自主移動式搬運機器人設(shè)計

自主移動式搬運機器人設(shè)計

0種自主抗料機器人獨立移動機器人主要用于柔性加工線、自動倉儲等場所的物動環(huán)境運行。本研究模擬真實的工作環(huán)境,設(shè)計出一種小型的自主移動式搬運機器人。該機器人可從起點(卸料區(qū))出發(fā),沿預先設(shè)定的路線自主行駛,到達終點(裝料區(qū))后,自主完成裝料作業(yè)。之后,機器人尋線返回,自主完成卸料作業(yè)。1機器人組成機器人的整體結(jié)構(gòu),如圖1所示。它由機器人底盤、物料裝卸機構(gòu)、傳感器模塊和控制系統(tǒng)四部分組成。1.1下層塑料板電機的安裝機器人底盤由兩層塑料板組成支撐架,上層塑料板主要安裝有控制貨叉移動的電機M3、電池盒,下層塑料板主要安裝有控制系統(tǒng)的電路板、萬向輪、驅(qū)動輪、驅(qū)動輪電機M1和M2。在尋線傳感器和控制系統(tǒng)的作用下,機器人底盤可沿預先設(shè)定的路線自主行駛。1.2導向桿的裝置物料裝卸機構(gòu)由貨叉、導向桿、電機M3和多個傳感器組成。貨叉由多根較短的桿件組成,成直角狀,其水平桿件的前部裝有2個紅外反射式障礙物傳感器。導向桿由2根較長的桿件組成,垂直固定在機器人底盤上,其頂部和底部各裝有1個接觸開關(guān)。導向桿一方面對貨叉的上、下移動起導向作用,另一方面利用其上的2個接觸開關(guān)可以控制貨叉的上、下移動距離。電機M3通過繩索帶動貨叉上、下移動。1.3傳感器模塊傳感器模塊由尋線檢測傳感器、障礙物檢測傳感器、起點/終點判別傳感器及貨叉行程接觸開關(guān)組成。1.3.1紅外傳感器4個尋線檢測傳感器選用國產(chǎn)的ST-188型反射式紅外線傳感器,其檢測距離可達40mm,安裝在機器人的底部。利用黑色吸光和白色反光的原理,機器人可以識別黑白色,從而實現(xiàn)對預先設(shè)置的黑線的追蹤。1.3.2反射式紅外傳感器為了降低成本和簡化電路設(shè)計,2個障礙物檢測傳感器也選用ST-188型反射式紅外線傳感器。當機器人在行駛中檢測到前方有障礙物時,立即停止前進,原地等待,直至障礙物消失再繼續(xù)前進。1.3.3非線性傳感器起點、終點判別傳感器還是選用ST-188型反射式紅外線傳感器。在接近起點和終點處各裝有一個白色擋塊,當機器人駛達起點或終點時,白色擋塊使起點或終點判別傳感器產(chǎn)生反射信號,從而啟動機器人開始卸料或裝料作業(yè)。1.3.4導向桿頂部模板開關(guān)思想2個接觸開關(guān)選用普通的微型行程開關(guān)。機器人駛達終點時進行裝料作業(yè),貨叉向上移動,當貨叉碰壓到導向桿頂部的行程開關(guān)時,啟動機器人開始返回行程;機器人駛達起點時進行卸料作業(yè),貨叉向下移動,當貨叉碰壓到導向桿底部的行程開關(guān)時,啟動機器人開始下一輪的工作循環(huán)。1.4監(jiān)控器控制系統(tǒng),如圖2所示。它由STC89C52單片機、ISP接口電路、電源模塊、電機驅(qū)動模塊及傳感器接口模塊組成。1.4.1降壓機/降壓機及選擇STC89C52單片機是兼容8051內(nèi)核的新一代高速/低功耗單片機。其主要特點是:片上集成有512B的RAM、8kB的Flash,工作頻率可達48MHz,具有ISP功能,完全可以滿足本機器人控制系統(tǒng)的需要。1.4.2所需編程器為2采用合成編程平臺的電路在控制電路板上做一個ISP接口,就可以用PC機通過串口線直接對電路板上的單片機編程,無需專用編程器,不僅簡化了編程操作,也方便了系統(tǒng)的調(diào)試工作,有利于縮短系統(tǒng)的開發(fā)周期。