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1、目錄 引言 2 1．背景和意義 2 1.1 rasberrypi平臺概述 2 1.2履帶式機器人手臂智能車系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀 3 1.3履帶式機械臂智能小車訓練控制系統(tǒng)的意義 3 2．履帶式機械臂智能小車 4 2.1履帶式機械手智能小車控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理 4 2.2履帶式機械手智能小車控制系統(tǒng)方案設(shè)計 5 2.3履帶式機械手智能小車控制系統(tǒng)的部件選擇、硬件設(shè)計與實現(xiàn)。 7 2.4履帶式機械臂智能小車控制系統(tǒng)的六個典型單元方案設(shè)計 8 2.4.1 檢測單元部份控制系統(tǒng)設(shè)計 8 2.4.2 分揀輸送單元部份控制系統(tǒng)設(shè)計 10 2.4.3 物流倉儲單元控制系統(tǒng)設(shè)計 12

2、 2.4.5條形碼貼標及識別單元控制系統(tǒng)設(shè)計 15 2.4.6 行車機械手單元控制系統(tǒng)設(shè)計 16 3 .履帶式機械臂智能小車實訓控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 17 3.1 移動偵測模塊 17 3.2 報警短信模塊 19 3.3 照片拍攝模塊 20 3.4 中文語音警告模塊 21 4.軟件設(shè)計 21 5.結(jié)論 23 摘要:近幾年來，科學家在智能汽車領(lǐng)域越來越喜歡用RaspberryPI開發(fā)平臺以其有競爭力的價格、較小的尺寸、豐富多樣的傳感器接口和強大的編程支持功能吸引了國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)行業(yè)的關(guān)注。這個為智能小車創(chuàng)造了巨大的商業(yè)價值，同時

3、這項技術(shù)在高等教育領(lǐng)域也有很好的應(yīng)用和推廣前景。本文是將RaspberryPI技術(shù)在詳細分析移動偵測系統(tǒng)原理過程中，改變工作模式，基于實現(xiàn)機制的基礎(chǔ)上，設(shè)計了履帶式機械臂智能小車系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并闡述了各個關(guān)鍵模塊的具體實現(xiàn)過程。 關(guān)鍵詞: RaspberryPI；履帶式；機械臂；物聯(lián)網(wǎng)；智能小車 引言 隨著現(xiàn)在計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展?微型傳感器技術(shù)的發(fā)展以及嵌入式高端技術(shù)的快速發(fā)展,基于嵌入式的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也得到了快速發(fā)展,近年來從歐洲傳入的RaspberryPI開發(fā)平臺以其小巧的體積?豐富多樣的傳感器接口與強大的編程支持功能受到了國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的廣泛關(guān)注?在各類履帶式機械臂智能小

4、車中,智能運輸類應(yīng)用是當前非常熱門的應(yīng)用之一?此類應(yīng)用的主要功能是在運輸貨物?搬運東西等情況進行，以便節(jié)省人力物力等?而RaspberryPI開發(fā)平臺以其具備的高性價比優(yōu)勢為實現(xiàn)開發(fā)體積小?價格低?性能穩(wěn)定的小型智能應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)開辟了一條新的途徑? 1．背景和意義 1.1 rasberrypi平臺概述 RaspberryPI是一種嵌入式計算機硬件的平臺，他的內(nèi)存大，占用體積小，由英國慈善組織 “拉斯伯瑞皮基金會”發(fā)布成立。該基金會建立這個的目的是在“改善學校的里面的計算機科學和相關(guān)的一些學科教育，使計算機的學習與使用更加有趣”。計算機平臺使用ARM11架構(gòu)處理器，開始使用簡化的Linu

5、x操作系統(tǒng)?；臼褂闷脚_的硬件的尺寸大致在80mm×50mm(也就類似于普通集成電路卡上面的尺寸)。RaspberryPI系統(tǒng)被稱為“世界上最微型的桌面”。該平臺提供了極極其的使用成本(新版RaspberryPI 3售價竟低于為35美元)。并且，它還配備了強大的開發(fā)工具以及各種各樣類型的接口，支持SD的卡支持以太網(wǎng)?支持USB?支持視音頻接口等等。目前，RaspberryPI在各種各樣嵌入式平臺開發(fā)中具有超級高的性價比。與此同時，系統(tǒng)中PI體積小，編程功能相當強大，尤其適合各種物聯(lián)網(wǎng)或者高新技術(shù)的應(yīng)用的開發(fā)。它廣泛的應(yīng)用于國內(nèi)各種物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和學校里面的計算機教育事業(yè)。自發(fā)布以來，全球

6、銷量已超過1250萬臺。 他的最新系統(tǒng)配備伯通2837處理器以及主頻700兆赫512兆內(nèi)存。同時，它提供40個GPIO接口，不僅如此他還支持wifi和藍牙連接等功能，以及其他多媒體接口等。開發(fā)環(huán)境與語言作為拉斯伯瑞皮平臺的標準編程開發(fā)語言部署在Linux系統(tǒng)中。它包含自己的一套標準庫，不僅功能十分完善，語法也十分簡單明了，內(nèi)存自我恢復功能強大。因此它非常適合系統(tǒng)過程管理和網(wǎng)絡(luò)程序開發(fā)利用。通過平臺提供的各種各樣輸入/輸出端口，Python語言也可以輕松的控制各種其他電子設(shè)備以及傳感器，并收集外部環(huán)境的大數(shù)據(jù)。 1.2履帶式機器人手臂智能車系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀 遙控機械臂的設(shè)計和制造旨在培養(yǎng)我

7、們的開發(fā)能力和實踐動手能力，以及思考問題和處理問題的能力，并且旨在將電子信息的各種各樣專業(yè)的理論知識經(jīng)過思考轉(zhuǎn)化為實踐，通過理論聯(lián)系實際，并且可以能有效提高我們的各方面綜合素質(zhì)和能力。近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的快速發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”已經(jīng)變成我們現(xiàn)代信息社會發(fā)展的趨勢。此外，各種傳感器、感應(yīng)器的開發(fā)和使用、計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和芯片集成度的迅猛提高使得自動化技術(shù)在我們的生活中日益成熟，生活方式朝著人工智能的方向快速前進。因此，我們大可以認為該機械臂小車的設(shè)計大概是基于電子信息的發(fā)展技術(shù)，通過我們各種傳感器的充分利用應(yīng)用以及與計算機還有通信網(wǎng)絡(luò)的高速結(jié)合。這使得智能汽車可以通過各種各樣的網(wǎng)絡(luò)中的聲音

