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1、第30卷第2期苏州大学学报(工科版)Vol130No.22010年4月JOURNALOFSUZHOUUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCEEDITION)Apr.2010文章编号:1673-047X(2010)-02-0062-05一款分拣搬运机器人的设计黄宗杰,王富东,杨春晖,马红卫(苏州大学机电工程学院,江苏苏州215021)摘要:结合机器人竞赛,介绍了一款分拣搬运机器人的设计和具体实现。机器人以SST89E564RD单片机为控制器,辅以传感器模块、步进电机驱动模块和机械手模块,能够按照预先规划好的
2、路线行走,并在行走的过程中完成对色块的夹取、放置的动作。关键词:分拣搬运机器人;SST89E564RD单片机;步进电机驱动;机械手中图分类号:TP311文献标识码:A0引言分拣搬运机器人是可以进行自动化搬运作业的工业机器人。当今社会,随着生产条件日益现代化,劳动生产率要求越来越高,企业更注重效率,机器人在社会各领域的作用越来越大,对机器人的研究成为热门话题,各项机器人比赛也备受人们的关注。本文针对第三届江苏省机器人大赛中的分拣搬运机器人项目,设计了一款能够满足比赛要求的机器人。1比赛规则比赛过程:自主分拣搬运机器人由启动区
3、边线出发,在正五边形上自动寻找带颜色的色块,然后抓取或推动色块放置到对应颜色的存储区,比如红色块要放入红存储区。在指定的时间内搬运色块的数目多者为胜,若成绩相同则时间较短者为胜。色块的放置:色块为直径4cm、高2cm的空心塑料块,色块按照图中的指示放置,蓝色球放在五边形每条边的中点,红色球放置在五边形的顶点。搬运规则:机器人把色块搬运到对应的放置区,机器人每次搬取的个数不限,但每次搬运色块的颜色必须相同。机器人在搬运过程中,除正在搬运的色块外不可以碰撞五边形区域内的其他色块。2比赛场地比赛场地尺寸及位置如图1所示,左下角红
4、色区域为红色块放置区,右下角蓝色区域为蓝色块放置区,黄色区域为机器人启动区。其中存储区外的黑线为宽1cm的黑色引导线。中间正五边形为色块放置区,正五边形的边长为50cm。正五边形与启动区在同一中轴线上,如图中虚线所示(实际场地无虚线)。场地的其他区域均为白色。场地周边为白色高20cm的围栏(在比赛规则中,五边形指正五边形的边线,五边形区域指正五边形边线及其围绕的内部区域)。收稿日期:2009-10-10作者简介:黄宗杰(1984-),男,硕士研究生,主要研究方向为智能控制。第2期黄宗杰,王富东,杨春晖,等:一款分拣搬运机器
5、人的设计633系统硬件设计3.1机器人整体设计本机器人采用三轮车身结构,其结构示意图如图2所示。两前轮分别利用两个步进电机驱动以控制方向和速度,后轮为万向轮,起平衡作用。该结构可以方便地实现对机器人的控制,最大的特点是可以实现原地转向,灵活且效率高。图1比赛场地示意图图2机器人结构示意图本机器人采用SST89E564RD单片机作为控制核心,采用步进电机、舵机为动作器件,使用L298集成块驱动电路驱动步进电机,使用舵机带动机械手夹取物块。加上光电传感器的配合,完成前进、后退、寻迹、左转、右转、机械手的张开与闭合等动作。系统框
6、图如图3所示。图3系统框图3.2电源模块本机器人需要两类电源:一类是供给单片机、传感器、舵机工作的电源,通常为5V,约数十至百毫安;另一类为步进电机驱动电源,电压为12V,电流在数百毫安至数安培之间。综合考虑各种方案后,本机器人最终采用一组12V的电池作为电源,一方面直接给步进电机供电,另一方面采用LM2940作为电压转换器,降压成5V供给单片机、传感器和舵机。另外,为了消除舵机对单片机和传感器电路造成的干扰,单独采用一片LM2940为舵机供电。3.3传感器模块本机器人采用反射式红外光电传感器,其应用电路如图4所示。当红外
7、光电二极管D1发出的光照射在白色区域上时,反射光很强,高灵敏度光电晶体管Q1导通,输出低电平;当D1发出的光照射在黑色引导线上时,反射光很弱,光电晶体管Q1截止,输出高电平。从光电晶体管出来的信号经过一个反相器后输入到单片64苏州大学学报(工科版)第30卷机,供单片机使用。当反相器输出为高电平时,说明传感器位于白色区域上;当反相器输出为低电平时,说明传感器位于黑色引导线上。光电传感器位于机器人的车身前部,其位置分布如图5所示,中间三个传感器恰好能保证都检测到黑色引导线。将5个传感器并排安放在机器人小车底盘下部,其分布垂直于
8、机器人行走的方向,中间3个传感器用于寻迹,两端的2个传感器用于判断机器人的车身是否垂直于引导线。图4传感器电路图5传感器位置分布图当机器人沿着引导线行走时,S2、S3、S4工作。当S2输出为高电平时,说明S2偏离了引导线,机器人有向左偏的趋势,需要向右进行调整;当S4输出为高电平时,说明S4偏离了引导线
