自主移动式搬运机器人设计

自主移动式搬运机器人设计

0种自主抗料机器人独立移动机器人主要用于柔性加工线、自动仓储等场所的物动环境运行。本研究模拟真实的工作环境,设计出一种小型的自主移动式搬运机器人。该机器人可从起点(卸料区)出发,沿预先设定的路线自主行驶,到达终点(装料区)后,自主完成装料作业。之后,机器人寻线返回,自主完成卸料作业。1机器人组成机器人的整体结构,如图1所示。它由机器人底盘、物料装卸机构、传感器模块和控制系统四部分组成。1.1下层塑料板电机的安装机器人底盘由两层塑料板组成支撑架,上层塑料板主要安装有控制货叉移动的电机M3、电池盒,下层塑料板主要安装有控制系统的电路板、万向轮、驱动轮、驱动轮电机M1和M2。在寻线传感器和控制系统的作用下,机器人底盘可沿预先设定的路线自主行驶。1.2导向杆的装置物料装卸机构由货叉、导向杆、电机M3和多个传感器组成。货叉由多根较短的杆件组成,成直角状,其水平杆件的前部装有2个红外反射式障碍物传感器。导向杆由2根较长的杆件组成,垂直固定在机器人底盘上,其顶部和底部各装有1个接触开关。导向杆一方面对货叉的上、下移动起导向作用,另一方面利用其上的2个接触开关可以控制货叉的上、下移动距离。电机M3通过绳索带动货叉上、下移动。1.3传感器模块传感器模块由寻线检测传感器、障碍物检测传感器、起点/终点判别传感器及货叉行程接触开关组成。1.3.1红外传感器4个寻线检测传感器选用国产的ST-188型反射式红外线传感器,其检测距离可达40mm,安装在机器人的底部。利用黑色吸光和白色反光的原理,机器人可以识别黑白色,从而实现对预先设置的黑线的追踪。1.3.2反射式红外传感器为了降低成本和简化电路设计,2个障碍物检测传感器也选用ST-188型反射式红外线传感器。当机器人在行驶中检测到前方有障碍物时,立即停止前进,原地等待,直至障碍物消失再继续前进。1.3.3非线性传感器起点、终点判别传感器还是选用ST-188型反射式红外线传感器。在接近起点和终点处各装有一个白色挡块,当机器人驶达起点或终点时,白色挡块使起点或终点判别传感器产生反射信号,从而启动机器人开始卸料或装料作业。1.3.4导向杆顶部模板开关思想2个接触开关选用普通的微型行程开关。机器人驶达终点时进行装料作业,货叉向上移动,当货叉碰压到导向杆顶部的行程开关时,启动机器人开始返回行程;机器人驶达起点时进行卸料作业,货叉向下移动,当货叉碰压到导向杆底部的行程开关时,启动机器人开始下一轮的工作循环。1.4监控器控制系统,如图2所示。它由STC89C52单片机、ISP接口电路、电源模块、电机驱动模块及传感器接口模块组成。1.4.1降压机/降压机及选择STC89C52单片机是兼容8051内核的新一代高速/低功耗单片机。其主要特点是:片上集成有512B的RAM、8kB的Flash,工作频率可达48MHz,具有ISP功能,完全可以满足本机器人控制系统的需要。1.4.2所需编程器为2采用合成编程平台的电路在控制电路板上做一个ISP接口,就可以用PC机通过串口线直接对电路板上的单片机编程,无需专用编程器,不仅简化了编程操作,也方便了系统的调试工作,有利于缩短系统的开发周期。STC89C52单片机的ISP接口电路,如图3所示。它由一片MAX232串口电平转换芯片U1及一个9针的串口插座J1组成。1.4.3稳定电压的传递由8节电池组成的电池组为机器人提供两组电压。控制系统所需的5V稳定电压由电池组经三端集成稳压器7805稳压后提供,电机所需的12V驱动电压则由电池组直接提供。1.4.4机驱动芯片3个电机均选用12V的直流减速电机,采用两片集成式电机驱动芯片L293D来驱动。L293D的控制端可与单片机直接相连,其电源Vcc取5V;L293D的输出端电流达到1A,可直接驱动电机,其电源Vdd取12V。1.4.5传感器接口模块8个ST-188型反射式红外线传感器的信号均通过比较器LM324整形后输入单片机,2个接触开关的信号则可直接输入单片机。2机器人的运行过程机器人的工作循环,如图4所示。它分为4个过程:机器人从起点(卸料区)出发,寻线向终点(装料区)行驶;在终点处进行装料作业;从终点寻线返回起点;在起点处进行卸料作业。2.1机器人行驶控制策略机器人从起点向终点行驶的过程中,通过检测4个寻线传感器的状态来感知机器人与黑线之间的位置关系,从而控制机器人沿预先设定的黑线轨迹行走。机器人在行驶的过程中一直处于卸载状态,该状态下货叉位于导向杆的底部极限位置。系统复位时,机器人处于卸载状态。2.2货叉电机3.2停转当机器人驶达终点时,白色挡块触发终点判别传感器,机器人停止寻线行驶,驱动轮的2个电机M1和M2停转,同时启动货叉电机M3正转,货叉带着物料沿导向杆向上移动,当货叉在向上移动过程中碰压到导向杆顶部的接触开关时,货叉电机M3停转,驱动轮的2个电机M1和M2启动,机器人开始寻线返回行程。2.3传感器的状态机器人从终点返回起点的过程中,同样是通过检测4个寻线传感器的状态来感知机器人与黑线之间的位置关系,从而控制机器人沿预先设定的黑线轨迹返回。在此过程中,机器人一直处于装载状态,该状态下的货叉位于导向杆的顶部极限位置。2.4叉电机3回转当机器人返回起点时,白色挡块触发起点判别传感器,机器人停止寻线行驶,驱动轮的两个电机M1和M2停转,同时启动货叉电机M3反转,货叉带着物料沿导向杆向下移动,当货叉在向下移动过程中碰压到导向杆底部的接触开关时,货叉电机M3停转。系统延时3s后(等待卸下的物料被移走),驱动轮的两个电机M1和M2启动,机器人开始下一轮的工作循环。在起点和终点处物料的移出和送入需由人工完成。若要实现机器人的完全自主工作循环,则需在起点和终点处装有物料自动输送机构。3模式2,正常行驶机器人从起点或终点出发后,每隔50ms读取一次P1口。若前方有障碍物(即P1.4脚或P1.5脚检测到反射信号),则机器人原地等待;若到达终点或起点(即P1.7脚或P1