智能物流搬運小車

汪弘達 熊小青 陳晟 熊易 杜瑩

摘? 要：隨著物流業的迅速發展，物品搬運工作變得越發的枯燥，效率低下，而且工人的勞動強度更是大大提高，因此解決物品搬運的問題顯得尤為重要。為了提高效率、減輕工人的負擔，設計了一款智能物流搬運小車，通過控制小車的運動和物品的抓取以及擺放，能夠提高工作效率，減輕工人的勞動強度，以此實現機器換人的目的。

關鍵詞：智能物流小車;搬運;機器換人

中圖分類號：TH692.3? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0113-02

引言

“智能”物流小車可以實現自主循跡、規避障礙、抓放物品等功能。一個設計良好的智能物流小車不僅可以解放人、降低工人的勞動強度，更能提升工作效率。現在物流搬運小車的技術仍在不斷的發展，產品市場還沒有飽和，發展潛力大，有研究的意義;再者物流搬運小車也順應了機器換人的潮流。

1 設備的方案設計

1.1 運動方案選擇

履帶式傳動常用在坦克、裝甲車以及某些地面行駛的機器人上，它具有良好的穩定性能、越障性能和較長的使用壽命，適合在崎嶇的地面上行駛，但是當地面環境惡劣時，履帶會很快被磨損甚至磨斷。沉重的履帶和繁多的驅動輪使得履帶式傳動整體機構笨重不堪，消耗的功率也相對較大，加上履帶的機構復雜，使得履帶的運動設計較難。

輪式運動具有高速行駛的優勢，但越野性能不強，適用于室內、硬路面等相對來說平整的路面，不適合柔軟或粗糙的地板路面。

我們最后選擇輪式運動作為小車運動方式的原因有以下幾點：

（1）路況一般較為平整，不需要小車有較強的越野能力，輪式運動能提高運行速度，從而提高工作效率。

（2）輪式運動的價格較履帶便宜，且設計難度相對較低，拆卸方便。

（3）輪式運動中的全向輪，如麥克納姆輪，能夠使小車在更狹小的空間更方便的避過障礙。

1.2 底盤的設計

底盤是小車移動的唯一方式，也是小車最為重要的一部分。底盤的設計重心主要是小車的輪子、電機和各種傳感器的安放位置。

輪子采用麥克納姆輪，除了能夠前進、后退與轉彎外還能夠可以實現橫移，斜移。電機采用帶編碼器的直流電機，可以實時反饋速度，采用PID算法，使控制更加精確[1]。通過裝在車頭底部的灰度傳感器來識別路線，使車身不會偏離軌道。在上下料區域，小車采用平移來精準控制位置。

1.3 物品抓取、放置設計

由于物品一般比較工整，所以我們選擇使用常見的機械臂來抓取物品，機械臂可以穩定且準確的抓取物品，并放置于如圖1所示由槽輪帶動的物料倉上。物料倉與槽輪通過四孔相連，其擁有六個小倉用于放置物品，物料倉兩個小倉之間增加一個額外的一欄能夠起到很好的減震作用。該系統能夠穩定的運輸物品，防止物品在運輸過程中，因震動而掉落。

2 控制方案設計

2.1 路線循跡設計

小車通過裝在車頭底部的一排至少5個灰度傳感器來識別路線：

在①處位置當車頭處灰度傳感器識別到一整條橫線，給予小車減速的指令，緩慢行駛。

在②處位置，當小車通過左側傳感器識別到橫線立即停下，同時位于機械爪上的條碼識別器開始工作，逐個辨別物品，待遇到正確的物品[2]，機械手抓取物品，并將其放于物料倉，小車重復物品識別、抓取的步驟，直至完全抓完。

在③處位置由超聲波傳感器判斷是否有障礙，若有，則驅動麥克納姆輪的全方位移動避過障礙。

在④處位置當小車左側部位灰度識別器識別到橫線時小車停下，條碼識別器掃描要求的物料條形碼，然后機械手抓取對應的料倉上的物品放置在放料區上，重復此步驟。當所有物料放置完畢，小車回歸原點，開始下一次的運輸（路線圖如圖2）。

2.2 避障傳感器選擇

紅外測距傳感器是用紅外線為介質的測量系統，測量范圍廣，響應時間短，其利用傳感器發射出一束紅外光，在照射到物體后形成的一個反射光到傳感器，然后利用發射與接收的時間差計算出小車與物體的距離[3]。

超聲波測距傳感器是利用超聲波回波測距原理來檢測傳感器與目標物之間的距離。其中小角度，小盲區的測距傳感器具有測量準確、無接觸、防水防腐蝕和低成本等優點。

由于超聲波測距傳感器成本相對較低，而2種測距傳感器的精度無顯著區別，所以選擇使用超聲波測距離傳感器來作為我們的避障傳感器。

2.3 控制系統設計

我們采用市面上常見的STM32F103ZET6控制器來完成小車的路線控制、條形碼識別和機械臂運動等功能。該控制器具有成本低，性能穩定等優點，其集成的USB轉串口電路可以實現一鍵傳輸，使得程序的傳輸及控制變得簡單[4]。使得小車的通信、運行和抓取變得簡單。小車運動總體流程圖如圖3。

3 結束語

通過與現有的物流小車相比，我們設計的小車具有較為明顯優勢，其以灰度傳感器為基礎的識別設計，使得小車路線識別精度大大提高;以槽輪為基礎的物料倉設計能夠一次搬運多個物品，顯著提高了小車運輸的效率，并且減少了物塊在小車運輸過程中掉落等情況的發生;利用超聲波測距傳感器能很好地完成小車的避障工作。

參考文獻：

[1]劉金琨.先進PID控制及其MATLAB仿真[M].北京：電子工業出版社，2003：34-50.

[2]盧忠亮，沈慧芳，陳杰.基于射頻識別的智能物流小車[J].江西理工大學學報，2011，32（3）：53-56.

[3]向楠，陸會娥.物流自動化智能可避障搬運小車系統設計[J].廣東石油化工學院學報，2017，27（4）：30-34.

[4]趙昆，臧鐵鋼，鄭博文.醫用智能軌道物流小車嵌入式控制系統設計[J].機械制造與自動化，2017，46（04）：192-194.

[5]侯明義.多組搬運機器人運輸算法的研究[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學，2012：03-11.

[6]宗光華，張慧慧.機器人設計與控制[M].科學出版社，2004.

[7]李志尊.UG NX CAD基礎應用與范例解析[M].機械工業出版社，2004.