8、來判斷和控制。首先，它適用于我們當今的自動控制自動技術(shù)。其次，它為智能化的發(fā)展未來研究做好了準備，鋪平了道路。 1.3履帶式機械臂智能小車訓練控制系統(tǒng)的意義 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人類社會正朝著自動化和智能化的方向快速發(fā)展。因為人手有太多的限制，例如，人手沒有太多的力量，不能在高溫、重傷風、深海、外太空等特殊環(huán)境中工作。此外，隨著高科技時代的發(fā)展，一切都不是由人手完成的。因此，有必要設(shè)計一種機械臂來代替人的手臂。此外，大多數(shù)機械臂控制系統(tǒng)并不完美，控制起來也不復雜。為了使機器人爪到達某個目的地，需要幾條控制指令，超遠程控制不能通過網(wǎng)絡(luò)進行?；谶@些問題，我們團隊計劃設(shè)計這種智能機器人手臂。控

9、制器發(fā)出指令后，手機應(yīng)用程序可以處理語音指令，然后通過互聯(lián)網(wǎng)將其發(fā)送到機械臂小車。小車自動處理指令并根據(jù)指令和周圍環(huán)境執(zhí)行相應(yīng)的動作，過程中不需要人的參與。 機械臂的設(shè)計給人們帶來了極大的便利，幫助人們完成了在異常情況下難以完成的事情，應(yīng)用廣泛，如工業(yè)制造、醫(yī)療、娛樂服務(wù)、軍事排雷、爆破、半導體制造、短途運輸和太空探索，Deep Quest可以幫助采集樣本等。設(shè)計作品主要幫助大學生了解機械臂的基本知識。培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識，提高他們的實踐能力，學習控制算法、PID和導數(shù)算法、嵌入式開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用編程、語音識別等技術(shù)。 2．履帶式機械臂智能小車 2.1履帶式機械手智能小車控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工

10、作原理 在本文設(shè)計的智能交通系統(tǒng)中，各種傳感器、通信等模塊通過拉斯伯瑞皮平臺的GPIO接口相連，完成了各種功能的有效集成。最后，智能設(shè)計一套適用于各種情況的低成本、低能耗、高效率的多工種解決方案，實現(xiàn)物品的運輸。當工作內(nèi)容行為在工作場景范圍內(nèi)完成時，處理器會立即獲取每個傳感器檢測到的異常數(shù)據(jù)變化，智能處理工作內(nèi)容處理器會立即自動識別工作環(huán)境，不僅可以在平地上工作，還可以在坑等一些困難區(qū)域正常工作。 該系統(tǒng)的工作原理如下:該系統(tǒng)基于兩種傳感器(超聲波傳感器和紅外傳感器)完成室內(nèi)外環(huán)境的環(huán)境檢測功能，室外露天庭院中的運動物體由作用范圍較大(10-20m)的超聲波傳感器完成，而紅外傳感器(范圍5

11、-6m)負責檢測相對狹窄的室內(nèi)空間中的運動物體。傳感器向拉斯伯瑞比電路板上的處理器發(fā)送信號，處理器負責打開相機拍照并將照片存儲在SD卡中。拍攝操作完成后，處理器分別調(diào)用語音報警模塊和通信模塊，并在向入侵者發(fā)送報警的同時向用戶手機發(fā)送預(yù)編程報警短信，讓用戶決定如何處理。 由于拉斯伯瑞比平臺具有配置靈活、模塊安裝/卸載容易的特點，對于沒有室外庭院的地面住宅用戶來說，通過卸載超聲波傳感器模塊可以進一步降低系統(tǒng)的使用成本。 2.2履帶式機械手智能小車控制系統(tǒng)方案設(shè)計 該系統(tǒng)由兩部分組成:手機應(yīng)用上位機的遙控部分和機械臂小車。 硬件系統(tǒng)以小車平臺為基礎(chǔ)，可以作為搬運平臺，機械手小車可以來回移動，

12、實現(xiàn)機械手的遠程控制目的。機械臂和小車平臺的控制系統(tǒng)主要由stm32核心板控制，STM 32核心板用于控制電機、舵機操作和PID調(diào)節(jié)[2]。第二個是ARM9處理器，主要用于處理信息指令。當移動電話應(yīng)用程序通過網(wǎng)絡(luò)向arm9處理器發(fā)送語音指令時，處理器執(zhí)行語音識別，將其翻譯成二級指令，然后將其發(fā)送到STM 32，STM 32在接收指令后將其翻譯成機器指令，從而控制機械臂99和汽車的動作。此外，當我們進行長途通信時，我們需要時刻密切關(guān)注汽車的狀況。此時，我們需要通過傳感器將汽車狀態(tài)和周圍環(huán)境實時傳輸給控制器，這就需要ARM9處理器對信息進行處理和傳輸。 小車平臺是所有硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，因此有必要調(diào)

13、整小車平臺，使其能夠準確到達某個位置。因此，在控制小車平臺時，我們需要它具有自動調(diào)節(jié)能力。目前，最簡單方便的自動控制算法是PID。 所謂的PID調(diào)節(jié)實際上是一種閉環(huán)自控調(diào)節(jié)。其目的是通過算法和程序控制使汽車在設(shè)計者設(shè)計的原始狀態(tài)下工作。我們知道，如果汽車在正常情況下工作，電機的參數(shù)也會非常不同，電源也會不同，工作環(huán)境也不是一個理想的環(huán)境。因此，隨著時間的推移，汽車的行走路線會發(fā)生變化，從而達不到我們的目的。因此，采用PID調(diào)節(jié)是非常必要的。根據(jù)從電機編碼器傳回的參數(shù)與設(shè)定值之間的比較，通過比例、積分和微分將參數(shù)值保持與設(shè)定值相同，然后將參數(shù)值輸入電機，從而可以精確控制小車平臺的方向，進而到達

