【仓库运输机器人系统设计11000字（论文）】

摘要随着社会经济的高速发展以及社会活动的需要，目前就大多数物流分拣和大型流水线来说，人工分拣和人工搬运会消耗大量的人力，物力更不能保障人们的安全。而仓库运输机器人不知疲倦，节省了大量的人力，提高了效率并且在搬运及分拣当中不会因为物品的过大而造成人员的受伤，大大保障了人员的安全，因此仓库运输机器人的诞生和发展逐步成为社会的主流，就目前来说，仓库运输机器人已经占据了工业机器人很大一部分，人们可以通过编程来控制机器人来完成预期的工作。本设计对仓库运输机器人的研究现状展开调研，通过查找资料与分析设计出了自动避障仓库运输机器人模型，该模型主要采用四驱小车为载体，以STM32单片机作为控制核心，通过红外循迹模块来检测小车的行进路线，通过超声波传感器实现避障和测距，并且通过Aiduino和蓝牙模块调节舵机转向来控制四轴机械爪抓取货物，对各模块反馈的信息进行运算处理，进而控制小车的四个直流电机来控制行进速度和转角方向，使机器人将货物放到指定位置。最后通过软件编程使机器人完成一系列的动作及路线。仓库运输机器人的出现对社会的经济的发展起到了关键作用，使人力得到充分利用。在自动化综合领域，减少人力资源和更准确的控制生产节拍，并且便于有节奏的加工生产，是现代工业发展的必然趋势。关键词：仓库运输机器人；循迹；避障；单片机

1.绪论在社会经济和科技的高速发展以及人类社会生产活动的多方面需求影响下，仓库运输机器人的诞生是时代的产物。尤其在物流分拣和大型流水线的场景中，仓库运输机器人有望代替人力成为主要的生产手段和模式。在当前的人力资源运输中，不仅要耗费大量的人力物力，还要耗费大量的人力物力和防护装备，而且存在成本高、效率低、安全不能保证、判断错误等诸多弊端[1]。相比人力而言，无论在构造还是性能上人们都无法与仓库运输机器人所比拟，而且仓库运输机器人在执行作业时可以降低上述状况带来的损失，而且效率较高。仓库运输机器人利用硬件和软件编程实现多种作业与任务，在工业生产中，利用不同的终端设备，实现对不同零件的加工[2]。1.1研究背景及意义本课题的研究目的是设计和制造一台自动避障仓库运输机器人，以替代手工作业，以节省人力、安全、节省人力，并以此为依据，减少成本。在现代机械工业飞速发展的今天，自动化作业机器人已经被广泛地应用于科技、生产、加工、服务等各个领域。相对于一般的人力，自动化机器人的综合性能是人力所不能及的。首先，仓库运输机器人在很大程度上实现了自动化，可以实现更高的工作效率，从而克服了劳动生产率低、安全不保证、生产成本高的问题。其次，自动仓库运输机器人投入使用后，可以最大程度地降低或避免意外。利用机械臂取代人工，使加工与制造更有韵律。同时，自动仓库运输机器人的工作寿命和工作时间超过了通常的人工工作时间，同时也降低了人工的使用[3]。降低劳动强度、提高生产率、严格控制节拍是现代工业发展的大势所趋和必然要求[4]。因此，自动仓库运输机器人的产生和发展将是这个社会和时代不能缺少和改变的需求。1.2自动仓库运输机器人国外研究现状自工业革命开始，科技逐渐成为第一生产力，机器人产业相继迎来了发展的新高度，进而仓库运输机器人市场也顺势而起。当前，在一些不适合于手工操作的环境中，会出现大量的仓库运输机器人，如：高压、高温、粉尘、高危险性、噪音大等环境[5]。随着我国经济的快速发展，行业生产需求日益增长，仓库运输机器人在性能、数量上都无法适应大规模的工业和制造业的发展。仓库运输机器人最初广泛应用于汽车流水线，主要用于搬运体积大、质量大、不易搬运的坯料及工件，充分利用仓库运输机器人的承载能力优点。目前，全球已有超过10万台仓库运输机器人，主要用于自动下料、自动冲压机生产线、自动装配流水线、码垛搬运、集装箱搬运等。一些发达国家已经设定了人力搬运的极限，超出极限的作业只能由机械臂进行。日本、美国是机器人技术发展最快并且使用量最大的国家，1960年美国第一批生产了运输机器人，20世纪中叶发明了Versatra和Unimate，由Umination公司负责，并且首次用于搬运工作[6]。目前来讲，在机器人的研发和生产应用等方面美国仍然处于领先地位。欧美一些发达国家采用机器人进行工件装配已经成为工业生产的主要载体，这也是现代工业的发展大趋势。美国洛克福特工厂制造的160毫米口径的弹体，它的重量大概在一百二十公斤左右，从原材料到组装，都不需要工人来完成。