基于STC12A5C32S2快递件自动派发机器人系统研究

李桂平

（长沙民政职业技术学院电子信息工程学院，湖南 长沙 410004）

基于STC12A5C32S2快递件自动派发机器人系统研究

李桂平

（长沙民政职业技术学院电子信息工程学院，湖南 长沙 410004）

快递件自动派发机器人系统由机械手系统、控制系统、快递件存储柜、前台组成。自动派发机器人系统是一套快件自动派发系统，主要分为机械运行装置和电子电路两部分，通过电子电路接受STC12A5C32S2单片机程序，发送命令给机械装置，由机械装置实现快件自动派发功能，由LCD显示器显示取件和存件的信息。分析了系统硬件结构，给出了主程序流程图、取件处理流程图、存件处理流程图及快递件自动派发机器人操作说明。对试验结果进行了分析。

机器运行装置；控制系统；LCD显示；STC12A5C32S2单片机

引言

学生下课后去取快件，快递件派发点门口总是排起了长长的队伍，速度慢，里面的几个工作人员忙不停。一套快件自动派发机器人系统，主要分为机械运行装置和电子电路两部分，通过电子电路接受STC12A5C32S2单片机程序，发送命令给机械装置，由机械装置实现快件自动派发功能。快递件取货过程速度快，位置准确，重复性好，可靠性高。

1．快递件自动派发机器人系统工作原理

1.1 系统组成

快递件自动派发机器人系统由机械手系统、控制系统、快递件存储柜、前台构成。

在一个长宽高分别为3mx4mx3m的小型快递件派发点内，可以安放6排共计660个柜子，样机设计了一排柜子，机身尺寸为1.2x1.2x1m，本系统的样机的机械系统按实物3：1尺寸制造，快递件存储柜按1：1尺寸制造。

1.2 控制系统组成

控制系统包含微控制器、LCD显示模块、按键、XYZ三个方向的步进电机及其驱动器、位置检测传感器、电源模块等组成。

1.3 机械系统组成

机械系统由支架、同步带系统、丝杆组成。

支架采用铝合金结构，使用三角形支撑角对支架进行固定，到达样机所需要的强度。

机械手的水平方向的X、Y方向采用同步带系统进行驱动，机械手的上下方向控制采用滚珠丝杠。运行速度快。

货柜采用玻璃货架结构，按照实物尺寸1：1制造，9个储物柜；前台柜子使用木料制造。

1.4 气动系统组成

气动系统由真空泵、气管、吸盘、三通阀等组成。

2．硬件结构

电路组成方框图见图1。系统由以STC12A5C32S2为中心的控制部分、电源部分、位置检测部分、按键部分、吸盘真空泵控制部分、X方向驱动、Y方向驱动、Z方向驱动和LCD显示部分组成。控制部分以STC12A5C32S2为核心。STC12A5C32S2是STC公司的增强型8051内核的单片机。片内含FlashROM32K、SRAM有1280字节、存在EEPROM、44个通用I/O、八路A/D转换等八路10位A/D转换器，强大的片内功能模块使得外围电路设计十分简单。由单片机STC12A5C32S2控制完成位置检测、机械手臂控制、取件和存件的信息显示和控制输出等多项功能。

图1：电路组成方框图

2.1 位置检测模块

采用微型开关作位置检测，用来检测规定的位置，常用ON/OFF两个状态值，用于检测机器人的起始原点、终点位置和某个确定位置，规定的位移量或力作用在微型开关的可动部分，微型开关的电气触点接通或断开，控制器STC12A5C32S2检测到电气触点接通信号，向电机驱动部分发出动作或停止信号，控制机器人工作或停止。

2.2 按键模块

按键模块是由14个按键组成复合功能，其中一个表示功能键F1，一个确定按键，一个删除键，一个表示功能键F2，其他为0-9数字。

2.3 吸盘真空泵控制模块吸盘真空泵控制模块是由控制器STC12A5C32S2控制真空泵动作与停止。

2.4 机器人驱动模块

机器人驱动模块是由三台步进电动机和步进电机驱动器组成。由控制器STC12A5C32S2控制三台步进电动机的工作与停止，可以让机器人停止在空间任意位置。

2.5 LCD显示模块

LCD显示模块采用128×64的液晶显示器，用来显示取件人的信息，提示输入信息的正确与错误。

3．快递件自动派发机器人的软件设计

控制软件采用模块化设计，由主程序、输出显示模块、键盘识别处理模块、机械手取件处理模块、机械手存件处理模块等组成。

主程序完成P4口为普通I/O口、LCD显示、取件与存件状态标志位的初始化，启动取件模块，调用按键处理模块、显示控制模块。主程序流程图见图2。

取件处理模块：输入手机后4位和取件号后，智能机械手系统到达指定的箱号，抓取快件，快速返回前台；取件流程图见图3。

图3. 取件流程图

存件处理模块：将快件放在前台，输入货主手机后4位，系统自动判断是否有空储物柜，若有，机械手自动抓取快件送入到空储物柜，并返回取件号；若无空柜，提示满柜。存件流程图见图4。

图4. 存件流程图

4．快递件自动派发机器人的操作说明

4.1 快递件自动派发机器人操作

开机默认为快件派发机器人为取件方式。按下F1+9,系统显示输入手机后四位和取件代码。输入手机后四位和快递件代码，机械手自动从柜子中取出快递件到前台，完成取件过程。如果输入手机号或者快递件代码错误，提示输入错误。可以按Del按键，重新输入。

4.2 快递件入柜操作按F1+6按键，系统进入快递件存入柜子操作，输入快递件收件人的手机后4位，把快递件放置在指定位置，系统自动查询空柜子，机械手自动将快递件送入到空柜子中去，如果没有空柜子，则提示柜子满，不执行存入操作。

4.3 系统调试操作

第一调试模式：按下F1+F2，进入调试模式，可以独立调试所有机械手方向柜子、气泵、吸盘等模块的独立工作。

第二查询模式：按下F1+8,进入查询模式，系统自动显示柜子代码和快递件收件人手机后4位。

第三快速复位模式：按下Del+Enter，系统自动归位到初始位置。

5．性能分析

样机测试时间记录表：

样机测试显示，快递件取货过程快速，位置准确，重复性好，可靠性高。平均取件速度比人工取货速度快。快件自动派发机器人设备具有节约时间、空间、劳动力的特点，是已有国内首选的派件工具，极大地方便了人们的生活。快件自动派发设备销售量大，用途广泛，在机关单位、学校、医院、住宅小区、企业等人口密集的场所均可应用，值得推广。

[1] 于永等.51单片机C语言常用模块与综合系统设计[M].北京：电子工业出版社,2008.88-94.

[2] 郭天祥.51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社. 2010.3：266-309.

[3] 李科杰.新编传感器技术手册[M].北京：国防工业出版社, 2002.182-186.

TM93

A

1671-5136(2016)04-0126-02

2016-12-12

2016年湖南省教育厅科学研究课题《基于物联网的智能快递件派发机器人研究》（项目编号：16C0086）。

李桂平（1965－），女，湖南衡阳人，长沙民政职业技术学院电子信息工程学院副教授。研究方向：电子学与自动控制工程。