智能物料机器人-移动平台开发设计.docx

智能物料机器人-移动平台开发设计智能物料机器人 机器人移动平台 的设计摘要尤其在工业生产正处于风口位置，正替代人类劳动力成为将来工业的机器劳动力。我们秉承绿色环保、简约高效的设计理念，设计能在无人监管的条件下自主完成物料搬运工作的智能机器人，极大程度上使生产高效化、智能化。面对智能物料机器人，本次选题内容重点探讨机器人移动平台的开发设计，运用 Arduino 作为限制中枢。最终通过软硬件的交互结合开发，实现物料机器人精准抓取物料、搬运并放置物料的功能。本文介绍了智能材料机器人移动平台的设计过程以及硬件选择和软件限制的全过程，包括硬件选择、电路原理图设计、编程、运动仿真和限制过程。关键词：物料机器人；移动平台 ；Arduino；循迹限制；传感器Intelligent material robot Design of robot mobile platform Abstract Because of the rapid development of artificial intelligence technology, robots are now visible in all walks of life,especially in the industrial production is in the tuyere position， is replacing human labor force to become the future industrial machine labor force. We adhere to the design concept of environmental protection, simplicity and efficiency, and design an intelligent robot that can independently complete the material handling work under the condition of no supervision, which greatly makes the production efficient and intelligent. The intelligent material robot designed by us is composed of three parts: mechanical arm, console and mobile platform. I am responsible for the mobile platform design, using Arduino as the control center, and the control body includes photoelectric sensor module, tracking module, motor drive module, obstacle avoidance module, etc. The three-part material robot can accurately grasp, transport and place materials through the interaction of software and hardware. This paper describes the design process of the mobile platform of intelligent material robot and the whole process of hardware selection and software control, including hardware selection, circuit schematic design, programming, motion simulation and control experience. Keywords: Arduino control; tracking; sensor; mobile platform 书目1 绪论 . 1 1.2 全球探讨现状 . 3 1.3 本文探讨的主要内容和设计思路 . 5 2 移动平台的总体设计 . 7 2.2 移动平台的总体设计方案 . 7 2.3 移动平台的机械结构设计 . 8 3 移动平台限制的硬件设计 . 10 3.1 主要元件的型号选择 . 10 3.2 主要元件的电路图设计 . 14 4 移动平台限制的软件设计 . 18 4.1 循迹避障流程图 . 18 4.2 循迹与避障程序 . 18 4.3 麦克纳姆轮限制程序 . 19 4.4 直流减速电机限制程序 . 21 5 软件与硬件整体调试与实现 . 22 5.1 系统组装 . 22 5.2 系统调试 . 25 5.3 展示 . 26 6 结论 . 27 参考文献. 28 致谢 . 错误! 未定义书签。附录 . 29 附录 1. 29 附录 2. 34 附录 3. 36 附录 4. 37 21 1 绪论1.1课题背景及探讨意义由于人工智能科技的快速发展，如今各行各业都可见到机器人的身影。各种无人化生产车间、工厂日趋成熟，标记着传统的劳动力将被机器人所取代，信任在将来几年内会有更多机器人像雨后春笋般出现在我们身边。在人工智能这一时代洪流下，如何围绕机械力创建新型生产模式的问题愈加激烈。随着工业发展趋向高效率、无人化，企业智能化。