14、預(yù)定目的地。 目前，一般有兩種PID控制方法:模擬PID控制和數(shù)字PID控制。因為我們使用芯片控制，屬于數(shù)字信號，所以我們使用數(shù)字PID控制。其中，數(shù)字PID控制還包括位置型、增量型算法、積分分離算法、梯形積分算法、模糊算法等。選擇適當?shù)乃惴ê?，?yīng)考慮參數(shù)設(shè)置?？刂破鲄?shù)設(shè)置:指確定調(diào)節(jié)器比例系數(shù)、積分時間T1、微分時間Td和采樣周期Ts的具體值。其實質(zhì)是通過改變調(diào)節(jié)器的參數(shù)使其特性與過程特性相匹配，來提高系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)指標，獲得最佳的控制效果。 調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)置一般包括理論計算設(shè)置方法和工程設(shè)置方法。理論計算方法包括對數(shù)頻率特性法和根軌跡法法。工程設(shè)置方法包括試錯法、臨界定

15、額法、經(jīng)驗法、衰減曲線法和響應(yīng)曲線法。基于我們的汽車平臺，移動速度不會太快，硬件本身的穩(wěn)定性也比較好。因此，我們采用增量式PID算法。當機械臂抓取一個物體時，物體的不同機械臂的調(diào)節(jié)將是不同的。在這一部分，我們使用模擬算法。當小車平臺到達指定位置時，我們只需要判斷方向，所以我們用試錯法來到整定參數(shù)，機械臂根據(jù)探測器反饋的物體參數(shù)用相應(yīng)的曲線進行調(diào)整。 舵機是機械手的主要部件，舵機的控制是影響機械手性能的重要因素。因此，為了準確操作機械手，有必要更好地控制轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向器一般由小型DC電機、電子控制板、可調(diào)電位器、變速齒輪組等組成。 轉(zhuǎn)向器由脈寬調(diào)制信號控制。轉(zhuǎn)向機轉(zhuǎn)軸的位置隨著占空比的變化而變

16、化。轉(zhuǎn)向機控制通常需要大約20毫秒左右的時基脈沖。脈沖的高電平部分通常是0.5毫秒左右-2.5毫秒左右范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分。如何設(shè)計該脈沖信號以使轉(zhuǎn)向機不同地旋轉(zhuǎn)這里，我們使用stm32單片機作為舵機的控制單元，原因如下:首先，stm32單片機可以模擬脈寬調(diào)制信號；其次，stm32單片機易于與舵機連接，系統(tǒng)穩(wěn)定，不易受干擾。它可以使脈寬調(diào)制信號的脈沖寬度實現(xiàn)細微的變化，進而可以提高轉(zhuǎn)向器角度的精度。Stm32單片機完成控制算法，然后將計算結(jié)果轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制信號，并輸出到相應(yīng)的舵機。 其中，stm32單片機系統(tǒng)實現(xiàn)了舵機輸出角度的控制，必須首先完成兩項任務(wù):一是產(chǎn)生基本的脈寬調(diào)制周期信號；

17、二是脈寬的調(diào)整，即單片機模擬脈寬調(diào)制信號的輸出，調(diào)整占空比。然而，如果機械臂要完成運動以到達指定位置，就必須控制六個轉(zhuǎn)向發(fā)動機，從而浪費時間并導致控制精度不足。因此，為了方便操作者的操作并顯示其智能面，我們只需要一個語音命令就可以達到操作者的目的。 這樣，當我們的語音命令被發(fā)送時，ARM9處理器將分析語音命令。其目的是將語音命令轉(zhuǎn)換成可以控制六個舵機的機器命令，這樣當控制器發(fā)送語音命令時，他將不再參與該過程。整個過程完全由機器完成。因此，如何通過一個語音命令將語音命令轉(zhuǎn)換成六個機械臂9命令成為最大的問題。為了保證機械臂的穩(wěn)定性，在整個過程中也需要進行上述的PID調(diào)節(jié)。因此，在通過語音命令控制

18、機械臂的過程中，為了使機械臂和小車平臺能夠獨立分析待到達的位置，我們在小車平臺上安裝了兩個超聲波模塊和攝像頭模塊，然后通過數(shù)學公式和圖像處理分析當前環(huán)境，基于機械臂小車判斷物體的偏角和高度，經(jīng)過ARM9處理器處理后，將機械臂待到達的位置信息發(fā)送到stm32，從而準確到達目標位置。 2.3履帶式機械手智能小車控制系統(tǒng)的部件選擇、硬件設(shè)計與實現(xiàn)。 碳纖維復合材料具有比剛度高、比強度高、可制造性設(shè)計好等優(yōu)點，在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。碳纖維復合材料損傷分析已成為空間機械臂性能中的一個重要問題?；趶秃喜牧蠞u進損傷分析方法，建立了適用于碳纖維復合材料的漸進損傷分析模型，模擬了復合材料層合板的漸進

19、損傷過程。基于有限元建模理論，完成了空間機械臂的有限元建模，分析了機械臂捕獲過程中的能量響應(yīng)和動態(tài)響應(yīng)過程。作為一種典型的低頻系統(tǒng)，空間機械臂在受到外部載荷的沖擊時，振動很難停止。基于高阻尼多層結(jié)構(gòu)理論，對一種疊層板結(jié)構(gòu)進行了初步分析，驗證了該方法具有較好的提高基頻和抑制振動的能力。 主要工作包含如下。 (1)復合材料損傷模型建立及子程序開發(fā)。在研究碳纖維復合材料脆性破壞機理及相關(guān)損傷形式和漸進損傷分析研究方法的基礎(chǔ)上，第二次開發(fā)了有限元軟件USDFLD子程序，建立了適用于碳纖維復合材料的漸進損傷破壞模型。解決了目前常用復合材料損傷分析有限元軟件收斂困難、建模單元有限、失效模型少等缺陷，能

