基于壓力傳感器下的智能分揀機器人的設計

王順順

摘要：在智能機器人的研究領域，智能化和微型化的機器人將會是智慧生活的未來發展方向，而具有避障功能和智能搬運功能的智能機器人是在機器人領域的研究熱點，在民用和軍用領域應用前景廣闊。近年來隨著移動互聯網的普及和發展[1]，有效率地并且高速地解決生產需求的是現階段智能化的主要任務，目的是解放更多的勞動力并且同時也可解決在生產中的許多低效行為，同樣這些智能化設備也可以減少在生產中產生的成本，與此同時也可以節省時間的消耗。智能搬運機器人由此便誕生了，他的目的是更有效地為我們工作它可以代替人工進行貨物搬運作業，對貨物的分類，搬運和裝卸的工作就此可以交給機器人來工作，它可以代替人工對一些危險的，有放射性的，以及有毒物質進行作業，切身實處為人工解決了許許多多的問題。有了他們的存在是保證了我們在危險作業時的人身安全。它是實現了自動化，智能化，無人化的將智能生活帶進了我們的身邊，該作品是使用單片機使機器人具有更簡單的思維能力，利用壓力傳感器準確的識別物體的特性，將信息交由處理器進行分析，通過驅動系統和機械結構做出相應的反應。

關鍵詞：智能化;單片機;壓力傳感器;機器人

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）12-0231-02

Abstract： In the field of robot research， intelligent and miniscale is the future direction of the robot， and the intelligent mobile device is a research hotspot in the field of robotics， which is widely used in the field of civil and military applications. In recent years， with the popularization and development of mobile Internet [1]， an efficient solution to the production requirements and high speed is the main task of the intelligence， the purpose is to liberate more Labour and at the same time also can solve many inefficiencies in the production of behavior， these same intelligent device can reduce the cost in the production， at the same time also can save the time of the trumpet. Intelligent handling robot was born， his purpose is to more effectively work for us it can replace artificial cargo handling operations， the classification of the goods， transportation， loading and unloading of work can give this robot will work， it can replace manual for some dangerous， radioactive， homework and toxic substances， immediate effect for artificial solved many problems. Their presence ensures our personal safety in dangerous operations. It is to realize the automation， intelligence， unmanned intelligent life into our side， the work is the use of single chip microcomputer to make robot has more simple thinking ability， accurate pressure sensor characteristic of the object， will analyze the information to a processor， through the drive system and mechanical structure react accordingly.

Key words： intelligentize; singlechip; pressure sensor; robot

1 引言

分揀機器人是一種成本低廉、系統結構簡單的自動化機器人，他們可以被廣泛用在我們的生活周邊，在工業生產領域上它們代替了人工，提高了生產的效率，對未定產品質量等方面是具有顯著效果的，在人工手動切割的時候是存在主觀上的一些問題，有時候穩定性上是存在很多的問題，但是使用了機器人操作基本上是不會出現這些問題，對于智慧物流在使用分揀機器人可以將快遞入庫這一工作顯得更加的智能化，高效化，會解決許許多多的快遞入庫時產生的問題和遇見的困難，有了他們的存在不僅僅可以解放快遞入庫元的雙手，同時會使快遞入庫更加準確、高效[2]。對于垃圾分類入箱需要使用到TensorFlow的垃圾視覺分揀機器人實驗平臺[3]來對垃圾分類，簡單硬件無法對垃圾精準分類，分揀機器人的工作原理同樣需要針對不同的環境下來設計，對直角坐標需要對機器人的設計方面的要求是不同的，他對精度和速度的要求室友精準的要求的，機器人會要求選擇不同的方式去轉動，一個自由度的關節對轉動是有著極高的要求，一個自由度的影響不單單是一個小部分，更多的是一個整體的活動，同時也會更具特定的工藝工作環境選擇不同的末端夾持工具，他們會有夾具，抓手和吸盤等，對于夾具使用的場景是一些不規則的小物品的夾持，需要牢牢地將物品固定到夾具上，而使用抓手的話就是大多在一些規則的物品上了只需要通過外觀結構的特殊部分進行抓取會大大的節省對機器的消耗，在使用吸盤的話當夾持一些球狀物時會使用此工具。從而使之能滿足不同領域、不同工況的應用要求。此基于壓力識別下的分揀機器人是通過壓力識別傳感器來對物品來進行分類，通過單片機來控制機械結構部分，并利用紅外傳感器完成循跡的功能實現，基本上的分揀機器人的結構大多都不是非常高外觀比較固定化的一個框型外觀參考圖1。