由于生产中最重要及高重复性、机械性的一环物料搬运，这一环干脆影响整体的工作效率，而且不同行业不同领域，物料搬运这一环节都是企业最基础的需求，但由于人员变动、效率等诸多因素的限制，极易对企业生产经营造成很多不利影响，尤其是劳动密集型企业类，这类企业须要耗费大量人力物力，并且劳动力在这一类企业中占很大一部分成本，因此假如能用机械力来替代劳动力，就能在降低成本的同时，提高生产效率，解放企业的生产力。面对智造将来的蓝图，我们高校生要运用所学学问，为社会尽一份 绵薄之力。因此，我们组设计智能物料机器人，实现无人化搬运物料，从最基本、最长远的一环来提高工业生产效率，有效削减人力物力，以自动化、智能化的机械生产来实现智造将来。改革开放以来，我国人口数量始终呈上升趋势，这种趋势对我国的经济增长来说是一种优势，但这种优势却不是许久的。就近些年来说，我国人口面临的挑战有安排生育，人口老龄化，诞生率低等，虽然现在放开了二胎政策，但本身条件的不足也是一大问题。而外迁人口数也在增加，这就导致了将来我国可能面临劳动力短缺的问题，以此为基础，劳动力成本必定上涨，同时也面临劳动力供应下降的现实条件。基于此，工业机器人在肯定程度上代替人工已经成为大势所趋。各项相关政策的接连出台，也激励着企业的转型升级，从劳动密集型企业转型成为技术密集型，而这与机器人工作的普及亲密相关。而也有数据表明，将来机器人的普及也不单单代替人工，输入程序机器人也可以担当管家管理统筹事务，例如马云在杭州开设的无人酒店、无人零售等。而在日常生活中，机器人的普及不仅在简洁繁琐的工作中获益，机器人本身的的材料条件也确定了可以帮助一些在危急中工作的人们。例如危急恶劣环境的工作，或是对人类身体有害的物品的搬运等。若是将机器人投入这些工作中运用，不仅降低了对人类的人身平安的损害，还大大降低了人工的成本，人类在工作中难免有疏漏或乏累期，而智能机器人没有，这就大大提高了生产的效率并使收益更大化，与此同时，由于输入的程序是肯定的，机器人所生产的产品就能更大的保证了产品的优胜率，使合格的产品大大增加，而这些只需几人操作实现无人或少人生产 。 3近几年，功能各异的智能机器人如雨后春笋般层出不穷，甚至在不同领域起着至关重要的作用，标记着机器人迎来了快速发展的成长期，将来几年机器人这一高新技术将有望趋向成熟。而这离不开将来劳动力短缺和政府政策扶持的推动，因此，基于 arduino 开展智能物料机器人的探讨，对机器人移动平台进行设计具有非常深远的意义。2 1.2 全球探讨现状1.2.1 国内探讨现状在十二五会议之间，工业机器人也引发了一场热议，政务多项政策出台支持工业机器人的升级优化，更加的创新。尤其是细微环节上的零件问题，零件是组成机器人的关键细微环节，就犹如人的关节一样，是能否平稳运动的关键。政策强调了重点开发并突破相关零部件技术，这对工业机器人行业来讲，将是促进整个行业发展，完成制造业升级转型的关键。在这样的环境下，涌现出大量的科技人才。近年来，全国的诞生率不断降低，人口老龄化程度上升，导致可利用的劳动力人数急剧削减，不仅如此，对于青壮年来说，如今受教化程度增高，高校生遍地都是，大多数人不会再从事劳动力为主的行业，进而运用人成本的大幅上升。在这样的大环境下，较大的工厂会选择工业的机器人来负责简洁重复性的工作。据调查，一个工业机器人的购买成本为十五万左右，可运用年限为二十年，算上所用的保养修理费用，也许须要花费二十万。而劳动力人员来说，一年的工资算上年终奖金为七万，还有保险及各样的福利费用，假期工厂只能停止工作，而机器人则不会面临这些问题。纺织行业、电子电器行业、造纸行业、橡胶及塑料行业等生产加工领域是目前 AGV 智能机器人运用占比最为广泛的领域，这些领域有些是重污染的工作环境，而有些是劳动强度特殊高，单单这两个因素都让许多工人望而却步，使得企业常常出现招工难的现象，要完成产业转型更是难上加难。AGV 智能搬运机器人的出现，很大程度上降低了企业的用人成本，削减了企业对工人劳动强度的依靠，同时促使企业在新的物质技术上转型成高新技术密集型产业，使得这一类行业变得更加智能化、自动化。依据市场调研公司 Reportlinker 的报道，显示在 2015-2020年间，中国移动机器人和 AGV 的市场销量每年都以巨大的涨幅增长（如图 1.1所示），并且还会保持这一涨势至 2021 年，其报告还预料在 2021 年会达到 61000台，接近当前市场两倍的销量。不仅如此，近年来电商行业的崛起，使物流行业日渐趋于自动化，规模变得空前浩大，衍生出仓储物流的自动化行业，基于此自动化行业对于机器人的需求，发展出物流仓储技术及相关设备，AGV 机器人就是这一高新技术的主体及衍生对象，而 AGV 机器人则会替代原有的机器，且会进 4入更多的行业。使行业中的工作更加便捷，生产率提高，人工的成本降低，人身平安性提高，甚至使产品的合格率更为可观。图 1.12015-2019 年 AVG 市场新增率与增长量近几年的智能家居牢牢地吸引住了人们的视线，人们在住的舒适的同时更加追求智能化，这场家居行业的自动化改革正在进行。由前几年的简洁的喷漆机器人给木家具装潢，装配机器人安装水龙头的配件，切割机器人对木地板进行割锯等在涂料、地板等家具行业的盛行，到现在普及甚至更新换代升级，不仅仅满意于简洁的蛮力工作，改革为机器人限制家电，由之前的天猫精灵，可叫醒起床，语言沟通等，到小度的可自由限制家电，切换模式等。这些智能机器产品的问世，是我们的生活更加舒适，也促进了同类智能产品的开发探讨，同系列产品的销售以及更新换代。而这些产品的理念更注意以人为本，是人们在舒适的同时，生活的效率也大大.