20、夠?qū)秃喜牧辖Y(jié)構(gòu)進行準確有效的損傷分析。 (2)復合損傷模型的驗證與應(yīng)用。對中孔復合材料層壓板進行了極限承載力分析和漸進損傷演化分析。通過與相關(guān)文獻中的試驗值比較，驗證了復合材料漸進損傷失效模型的準確性。將損傷模型應(yīng)用到變剛度復合材料的損傷分析中，完成了變剛度復合材料層合板和恒剛度復合材料層合板的承載力比較。結(jié)果表明，變剛度復合材料層合板設(shè)計更加靈活，纖維參考路徑可以根據(jù)任務(wù)要求進行設(shè)計，從而實現(xiàn)載荷的重新分配，提高整個結(jié)構(gòu)的性能。 (3)基于復合損傷模型的空間機械臂建模與分析。考慮并求解空間機械臂的材料模型、關(guān)節(jié)連接模型、邊界約束和捕獲條件等等效問題，建立了我國正在研究的空間機械臂的等效

21、有限元分析模型。對空間機械臂進行模態(tài)分析，完成碳纖維復合材料機械臂桿的承載能力分析，計算機械臂桿的極限承載能力，模擬碳纖維復合材料機械臂桿的漸進損傷失效過程。 (4)空間機械臂的動態(tài)響應(yīng)和振動抑制研究?；诙囿w系統(tǒng)動力學分析方法，完成了空間機械臂系統(tǒng)在捕獲條件下的能量傳遞分析和動態(tài)響應(yīng)分析，計算了空間機械臂的基頻和振動過程中相應(yīng)的能量幅值?；诟咦枘岫鄬咏Y(jié)構(gòu)理論，提出了一種被動振動抑制方法，提高了空間機械臂系統(tǒng)的基頻和振動抑制震顫，完成了空間機械臂系統(tǒng)的振動抑制能力。 2.4履帶式機械臂智能小車控制系統(tǒng)的六個典型單元方案設(shè)計 2.4.1 檢測單元部份控制系統(tǒng)設(shè)計 1．功能 檢測單

22、元主要的工作任務(wù)是完成對工件的檢測，并分析矯正工件是正品還是次品（工件與工件蓋與銷子是否俱全，且工件和工件的蓋顏色是否一致，銷子如果是塑料型那么就為正品，否則為次品）。 2．工藝過程 首先我們會進行系統(tǒng)上電，然后按照下帶有黃色的指示燈部份的標記復位按鈕的地方進行復位操作，復位過程是對擋料氣缸進行動作，復位結(jié)束后再按下機器上帶有綠色指示燈部份地方的啟動按鈕，接下來是傳送帶電機的啟動運轉(zhuǎn)，帶動傳送帶會先運行，再進入待機狀態(tài)。當機器安裝在工作區(qū)域中的電感的傳感器部門檢測到有托盤物品被傳送過來的時候，延時約2秒左右后傳送帶會命令電機立即停止轉(zhuǎn)動，等待檢查。 3．組成 檢測工作站部份主要是由

23、觸摸屏部份、電控閥部份、對射傳感器部份、直流減速電機部份、電感傳感器部份、擋料氣缸部份、光纖傳感器部份、檢測氣缸部份、色標傳感器部份、光電傳感器部份、磁性傳感器部份、安裝支架等部份組成。 2.4.2 分揀輸送單元部份控制系統(tǒng)設(shè)計 1．功能 分揀在輸送單元部份主要完成對物品的分揀與傳輸工作。 2．工藝過程 分揀輸送單元部份的工藝流程部份。首先我們對進行系統(tǒng)進行上電處理，然后按下機器中帶有黃色的指示燈部份部份標記的復位按鈕部份進行復位處理，復位過程處理是擋料氣缸的動作操作，直線無桿氣缸將會和導桿薄型氣缸部份均回到初始我們設(shè)定位置處，最后將氣爪松開。 復位操作

24、結(jié)束后我們按下帶有綠色指示燈部份部份的啟動按鈕操作，傳送機器上帶電機啟動運轉(zhuǎn)操作，驅(qū)動傳送帶運行并進入等待狀態(tài)。當安裝在工作站中的感應(yīng)傳感器檢測到托盤被傳送時，如果工件檢測傳感器檢測到托盤上沒有工件，擋料缸直接開始縮回，傳送帶不停止直接釋放，托盤被傳送到下一個工作站。 如果工件檢測傳感器檢測到托盤上有工件，延遲1秒左右后DC減速電機停止旋轉(zhuǎn)，傳送帶停止，導桿薄型氣缸在可編程控制器控制下給電磁閥通電，驅(qū)動機械臂下降。當安裝在氣缸上的下限磁傳感器檢測到氣缸下降到位時，氣爪電磁閥動作以擰緊工件，延遲2秒左右后提升氣缸，并驅(qū)動機械臂上升。安裝在滾筒上的上限磁傳感器檢測到滾筒上升到位后，在可編程控制器

25、的控制下，擋料滾筒的電磁閥通電，釋放托盤。然后根據(jù)主站發(fā)送的檢測結(jié)果對工件進行處理。當工件完成后，加工結(jié)果如下:在可編程控制器的控制下，旋轉(zhuǎn)氣缸給電磁閥通電，旋轉(zhuǎn)氣缸帶動工件和夾具旋轉(zhuǎn)90°并保持一定時間，以保證托盤完全通過機組工作臺。 然后機組DC減速電機斷電，輸送帶停止，導桿薄型氣缸電磁閥在可編程控制器控制下通電，機械臂垂直下降。當安裝在滾筒上的下限磁傳感器檢測到滾筒下降到限制位置時，工件被放置在傳送帶上，并且傳送帶電機被啟動以將工件傳送到下一個工作站。 然后旋轉(zhuǎn)氣缸、導桿薄型氣缸、氣爪等都回到初始位置。當它是廢工件時，處理方法如下:線性無桿氣缸電磁閥在可編程序控制器的控制下