2 需求分析

普通的分揀機器人是通過對成堆如山的快遞一個一個的分揀，通過開始規劃好的路線對物品進行分類，它們會將大小件不區分的進行入庫管理，更像是自動化的方式來管理這快遞和倉庫的空間容積。而此基于壓力傳感器下的機器人會經過分類快遞來入庫，通過對于快遞之間的尺寸和重量來區分各個快遞之間的外形區別，進行一個簡單的分類入庫，通過這項操作讓入庫更加的智能化，一個倉庫是可以被分為幾個區域和貨架，通過機器人小車的循跡功能最終將貨物定點的精準的放置在指定的位置上。

3設計原理

要實現此基于壓力傳感器下的智能分揀機器人需要實現以下功能，壓力傳感器和機械結構之間的信息通過單片機來溝通，激光雷達循跡功能。

（1）壓力傳感器和機械結構之間的信息溝通

壓力傳感器是有檢測和信息處理功能的它會感受壓力信號，并且按照一定的規則將壓力信號這種模擬量轉換為一種數字量最后供控制器使用。當然當一個智能設備的設計不單單是處理器智能，而需要將各個部分都進行智能化，最終將各部分整合得到一個智能設備。由此就需要一個智能的壓力傳感器。智能壓力傳感器必須要對壓力傳感器的信號去進行一個信號預處理，由于需要測量的信號是多種的，輸出信號由模擬量，數字量和開關量等，A/D轉換的輸入量并不單是壓力傳感器輸出的壓力值信號，這個模數轉換器是將時間連續，復制虛的模擬量轉換為離散的信號，那么由此就需要對電路傳感器的輸出信號建立出離散模型，并對這個離散模型的電壓信號和周期信號進行處理。由此便需要對信息進行數據處理。

其中這個智能壓力傳感器是以51單片機為核心其部分設計如下所示，如下為其設計電路圖。

（2）激光雷達循跡功能

理論上激光雷達點要先從世界坐標系經過旋轉、平移、縮放等變換轉換到相機坐標，再乘以相機內參舉證轉換到圖像坐標。但其實二維激光雷達坐標到圖像坐標的變換可以更簡潔地看成一個射影變換，二位激光的激光點就相當于俯視圖，攝像頭拍到的圖像可以想象為主視圖，而俯視圖通過乘以一個單應居正變換到主視圖的過程就是射影變換。轉換的一般形式下圖所示：

其中[xy1]是激光雷達的齊次坐標[uv1]是激光轉換到圖像坐標系后的圖像齊次坐標，我們提出h矩陣中的h_9并放到等式左邊作為縮放因子λ后，可將公式寫成如下圖形式：

上式中n舉證就是我們需要求出來的變換矩陣參數。加上收集到了k組對應點又可以將矩陣寫成如下圖形式：

至此基于壓力傳感器下的分揀機器人的設計中的兩個核心功能部分得以實現，他們保證了分揀機器人在物流分揀入庫這樣的環境下工作。

4 結語

本文介紹的是一種基于壓力傳感器下的分揀機器人，所設計的分揀機器人的核心功能分為兩部分第一部分為壓力的模擬量輸入然后通過壓力值來給機器人的機械機構部分做出相應的動作，第二部分是雷達循跡功能的實現。目前市場上的物流分揀的場合也是迫切地需要用到分揀裝置，所以通過此基于壓力傳感器的智能分揀機器人對物流行業的工作人員是有幫助的。

參考文獻：

[1] 閆妍，陶美春.基于A*算法的搬運機器人路徑規劃——以菜鳥智能倉為例[J].物流科技，2020，43（11）：160-166.

[2] 李歡.快遞入庫智能分揀機器人系統[J].科技創新與應用，2020（5）：39-41.

[3] 吳蓬勃，姚美菱，王拓，等.基于TensorFlow的垃圾分揀機器人設計[J].實驗室研究與探索，2020，39（6）：117-122.

【通聯編輯：梁書】