B2C電商解決方案
2011～2018年我國AGV市場新增量及增長情況如圖1所示, 由此可見, 我國對AGV的需求量在逐步增大。
根據本次機器人所要實現的搬運、導航、避障等功能, 對控制系統進行五大模塊的設計:
(1) 主控模塊:主要對系統內起到各個模塊的平衡作用。
(2) 電源及管理模塊:電源是機器人的動力源泉。
(3) 運動控制模塊:機器人在接收指令后通過直線行走、轉彎等運動到指定位置。
(4) 避障模塊:通過紅外光電傳感器檢測障礙物, 并及時做出規避動作。
(5) 定位模塊:機器人通過二維碼信息采集技術進行導航定位, 按規定路線進行運行。
構成主要包括搬運機器人的底盤、舉升設施以及傳感器等。物流機器人的底盤是機器人的重要外圍設計, 對機器人的整體結構起到支撐作用。
外殼屬于保護部件, 對內部結構起保護作用。機器人舉升設施是用來實現舉升、裝卸的關鍵部分, 保證機器人可靠行走的部件則為傳感器。
倉儲搬運機器人內部結構示意圖如圖2所示。倉儲物流搬運機器人主體支架由上下兩層組成。其中主要包括控制單元、避障裝置、驅動裝置、導航定位裝置、舉升設備等部件。
本次設計采用兩輪驅動方式, 為了提高機器人承載重物的能力, 選擇使用兩個萬向輪分擔負載。如圖3所示。
此外本次運用Solidworks軟件對機器人的車輪進行設計, 并利用以前所制作的3D打印技術, 對機器人車輪進行打印。
出于本次設計的倉儲物流機器人運行速度低, 功率也不高, 因此, 采用直流電機作為驅動系統足夠滿足此次設計。機器人車體本身重量m1=3 kg, 最大負重m2=10 kg, 最大移動速度v=0.3 m/s。設最大加速度a=0.3 m2/s, 取滑動摩擦系數μ=0.2, 安全裕量k=2, 機械傳動效率η=0.8, 并假設兩個驅動電機在理想情況下機械特性、功率曲線一樣, 則機器人正常工作時所需總驅動功率為:
本文采用兩個直流無刷電機進行驅動, 并考慮安全裕量, 故單個電機功率需求為:
根據電機功率進一步計算電機轉矩T, 本文采用輪子直徑T=650 mm, 所需最大轉矩為:
T=fr=μ (m1+m2) gr
=0.2× (3+10) ×9.8×0.0325=0.8281 N·m
根據機器人移動速度和驅動輪輪徑, 可計算得到機器人電機所需轉速n為:
n=60V/2πr= (60×0.3) / (2π×0.0325) =88.1473 r/min
本次研究選用鋰電池作為機器人的動力源泉, 所選電池參數如表1所示。
如果在行進過程中遇到障礙物擋住發出的光線, 則會使發射出的紅外光線中的一部分反射回來, 通過收光裝置之后, 會輸出一個信號, 然后經過系統的控制所傳遞出的信息使機器人立即停止行進。
倉儲搬運機器人系統的功能需求分析圖如圖4所示, 由圖分析機器人需要接收上位機信號并執行指令, 將貨物搬運至工作區再返回到出發區。途中機器人還需向上位機對機器人的狀態、信息進行反饋。對于所述要求, 倉儲搬運機器人需要具有數據采集功能以及搬運等功能。
在模擬搬運環境中, 地面貼有二維碼地標, 每個二維碼標志攜帶有位置信息, 使用專門模塊掃描二維碼獲取地標信息從而獲取位置信息。
其中數據為二維碼對應的位置信息以及是否存在貨架, 如果檢測存在貨架, 則機器人需要原地旋轉180°, 并等待舉升機構的動作。
倉儲搬運機器人裝有3個灰度傳感器, 如圖5所示。
首先將3個灰度傳感器從左向右分別如圖5編號。機器人沿中心循跡時, ②號傳感器能夠檢測, ①號、③號傳感器不檢測。灰度傳感器掃過引導線時, 傳感器會輸出高信號, STM32首先對高信號進行統計, 之后取高信號編號的平均值, 與平均值做差, 以此來判斷機器人是否偏移, 然后進行誤差修正。
機器人通過用電動推桿將貨物舉起。本次使用的電動推桿伸縮量可以達到100 mm, 使用位置閉環控制對電機進行控制, 反饋電動推桿上下移動的距離則取決于編碼器脈沖數, 由于電動推桿本身自帶限位開關, 由此特性來控制是否正常工作。
本次產品有以下特點: (1) 采用3D打印技術制造機器人零部件:使用Solidworks軟件對倉儲搬運機器人的零部件進行設計, 通過3D打印技術打印機器人部分組成零件。 (2) 二維碼掃描技術進行指令識別:本機器人主要采用二維碼掃描技術來進行導航定位并且實現指令的識別。 (3) 采用四輪設計的驅動方式:在兩輪驅動的基礎上, 配合兩個萬向從動輪, 以此提高倉儲搬運機器人承載重物的能力。 (4) 實現智能追蹤, 擁有避障功能:通過紅外傳感器來實現機器人的尋跡和安全避障。
本次機器人成品圖如圖6所示。
圖6 機器人成品圖
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