采埃孚是德国最大的齿轮箱供应商，使用了仓库运输机器人来处理大型部件[7]。相对与美国而言，日本在机器人研发应用方面虽然不能说比美国强，但是日本在机器人数量等方面也一直领先世界上很对的国家。日本与美国的智能搬运机械公司进行了深入的沟通，将先进的机械加工技术引入日本，并将人力、技术资源整合到一起，到了20世纪90年代末，实际生产的自动仓库运输机器人已达一万多台。总体而言，国外相对于国内来说对机器人的认知及研发生产比国内较早。1.3自动仓库运输机器人国内研究现状但是国内也从来没有停止对机器人的探索及开发，北京起重机械研究所于1975年研制成功了我国首款以电磁导航为主的自动仓库运输机器人，其导向模式与国外传统的牵引式导向系统存在较大差异。为便于远程操作人员的管理，降低部分搬运作业中的不必要环节，国产仓库运输机器人增加无线通讯装置，以使之更加便利和实用。同时，在实际现场应用电磁导航技术，可以减少货物的运输时间，提高整体仓库的运转效率，并能有效地处理单个商品[8]，适合食品加工厂等企业搬运[9]。进入90年代后为了提高生产效率，沈阳金杯汽车引进了国外自动搬运系统，将多台自动仓库运输机器人投入到生产线进行辅助生产。此后，自动仓库运输机器人在国内获得了众多企业的广泛关注，更多企业想把自动仓库运输机器人及相关技术投入到生产实践当中以提高自身生产效率[10]。为了应付双十一的巨大物流分拣压力，天猫集团于2015年推出了Geek+团队开发的仓储仓库运输机器人，并将Geek+团队开发的智能仓库运输机器人应用于现场物流生产拣选，及时分担了双十一货物量猛增给企业物流带来的压力[11]。京东公司在2016年推出了自己的仓储仓库运输机器人，这种机器人具有体型小、占地少、可装载300kg的货物的优点，可以充分满足物流仓库中的普通货物。缺点是这种类型的仓库运输机器人，必须将货物从架子上转移至分拣平台，再由人工进行二次分拣[12]。目前国内部分啤酒企业已将仓库运输机器人用于生产啤酒，从而减少了生产中的损坏率，提高了工业的生产率，同时采用了先进的控制系统，很大程度上的保证了产品的稳定性和连贯性[13]。尽管我国在自动仓库运输机器人领域的研究比较滞后，投入到实际生产中的时间也比较短，但是随着技术的发展，我国已经逐渐向自主研发转变，与国外的差距越来越小。从目前的发展情况来看，国内的自动仓库运输机器人依然是最大的消费市场。随着市场对产品工艺的日益增长，对自动化的要求也越来越高，这也是自动仓库运输机器人不断升级和更新的动力[14]。1.4本文研究内容和章节安排本设计研究内容：仓库运输机器人以电动四轮驱动小车为主要载体，搭载着STM32F103C8T6最小系统作为各个传感模块的控制核心。总体功能设计主要包括以下方面：通过循迹模块检测和调整自动避障仓库运输机器人的路线，通过避障模块对自动避障仓库运输机器人进行避障和测距功能，通过控制电机驱动模块来控制自动避障仓库运输机器人的行进速度以及转角方向，通过蓝牙模块和手机APP发送指令来调节舵机转向和四轴机械爪抓取货物。最后，单片机通过对各传感模块反馈的信息控制直流电机的转速和转向，使机器人将货物搬运到指定位置。最后，通过对系统软件编程，实现一系列行进及搬运过程。章节安排：第一章为绪论部分，主要阐述了国内外自动仓库运输机器人的发展现状和发展趋势。探讨了这一设计的发展趋势和研究意义。第二章介绍了本设计的总体设计方案，并按照总体设计方案完成对硬件的选型，该步骤是实现自动仓库运输机器人设计的基础。第三章为自动仓库运输机器人各功能模块的设计。该章节详细论述了各个模块的基本原理。第四章为自动仓库运输机器人软件设计部分。主要介绍实现本设计所用到的各个模块以及其实现的流程。第五章为系统调试，介绍了对本次设计从软硬件方面的调试。2.仓库运输机器人总体方案设计2.1总体设计方案本设计为自动仓库运输机器人，主要由控制器、执行机构、循迹模块、通讯模块组成，现确定如下方案：自动避障仓库运输机器人从起始点出发，通过指定路线循迹到货物位置，自动避障仓库运输机器人停止循迹，操作机械爪抓取货物，然后调整机器人姿态继续循迹，检测到货物放置点时放置货物后循迹回到起始点。整个过程当中自动避障仓库运输机器人通过超声波检测到与障碍物距离小于10厘米，机器人将停止循迹，直到障碍物与机器人距离小于10厘米，继续循迹。确定自动避障仓库运输机器人主要实现功能如下：（1）经单片机处理循迹模块采集的轨道信号，从而控制机器人循迹行走。