26、通電，將工件向后輸送到廢位置，導桿薄型氣缸電磁閥通電，驅(qū)動機械臂垂直下降，機械臂下降到磁開關(guān)下限時松開氣夾，工件放在廢輸送線上，機械臂垂直上升并返回初始位置。當廢傳送帶旁邊的傳感器檢測到工件時，廢傳送帶的電機開始將廢工件送入廢料箱，延遲2秒左右后廢傳送帶的電機停止。當需要停止本裝置的運行時，用紅色指示燈部份按下停止按鈕，本裝置可在當前占空比結(jié)束后停止運行。 2.4.3 物流倉儲單元控制系統(tǒng)設(shè)計 1．功能 物流倉儲單位的主要任務(wù)是根據(jù)檢測環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，將成品分類到相應(yīng)的工件庫中。 2．工藝過程 首先，系統(tǒng)通電，然后按下標有黃色指示燈的復位按鈕進行復位。復位過程是阻塞氣缸的動作。

27、直線無桿油缸和回轉(zhuǎn)油缸返回初始設(shè)置位置，并釋放平行爪。Y軸從爪開始上升到機架的最高入口，然后返回初始設(shè)置位置；同時X軸開始與Y軸一起運行。然后將左側(cè)擱板返回到初始位置。復位后，按下帶綠色指示燈的啟動按鈕，輸送帶電機開始運行，驅(qū)動輸送帶運行，進入等待狀態(tài)。當安裝在工作站上的電感傳感器檢測到有托盤正在傳輸時，如果工件檢測傳感器檢測到托盤上沒有工件，則阻擋氣缸直接啟動和收縮，輸送帶不直接停止和釋放，托盤被傳輸?shù)较乱粋€工作站。 如果電感傳感器沒有檢測到托盤，而工件檢測傳感器檢測到工件，經(jīng)過第二次延遲后，直流減速電機停止，輸送帶停止，Y軸控制電機啟動，驅(qū)動氣爪下降，下降到限制位置，氣爪抓住工件，然

28、后X軸和Y軸協(xié)同工作?？刂齐姍C開始運行，并根據(jù)從主站傳來的工件顏色數(shù)據(jù)，對工件進行操作。將零件轉(zhuǎn)移到相應(yīng)貨架的入口，然后停止兩臺電機。 此后，給PLC控制旋轉(zhuǎn)氣缸的電磁閥通電，使旋轉(zhuǎn)氣缸向右旋轉(zhuǎn)180度。就位后，直線無桿氣缸的電磁閥通電，帶動旋轉(zhuǎn)氣缸和平行氣夾向前移動，停在儲物口。然后Y軸控制電機開始向下運行。當氣爪下降到極限時，工件水平放置在相應(yīng)倉庫入口的倉庫輸送帶上。倉庫入口處安裝的工件經(jīng)傳感器檢測后，倉庫傳輸線的驅(qū)動電機啟動并開始將工件傳輸?shù)絺}庫，延時2秒，自動停止。 然后直線無桿氣缸、擺動氣缸、X、Y軸移動升降裝置等全部運行到初始位置。當機組需要停止工作時，按下帶紅色指示燈的停止按

29、鈕，在當前工作周期結(jié)束后，機組可以停止運行。 3．組成 物流倉儲工作站主要包括輸送帶電機、交流伺服電機步進電機、同步帶傳輸線、光電傳感器、堵缸、電容傳感器、磁傳感器、固存架、直線無桿氣缸、電磁閥、同步帶輪、直齒等組成。 2.4.4 堆垛與解垛單元控制系統(tǒng)設(shè)計 1．功能 堆垛卸料單元的主要任務(wù)，是按三個堆垛的要求將托盤堆在托盤架上，或在下料單元沒有托盤時，將托盤分解在托盤架上并放在輸送帶上。 2．工藝過程 系統(tǒng)通電后，首先按下黃色重置按鈕重置。此時，擋缸伸出，升降平臺下降，平行氣爪松開，液壓缸上升到初始的設(shè)定位置。復位后，按下帶綠色指示燈的啟動按鈕，輸送帶電機開始運行，驅(qū)動

30、輸送帶運行，進入等待狀態(tài)。當安裝在工作站中的電感傳感器檢測到托盤已傳輸時，延遲為1秒，傳送帶電機停止運行。然后由PLC控制升降平臺升降托盤，機械爪液壓缸就位后垂直下落。下降到極限后，機械爪移動夾緊托盤并升起一個格柵。下一個托盤就位后，輸送帶停止，擋料缸縮回，提升平臺上升并提升托盤，操縱器棘爪釋放托盤，液壓缸下降，操縱器棘爪抓住托盤并上升一個格架。通過類比，當操縱器棘爪裝滿三個托盤時，電機通過同步帶輪驅(qū)動液壓缸的右側(cè)。 當托盤架裝滿托盤時，系統(tǒng)開始卸載，傳送帶停止，提升平臺上升，阻塞氣缸縮回，液壓缸水平向右移動到托盤架位置，液壓缸下降，液壓缸上升并水平移動到卸載位置。Y在機械爪夾緊托盤后向左，

31、液壓缸下降，機械爪夾緊打開，液壓缸上升一格，兩個托盤夾緊。升降平臺下降，輸送帶運行，托盤被運送到下一個單元，升降平臺上升，等等。當機械夾持器放下三個托盤時，卸載任務(wù)完成。當機組需要停止工作時，按下帶紅色指示燈的停止按鈕，在當前工作循環(huán)結(jié)束后，機組可以停止運行。 2.4.5條形碼貼標及識別單元控制系統(tǒng)設(shè)計 1．功能 條形碼貼標及識別單元主要完成對工件進行標簽粘貼及條形碼的讀取。 2．工藝過程 首先，打開系統(tǒng)電源，然后按標有黃色指示燈的復位按鈕進行復位。復位過程是擋料缸的動作。復位后，按下帶綠色指示燈的啟動按鈕，啟動輸送帶電機運行，驅(qū)動輸送帶運行，進入等待狀態(tài)。當安裝在工作站中的傳

