物料導航智能小車設計

摘要：在制造業快速發展、自動化生產線需求逐漸增加的背景下，物料導航智能小車開始廣泛應用于工作強度高、工作環境復雜的場景，尤其可用于替代人完成具有危險性的工作，從而減少人力成本，提升企業的工作效率。但在不同的工作環境下，運送物料的小車存在一定的局限性。針對小車在運輸物料過程中無法觀察運行軌跡的問題，設計了一款帶有全球定位系統（global position system，GPS）模塊的物料導航智能小車，其具有實時定位功能，并能在計算機上顯示運動軌跡。實驗結果表明，該小車在運送物料時，能夠通過手機連接藍牙顯示位置信息。

關鍵詞：物料；導航智能小車；GPS；實時定位

中圖分類號：TP23；TN929.5 文獻標識碼：A

0 引言

目前國外的物料導航智能小車在市場上居多，且相關技術較為成熟，國內關于搬運類型的導航智能小車技術的發展較為滯后。本文設計了一款物料導航智能小車，可以實現全球定位系統（globalposition system，GPS）定位、物料運輸、超聲波避障等功能，物料在長距離運輸時，不需要工作人員的操作，可以減少工作人員的負擔，提高企業的生產效率，同時節約企業成本，促進企業的發展。

1 物料導航智能小車的特點

本文設計的物料導航智能小車采用GPS 技術獲得空間位置信息，一般包括經、緯、時等[1-2]。它通過GPS 模塊和藍牙模塊相結合發送信號，利用手機或計算機接收經緯度信息。為獲得更準確的位置，通常也可以采用與電子羅盤相結合的方式獲得方位角信息。物料導航智能小車的硬件一般采用高性能的微控制單元（microcontroller unit，MCU），如STC89C54，其主要功能是從GPS 中獲取定位信息以及電子羅盤的方位信息。通過液晶顯示器來顯示相關數據，以供使用者監測，同時還可以操縱舵機，調整馬達驅動模塊，以保證物料導航智能小車能按預定路線前進。除了導航之外，有些高檔的GPS 導航車還具有自動平衡功能，使其可以在崎嶇的地面和傾斜的環境中保持平衡。這歸功于其內部一個由加速度計和陀螺儀組成的慣性測量裝置，分別檢測物體的加速度信號和角速度信號[3-4]。

總之，物料導航智能小車綜合了多項技術，能夠實現大范圍、高精度地定位與定向，在物流、無人駕駛、環境監控等方面具有重要的應用價值。

2 物料導航智能小車軟硬件設計

物料導航智能小車的硬件[5-7] 包括主控板、超聲波模組、GPS 定位模組、機械臂模組等，軟件開發流程如圖1 所示。

超聲波模塊是實現自動引導物料導航智能小車避障功能的模塊，它主要由控制芯片電路、發射電路和接收電路等硬件電路組成。

本設計采用Keil 5 軟件進行編程，用于簡化、加速開發過程，極大提高了效率；使用STC-ISP 軟件將程序燒錄到單片機中。

3 物料導航智能小車系統的調試

物料導航智能小車采用超聲波模塊避障，其主要利用超聲波距離傳感器，測量超聲波在耦合介質中的距離[7]，通過距離的變化來探測前方是否有障礙物。超聲波避障測試結果如圖2 所示。

經過測試，物料導航智能小車在運輸的過程中遇到障礙物時，其前端的超聲波模塊能夠檢測到障礙物，小車可以自動轉向其他方向行駛，避開障礙物。

物料導航智能小車到達指定位置后，通過PS5遙控裝置控制機械臂，機械臂到達物料位置后，執行夾取動作。通過手柄控制機械臂末端執行器（夾爪），根據物料的形狀和尺寸進行夾取，在夾取物料后，控制該小車將物料放置于指定位置。機械臂測試結果如圖3 所示。

將MICRO USB 數據線連接到GPS 模塊的MICRO USB 端口上，另一頭連接到個人計算機（personal computer，PC），數據包中包含了GPS 模塊的USB 驅動程序，雙擊安裝之后，就會在設備管理器中出現串行通信端口；選中GPS，設置端口號（與設備管理器中的端口相同），然后點擊串口；本模塊采用陶瓷天線，在室外開闊場地放置，陶瓷天線朝上。本文使用調試過后的物料導航智能小車進行實驗測試，測試時間為1 ～ 10 min。

物料導航智能小車通過藍牙模塊回傳經緯度信息，在手機或計算機上顯示經緯度信息和路徑圖，以觀察它的移動軌跡。圖4 和圖5 展示了該小車在某校園內的測試結果，可以將起始點和終止點的位置信息通過藍牙回傳到手機或計算機上，并在計算機上顯示路徑信息。

4 結語

本文設計了一款物料導航智能小車，經過初步的設計、實現與檢驗，其已經具備了基本的功能，可以初步滿足對物料導航智能小車導航系統信息采集的需求。然而，本設計也存在不足之處，需要進一步深入研究。例如，打開GPS 接收模塊后，系統響應速度明顯下降，系統只顯示經緯度信息，部分信息尚未轉化為地圖。問題可能在于：硬件平臺的處理速度和可調用的資源有限；GPS 接收信號時存在信號接收不穩定的情況，出現信號的偏移；只實現了從任意點到任意點的導航定位信息，尚未實現對地圖的開發。物料導航智能小車的發展必然是智能化的，在今后的使用中，還需要對其進行不斷完善，才能更好地發揮其作用。

參考文獻

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