掃描物流上的二維碼，獲取二維碼上的二級地區，進行第二次搬運和分揀，當前任務完成后，返回任務等待區等待系統發放新的任務。

整個搬運過程及如上所示，但為了使貨物搬運準確，我們還需要進行圖像處理和尋路識別，通過自制的九路尋跡傳感器，可以在不同環境下學習當前環境的光線，和閾值進行對比，而后把傳感器收到的模擬值轉換成數字值，把信號發送給主處理器，圖像處理的方法與其類似。

4 結 論

如今社會，人民依舊還處在一個探索階段，并且我國人民還未能把自動化和智能化與自己的生活結合起來，雖然目前社會的主要勞動力還是一些85后、90后，但是早晚會有年輕的一代接手這個社會，可是如今的新一代青年多半是嬌生慣養長大的，他們的思維活躍，實現自動化的重擔必將由他們擔起，到那時，一些繁瑣的勞動就會被機器人所代替，所以我們處于時代的開始，是一個探索階段，未來會有更好的自動化、智能化的產品面世，我們需要不斷學習，不斷創新，才能不被這個社會所淘汰;本產品方便二次開發，未來的發展也會向模塊化方向拓展，使機器人可以適應更多情況的實用。

參考文獻

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天津市大學生創新創業訓練計劃資助項目，項目編號：0808