32、感器檢測到托盤已被傳送時，傳送帶電機會在延遲1秒后停止運行。然后啟動條碼貼標電機驅(qū)動貼標機構(gòu)動作，將條碼標簽拉到待貼工件上，通過條形碼識別系統(tǒng)讀取工件上的條碼，然后輸出結(jié)果；貼標和識別過程完成后，擋料缸在可編程控制器的控制下縮回，傳送帶電機開始使傳輸線運行，貼有標簽的工件隨托盤一起輸送到下一個工作站。當需要停止本裝置的運行時，用紅色指示燈按下停止按鈕，本裝置可在當前占空比結(jié)束后停止運行。 3．組成 檢測工作站主要由直流減速電機、電感傳感器、貼標電機、編碼器、貼標機構(gòu)及條形碼識別系統(tǒng)組成。 2.4.6 行車機械手單元控制系統(tǒng)設(shè)計 1．功能 移動機械手單元的主要任務(wù)是將托盤從環(huán)

33、形生產(chǎn)線的末端移動到起始位置，使托盤循環(huán)。 2．工藝過程 系統(tǒng)通電后，首先按下帶黃色指示燈的復位按鈕進行復位。此時，長距離導桿的氣缸縮回，平行氣夾打開，交流減速電機移到橫梁左側(cè)的初始地位。復位后，按下帶綠色指示燈的啟動按鈕，輸送帶電機開始運行，驅(qū)動輸送帶運行，進入到等待狀態(tài)。當安裝在工作站中的電感傳感器在檢測到托盤正在運行至定位裝置時，輸送帶電機停止運行。 此后，長距離導桿的氣缸伸出。安裝在氣缸上的下限磁傳感器檢測到氣缸延伸到該位置后，打開的平行氣夾夾住托盤的兩端。夾鉗傳感器檢測到夾鉗后，PLC控制長距離導桿的氣缸縮回并提起托盤。安裝在氣缸上的上限磁傳感器檢測氣缸上升到交流減速電機的位置

34、和起動方向。當光束右端的減速傳感器檢測到信號時，交流減速電機開始減速，傳感器就位后停止。然后長距離導桿油缸伸出。安裝在氣缸上的下限磁傳感器檢測到氣缸延伸到下限后，平行氣夾打開，托盤放在傳輸線上。打開傳感器檢測到信號后，長距離導桿氣缸縮回上限，啟動端傳輸線上的托盤就位傳感器檢測到托盤并通知PLC啟動傳輸線。直流減速電機，輸送托盤到下一個工作單元。物流倉儲培訓控制系統(tǒng)自動化程度高，工作區(qū)域的安全防護尤為重要。因此，我們在物流倉儲培訓控制系統(tǒng)入口設(shè)置了四條安全檢測線，即安全光幕、紅外線、鏡面漫射和光電反火，使在車輛運行過程中，一旦任何物體接近或進入工作區(qū)，驅(qū)動操縱器單元立即停止工作。一直工作，直到消

35、除危險并按下安裝在啟動階段的綠色啟動按鈕。 3 .履帶式機械臂智能小車實訓控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 3.1 移動偵測模塊 HC-SR04是用于室外移動檢測的選定超聲波傳感器模塊。傳感器由四個引腳組成：VCC（5伏電源輸入）、Trig（超聲波傳輸控制）、Echo（超聲波反射檢測）和GND（接地）。HC-SR04與Raspberry PI主板的連接方式如表1所示。 表1 HC-SR04線路連接模式HC-SR04 Raspberry Pi 3b解釋了插腳VCC插腳2電源插腳Trig插腳38發(fā)射控制插腳Echo插腳40回聲檢測插腳GND插腳39在系統(tǒng)初始化過程中接地。當接收到返回的超聲波

36、信號時，回波管腳將向Raspberry PI主板輸出一個高電平信號。信號的持續(xù)時間是從超聲波傳輸?shù)椒祷氐臅r間。傳感器在庭院內(nèi)的安裝位置如圖2所示。 超聲波傳感器在院落中的安裝位置 當一個運動物體試圖進入房間時，不可避免地會反射出HC-SR04傳感器發(fā)出的超聲波，這將導致原聲返回時間發(fā)生變化。當系統(tǒng)檢測到回波管腳輸出的電平持續(xù)時間縮短時，相應(yīng)的報警功能將立即激活。此外，當回聲針長時間（3000 us）未返回高電平信號時，將確定HC-SR04傳感器已停止工作。因此，系統(tǒng)將立即向用戶的手機發(fā)送故障警報。 室內(nèi)移動檢測紅外傳感器模塊選用HC-SR501。傳感器由三個針腳組成：VCC（5伏

37、電源輸入）、GND（接地）和OUT（信號輸出）。 當非法入侵者通過陽臺?窗戶等通道進入室內(nèi)時,由于人類作為溫血動物所具備的恒溫特征(攝氏36~37°),人體會持續(xù)發(fā)散出波長為10um 的紅外線信號?人體紅外傳感器的原理是通過熱釋電元件來探測人體紅外信號,熱釋電元件在接收到該波長的紅外信號后,會釋放出電荷,電荷在經(jīng)過放大與處理后即可作為輸出電平使用[5]? HC-SR501可提供110-120度錐角和6米半徑的檢測范圍，基本滿足普通家庭室內(nèi)安全的需要，室內(nèi)傳感器的安裝位置如圖3所示，室內(nèi)紅外傳感器的安裝位置如圖3所示，當HC-SR501檢測到人體B時在檢測范圍內(nèi)，從輸出端輸出高電平

38、，直至人體紅外信號從檢測范圍消失。只有當恢復到低電平時，系統(tǒng)才能根據(jù)管腳的高電平信號判斷是否有非法入侵，并啟動相應(yīng)的報警功能。 關(guān)鍵代碼: def USloopcheck()://超聲波檢測函數(shù) time.sleep(0.05)//將循環(huán)探測的間隔時間設(shè)置為0.05s GPIO.output(38,GPIO.HIGH)//向38號引腳發(fā)送高電平,啟動超聲波發(fā)射操作 GPIO.output(38,GPIO.LOW)//向38號引腳發(fā)送低電平,結(jié)束本次超聲波發(fā)射操作 while not GPIO.input(40)://檢測40號引腳是否返回高電平信號 pass t1=time.t