STC89C52單片機的ISP接口電路,如圖3所示。它由一片MAX232串口電平轉(zhuǎn)換芯片U1及一個9針的串口插座J1組成。1.4.3穩(wěn)定電壓的傳遞由8節(jié)電池組成的電池組為機器人提供兩組電壓?？刂葡到y(tǒng)所需的5V穩(wěn)定電壓由電池組經(jīng)三端集成穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓后提供,電機所需的12V驅(qū)動電壓則由電池組直接提供。1.4.4機驅(qū)動芯片3個電機均選用12V的直流減速電機,采用兩片集成式電機驅(qū)動芯片L293D來驅(qū)動。L293D的控制端可與單片機直接相連,其電源Vcc取5V;L293D的輸出端電流達到1A,可直接驅(qū)動電機,其電源Vdd取12V。1.4.5傳感器接口模塊8個ST-188型反射式紅外線傳感器的信號均通過比較器LM324整形后輸入單片機,2個接觸開關(guān)的信號則可直接輸入單片機。2機器人的運行過程機器人的工作循環(huán),如圖4所示。它分為4個過程:機器人從起點(卸料區(qū))出發(fā),尋線向終點(裝料區(qū))行駛;在終點處進行裝料作業(yè);從終點尋線返回起點;在起點處進行卸料作業(yè)。2.1機器人行駛控制策略機器人從起點向終點行駛的過程中,通過檢測4個尋線傳感器的狀態(tài)來感知機器人與黑線之間的位置關(guān)系,從而控制機器人沿預先設(shè)定的黑線軌跡行走。機器人在行駛的過程中一直處于卸載狀態(tài),該狀態(tài)下貨叉位于導向桿的底部極限位置。系統(tǒng)復位時,機器人處于卸載狀態(tài)。2.2貨叉電機3.2停轉(zhuǎn)當機器人駛達終點時,白色擋塊觸發(fā)終點判別傳感器,機器人停止尋線行駛,驅(qū)動輪的2個電機M1和M2停轉(zhuǎn),同時啟動貨叉電機M3正轉(zhuǎn),貨叉帶著物料沿導向桿向上移動,當貨叉在向上移動過程中碰壓到導向桿頂部的接觸開關(guān)時,貨叉電機M3停轉(zhuǎn),驅(qū)動輪的2個電機M1和M2啟動,機器人開始尋線返回行程。2.3傳感器的狀態(tài)機器人從終點返回起點的過程中,同樣是通過檢測4個尋線傳感器的狀態(tài)來感知機器人與黑線之間的位置關(guān)系,從而控制機器人沿預先設(shè)定的黑線軌跡返回。在此過程中,機器人一直處于裝載狀態(tài),該狀態(tài)下的貨叉位于導向桿的頂部極限位置。2.4叉電機3回轉(zhuǎn)當機器人返回起點時,白色擋塊觸發(fā)起點判別傳感器,機器人停止尋線行駛,驅(qū)動輪的兩個電機M1和M2停轉(zhuǎn),同時啟動貨叉電機M3反轉(zhuǎn),貨叉帶著物料沿導向桿向下移動,當貨叉在向下移動過程中碰壓到導向桿底部的接觸開關(guān)時,貨叉電機M3停轉(zhuǎn)。系統(tǒng)延時3s后(等待卸下的物料被移走),驅(qū)動輪的兩個電機M1和M2啟動,機器人開始下一輪的工作循環(huán)。在起點和終點處物料的移出和送入需由人工完成。若要實現(xiàn)機器人的完全自主工作循環(huán),則需在起點和終點處裝有物料自動輸送機構(gòu)。3模式2,正常行駛機器人從起點或終點出發(fā)后,每隔50ms讀取一次P1口。若前方有障礙物(即P1.4腳或P1.5腳檢測到反射信號),則機器人原地等待;若到達終點或起點(即P1.7腳或P1