基于单片机的货运小车机器人设计

郑贝贝 刘青松 邹姗姗 杨琦

【摘  要】随着物流运输行业的发展，在货物的运转以及储存上，人们发展了大批的智能设备，广泛应用于车站、海港、机场、仓库等部门。本文基于msp430单片机设计了一种货运机器人，可自动循迹往返，并能自动避障。机器人小车通过主控芯片实现实现机器人的制动、前进、调速和转向。

【关键词】货运机器人;单片机;循迹;避障

1.引言

电子商务和快递物流业的迅速增长催生了货运机器人的发展，随着市场对于运输自动化装备需求量的不断增加，货运机器人在物流行业得到了广泛的应用，已经深入到仓储、配送各个环节，不仅提高了运输作业的效率，还减轻了工作人员的劳动力度，还有利于优化资源、降低成本，具有良好的经济效益和广阔的发展前景。

2.货运小车机器人设计

本文设计的货运小车机器人具备一个多自由度的机械手臂，完成抓取放置等一系列动作，同时具备往返运输、停止、刹车、转弯、避让行人、自动判断是否偏离轨道等功能，并且可以无线接收控制台发来的指令。货运小车机器人控制系统主要由L298N、msp430等芯片组成。

2.1循迹模块

采用黑白线传感器。黑白传感器是专门用来检测白底黑线或黑底白线的模块。TK-20黑白线路检测传感器为开关传感器，输出为TTL电平。可直接与单片机相连。有效探测距离可达5厘米。通过调节电位器，最远可以达到10厘米。这款黑白线传感器具有受可见光干扰小，输出信号为开关量，信号处理简单，使用非常方便等优点，还增加了探测距离调节器，改进了探测距离，加强了探测精度。如果将发射二极管换成激光发射管，探测距离将会增加到20cm甚至更远。

2.2无线收发模块

无线收发器采用封装式无线电收发装置，运用无线收发芯片PT2262和PT2272。编码芯片PT2262的编码信号由同步码、地址码、数据码构成。解码芯片PT2272在接收到信号后，经过比较和校验，输出高电平的VT脚。同时，相应的数据脚也输出高电平。PT2262/2272是一对带地址、数据编码功能的无线遥控收发芯片，采用CMOS工艺制造，功耗低，外部元件少，RC振荡电阻，工作电压范围为：2.6-15V，数据为6位，地址代码高达531441。该套无线收发芯片操作简单，价格合适，工作稳定性强。

2.3控制模块

该芯片以MSP430为主控芯片，具有足够的存储空间，可以满足系统软件的需求。具有两个中断计数器，满足本工作系统的需要，可以灵活选择各个模块的控制芯片，精确计算时间，具有良好的实效性。

3.传感器的选择与应用

3.1避障传感器

货运机器人要求具有避障功能。障碍物在运输过程前一定距离出现，需要及时停车并发出安全警报。由于本机器人不需要精确测出障碍物的距离，因此应用光电开关作为传感器，检测距离达两米多。通过被测物对光束的遮挡或反射，检测物体的位置。光电开关将输入电流转换为光信号通过发射器上射出，接收器根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。当前方有障碍物出现，传感器检测并传输信号给控制系统，系统控制警报模块和驱动模块进行安全报警和停止前进的动作，直至障碍物清除。选用蜂鸣器加灯光，作为提示。因为蜂鸣器具有体积小（直径只有llmm）、重量轻、价格低、结构牢靠，而且可以利用此模块做为转向提示。

3.2 循迹传感器

实现黑白线循迹部分方案一：红外传感器利用红外线在黑色物质上反射程度低，白色物体上反射程度高，单片机以反射回来的红外线为依据来判断黑线的位置从而决定小车的行走方式。这样的传感器在室内能够正常工作，但是在室外受阳光，灯光等外界环境干扰较大实现黑白线循迹部分方案二：黑白先传感器黑白线只出现高低电平变化，变化明显，易于区别，非常适合小车的寻迹。

4.机器人安全性能分析

安全稳定性是机器人的一项重要性能指数，提高机器人的安全稳定性能，确保其安全运行是一個重要工程，因此应该考虑机器人运行时影响工作的各种安全因素，提高运行可靠性，减少故障发生的机率。

考虑到机器人工作的环境情况，易发生事故的主要原因有以下两类：（1）机器人自身的安全问题（2）机器人对人的安全问题针对上述机器人的安全问题，提出了相应的解决措施：（1）机器人的人体工学安全措施;（2）机器人的安全监控;（3）根据货运机器人的特点，制定并实施机器人操作和维修的安全准则。

5.结论

本设计作为机器人应用的一部分，货运机器人对货运配送进行自动管理，具有着人工管理无法比拟的优点，可以极大地提高了货运配送的效率。

基金项目：本文得到嘉兴学院南湖学院大学生创新项目（NH85178413）资助

参考文献：

[1]韩腾，樊瑜瑾，李浙坤，赵培林，王俊杰等.基于无线控制的循迹搬运小车运动系统研究[J]. 昆明理工大学学报，2033，（15）：11-17.

[2]许茜.智能引导车（循迹搬运小车）设计的艺术思考.[硕士学位论文].吉林大学.2010

[3]谢存禧 张铁主编.机器人技术及其应用[M]. 北京：机械工业出版社，2012.

作者简介：

郑贝贝，嘉兴学院电气工程及其自动化专业学生，研究方向为智能控制。

（作者单位：嘉兴学院）