39、ime()//記錄高電平信號的起始時間 while GPIO.input(40)://檢測40號引腳返回 的高電平信號是否結(jié)束 pass t2=time.time()//記錄高電平信號的結(jié)束時間 r-new=(t2-t1)*3.4/2//將時間換算成距離,單位為厘米 r-old=range-old()//獲取上一次的檢測距離 range-set(r-new)//記錄本次的檢測距離 if(r-new-r-old)>5://誤差超過5cm,調(diào)用報警功能函數(shù) alarm() … def IFRloopcheck()://紅外信號檢測函數(shù) time.sleep(8)//將

40、發(fā)現(xiàn)目標后,下一次探測的間隔時間設(shè)置為8s while GPIO.input(12)://檢測12號引腳返回的高電平信號 pass alarm()//調(diào)用報警功能函數(shù) 3.2 報警短信模塊 在實現(xiàn)報警短消息功能時，系統(tǒng)采用SIM900A通信模塊，通過USB接口與RaspberryPI主板連接。發(fā)送短消息的SIM卡可以直接安裝在SIM900A的插槽中，設(shè)備連接完成后，需要在Raspberry PI的Linux系統(tǒng)中安裝gammu工具，完成短消息傳輸?shù)呐渲胓ammu config。配置如表3所示。 保存配置文件之后重新啟動Raspberry PI主板，可運行命令sudo gammu

41、 identify。如果能顯示設(shè)備和短信卡的信息，說明配置正確。系統(tǒng)可以完成通過python編程發(fā)送短消息的功能。 關(guān)鍵代碼: def Alertsend()://報警信息發(fā)送函數(shù) import gammu import sys sim=gammu.StateMachine()//創(chuàng)建gammu對象 sim.ReadConfig()//讀取gammu配置文件內(nèi)容 sim.Init()//初始化操作 netinfo=sim.GetNetworkInfo()//獲取網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息 tel=raw-input(“接收手機號碼:\n”).decode(“utf-8”) msgs=ra

42、w-input(“報警短信內(nèi)容:\n”).decode(“utf-8”) msgs={ “Text”:msgs, “SMSC”:{“Location”:1}, “Number”:tel, “Coding”:”Unicode-No-Compression”,//設(shè)置 支持中文短信的編碼格式 } sim.SendSMS(msgs)//發(fā)送短信 3.3 照片拍攝模塊 在圖像拍攝功能的實現(xiàn)中，系統(tǒng)采用OV5647攝像機，通過USB接口與主板連接，調(diào)用基于python的Picamera庫。 為了在Raspberry PI中使用相機拍攝功能，在硬件安裝完成后，需要修改系統(tǒng)配置參數(shù)su

43、do raspi config（設(shè)置為sudo raspi config）來啟動相機模塊，以便通過編程實現(xiàn)拍攝和保存圖片的功能。 關(guān)鍵代碼: def Pictured()://照片拍攝函數(shù) import time import picamera import picamera.array picname=time.strftime(“%Y%m%d%X”, time.localtime())+”.jpg”//設(shè)置圖片文件名稱 cmr=picamera.PiCamera()//初始化 cmr.resolution=(1024,768)//設(shè)置圖片的分辨率 cmr.capture

44、(picname,”rgb”)//創(chuàng)建圖像文件,顏色模式為rgb print(stream.array.shape) OV5647模塊可提供500萬像素的分辨率與160度的拍攝范圍,并具備夜視功能,基本可以滿足普通家庭用戶的室內(nèi)安防需求? 3.4 中文語音警告模塊 ekho是一個免費的開源中文引擎，支持粵語、普通話、藏語和其他漢語發(fā)音模式。ekho安裝在RaspberryPi的Linux系統(tǒng)中之后，就可以用python編寫中文發(fā)音程序了。 關(guān)鍵代碼: def Speech()://中文語音提示函數(shù) sys.setdefaultencoding(“utf8”)//字符集設(shè)置為支持中

45、文的utf8 os.system(“sudo amixer cset numid=3 1”)//將聲音輸出設(shè)置為3.5音頻口,注意3與1之間為空格s=”echo”.”中文提示內(nèi)容”.”>/home/pi/Desktop/warning.txt” os.system(s)//將文字寫入txt文件中 os.system(“ekho-f/home/pi/Desktop/warning. txt-o/home/pi/Desktop/warning.wav“)//根據(jù)txt文件中的中文字符內(nèi)容生成wav格式的聲音 os.system(“aplay/home/pi/Desktop/warn

46、ing.Wav”)//播放聲音 4.軟件設(shè)計 遠程人機交互主要通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。語音指令由移動應(yīng)用接收并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到汽車的ARM9處理器。ARM9通過網(wǎng)絡(luò)將機器人手臂周圍的環(huán)境和汽車的狀態(tài)返回給操作者，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。其中，首先要解決的問題是“兩個內(nèi)部網(wǎng)之間的通信”。如何使兩臺機器在不同的內(nèi)部網(wǎng)中進行通信一直是一個難以解決的問題。一般的解決方案是：使用服務(wù)器作為中介，首先將信息發(fā)送到外部網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，然后將其轉(zhuǎn)發(fā)到另一個局域網(wǎng)計算機，或者通過虛擬局域網(wǎng)。然后將兩臺不同局域網(wǎng)的主機連接到同一局域網(wǎng)上，實現(xiàn)兩臺主機之間的通信。然而，由于目前通信軟件的數(shù)量眾多，借用這些通信軟件的服務(wù)器是一個很好的

47、選擇。我們的解決方案是利用微信開源軟件，將自己開發(fā)的應(yīng)用模塊以插件的方式嵌入到微信中。此外，汽車平臺還配備了ARM9處理器，可以作為安卓操作系統(tǒng)使用，因此我們可以安裝一個微信軟件。很容易解決內(nèi)部網(wǎng)之間的通信問題。 在本項目中，我們主要使用控制器的語音信息來操作機器人車，但我們需要遠程控制（不同網(wǎng)絡(luò)中的通信控制），因此不建議使用硬件設(shè)備來實現(xiàn)語音控制指令識別轉(zhuǎn)換，因此在這里我們使用我們自己的應(yīng)用插件來執(zhí)行語音識別C。翻轉(zhuǎn)。在此之前，應(yīng)用程序?qū)⒄Z音信息識別為文本，然后通過網(wǎng)絡(luò)將文本信息發(fā)送給機器人臂車。機器人臂車接收到文本指令后，將其轉(zhuǎn)換為機器指令，最終達到語音控制。 從軟件系統(tǒng)的角度，介紹了

48、我們的智能車。眾所周知，軟件是所有硬件的靈魂。沒有它，無論硬件設(shè)計多么精致，都很難充分發(fā)揮它的作用。智能車輛系統(tǒng)由三個基本組成部分組成：環(huán)境感知、決策規(guī)劃和控制執(zhí)行。環(huán)境感知的輸出可以作為決策規(guī)劃的輸入。決策規(guī)劃的輸出是控制執(zhí)行的輸入?？刂茍?zhí)行的輸出控制智能車輛適應(yīng)環(huán)境狀態(tài)的變化，從而形成實時閉環(huán)。隨著智能車的發(fā)展，單智能車處理問題的能力有限，往往只處理簡單的單輛車。很難適應(yīng)連續(xù)的多任務(wù)。其次，它們適應(yīng)有限的環(huán)境，通常在特定的場景中。一旦環(huán)境發(fā)生變化，就很難適應(yīng)。此外，盡管不同的智能車可以處理不同的任務(wù)，但是在一定程度上，它滿足了我們的需求，但是機器人協(xié)作仍然沒有什么突破，我們無法處理復雜的策

49、略。第三，不同的機器人可以執(zhí)行不同的任務(wù)，收集大量的信息，但它們不能共享信息。他使用機器人?；谝陨蠁栴}，我們將服務(wù)器作為智能車的服務(wù)控制中心,利用服務(wù)器作為智能小車系統(tǒng)的控制中心，有以下好處： （1） 信息共享：智能汽車共享服務(wù)器知識庫中所有環(huán)境的信息，因此當汽車在不熟悉的環(huán)境中工作時，您可以在工作前訪問數(shù)據(jù)庫，詢問環(huán)境中是否有任何環(huán)境字母。如果服務(wù)器具有當前的環(huán)境信息，則環(huán)境信息將傳輸?shù)街悄苘?。獲取環(huán)境信息當汽車直接根據(jù)獲得的信息進行任務(wù)處理后，汽車就保存了對環(huán)境信息的探索，肯定了。在一定程度上提高了汽車的工作效率。這只是個別車的很多，如果車的數(shù)量增加，效益就不能低估。 （2） 多

50、車協(xié)作：當智能車處理任務(wù)相對困難時，需要多輛智能車的配合。例如，在A房間，有一件貨物需要智能車A運到B房間，距離A房間2公里，如果是單個智能車A運到，可能需要10分鐘，而A車的動力只能支持運行5分鐘才能到達C位置，在這種情況下，只有A車不能完成任務(wù)。此時，智能車A將其任務(wù)信息和狀態(tài)信息傳送給服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)接收到的信息在C處附近搜索可用的智能車。這個發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)在C點附近的智能車B中有足夠的電力，然后服務(wù)器將信息發(fā)送給智能車B，這樣它就可以在智能車B處提貨，并來完成A沒有完成的任務(wù)。 （3） 遠程監(jiān)控：作為智能汽車系統(tǒng)的控制中心，必須對每一輛智能汽車進行實時監(jiān)控。該方法的優(yōu)點是能及時檢測智

51、能車的故障，避免不必要的損失。此外，當汽車不知道如何處理復雜的道路條件時，智能汽車的運動可以手動和遠程控制。 （4） 知識存儲：知識庫是服務(wù)器的核心模塊當中十分重要的一個。目前，我們正處在一個數(shù)據(jù)時代。數(shù)據(jù)就像地雷。數(shù)量和內(nèi)容越多，包含的價值就越大。 5.結(jié)論 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟和完善，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各種智能汽車應(yīng)用得到了國內(nèi)用戶的廣泛接受。RaspberryPI作為一種從國外引進的新型開發(fā)平臺，由于其能耗低、成本低、可擴展性強等優(yōu)點，在許多行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中顯示出極大的發(fā)展愿景。 同時，RaspberryPI體積輕，開發(fā)環(huán)境簡單，易于掌握。它也非常適合計算機教育領(lǐng)域的推

52、廣應(yīng)用。機械臂的設(shè)計給人們帶來了極大的便捷，幫助人們完成在異常情況下難以完成的事情。其應(yīng)用范圍十分廣泛，如工業(yè)制造、醫(yī)療、娛樂服務(wù)、軍事等。它可用于礦山清理、爆破、半導體制造、短途運輸和空間勘探，深?？碧接兄诓杉瘶悠返?。本設(shè)計工作主要幫助大學生了解機械手的基本知識，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識，提高他們的動手能力。能力，學習控制算法PID和微分算法，嵌入式開發(fā)，網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序編程，語音識別等。許多技術(shù)。 本文設(shè)計了基于RaspberryPI平臺的智能汽車系統(tǒng)框架。通過對各類傳感器和功能模塊的有機集成和優(yōu)化，完成了外部環(huán)境下的語言報警和短信提示功能。其成本低、可靠性好，有效地滿足了各種場景的應(yīng)用。 此外，Raspberry PI強大的編程和開發(fā)功能也為系統(tǒng)提供了寬泛的的升級和擴展空間。今后，我們將繼續(xù)研究系統(tǒng)與微信平臺的對接，以提供更豐富的功能和更好的人機交互感受。 參考文獻： [1]符曉勇. 智能小車軟件系統(tǒng)設(shè)計與路徑規(guī)劃方法研究[D].浙江理工大學,2017. [2]張玉政,莫琦,莫松穎.基于機械臂的智能小車[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2017(10):47-48+50. [3]馬浩宸. 碳纖維復合材料臂桿的設(shè)計制備與動態(tài)模擬分析[D].哈爾濱工業(yè)大學,2017. [4]趙冰. 基于復合材料損傷模型的空間機械臂承載分析[D].北京交通大學,2017.