（2）经单片机处理避障模块通过超声波采集的距离信息，对路线中的障碍物进行避障。（3）通过舵机机械爪转向角度，从而实现机械爪抓取货物。系统总体设计如图2-1所示。图2-1仓库运输机器人总体设计框图2.2各模块的选型2.2.1主控模块的选型在主控模块的选择中，主要考虑51单片机和STM32单片机两种方案。方案1：51单片机具有广泛的应用前景，但是它的运行速度太慢，部分功能需要扩充，对周边器件的要求也很高，这将会加重软件和硬件的负担。方案2：STM32是意法半导体集团开发的一个系列的微控制器[15]。STM32单片机本身就有许多的特点。STM32单片机包括增强I/O端口和APB总线，其中两条APB总线与设备相连，可以很好地控制外部设备。此外，该处理器还可以依据系统内部特点对其内部功耗进行完善，从而与系统要求相适应。具有十分丰富的界面和功能模块，有完整的开发工具，有较多的开发材料，具有很好的实用价值[16]。结合上述两个方案的对比，本设计选用STM32F103C8T6作为微控制器。图2-2STM32F103C8T6实物图2.2.2电源模块选型在电源的正常供给下各模块才能正常运行，自动避障仓库运输机器人才能有效的完成行进路线和各动作，因此电源模块是本设计的基础保障。对于本系统供电需求，考虑了两种供电方案：方案1：选用锂电池进行供电，经过稳压后给自动仓库运输机器人系统供电。对比干电池来说锂电池储电量更大，可以提供更久的续航时间，可重复充电，但成本较高。广泛用于移动电话、手提电脑、电动工具、电动车、街灯、航灯、小型家电。方案2：选用12V干电池，将12V的电压经过稳压器降压后为单片机系统和其他模块供电。适用于手电筒，半导体收音机，录音机，照相机，电子钟，玩具等，并广泛应用于国民经济的各个方面，如国防，科研，通讯，航海，航空，医学等。对本设计来说，选用了12V干电池作为电源，由于12V干电池在给主控芯片供电后也足以供给其他模块，使各模块能够正常运转，并且成本较低。2.2.3电机驱动模块的选型为了让仓库运输机器人运动，须采用电动机传动装置。目前市面上使用最多的是L298N和L293D。两者性能对比如表2-1所示表2-1L293D、L298N性能对比表L298NL293D电路结构双H桥大电压驱动器单H桥集成电路最高工作电压46V36V最高输出电流3A2A额定电流2A1A驱动电机个数2台直流电机1台直流电机性能电机驱动能力强电机驱动能力弱由表中的数据可以得出，L298N在各方面性能都比L293D性能强。并且L298N操作简单、稳定性好等优势，也更适用于本设计成本以及性能等方面的需要，故选择了L298N双H桥直流电机作为本设计主要驱动模块2.2.4电机的选型对于电机选型主要有两种方案：方案1：采用直流电机。直流电动机的优势在于它具有灵活、宽频、运行平稳、噪音低、效率高等。方案2：采用步进电机简易操控，精密度比较高，没有积累误差。但其运行噪音分贝大、高速状态扭矩小、启动频率较低等劣势也比较明显。基于上述比较，为了便于无级调速和节约成本，故本设计选用了直流电机。2.2.5循迹模块该方案中的循迹模块可以使自动仓库运输机器人沿着黑色胶带所规划的路径进行自行移动，在常规的设计中，一般都是通过红外探测来完成。因为黑胶与白纸之间的反光系数有差异，因此可以根据其特性来设计循迹[17]。本设计选用红外对管实现该功能，其实物如图2-3所示。图2-3红外对管实物图2.2.6避障和测距模块的选型为达到避障和测距的目的，本设计考虑了常用的两种传感器的性能并进行了选型。方案1：超声波传感器，超声波传感器主要通过发射和反射声波来完成。将物体放在传感器前面，当声波与物体接触后，会将声波传递给传感器，传感器会根据声波的传播和接收的时间间隔来进行测量距离[18]。超声传感器具有高精度、高分辨率、结构简单、占用空间小、耗能慢、探测距离远等特点。方案2：红外传感器，红外传感器通过发射红外光和反射光来完成距离测量。红外线照射在目标表面，使其反射红外线。当红外线传感器再一次收到反射的光线时，可以用方程式来求出距离。但是红外线感应器易受到其它因素的影响而产生偏移或误差。根据设计需求，采用了基于HC-SR04的超声波传感器来实现避障与测距的功能。当仓库运输机器人与前面的障碍之间的距离低于预定的10公分时，自动仓库运输机器人停止移动。图2-4HC-SR04实物图2.2.7搬运模块本设计中，配合操舵控制器的角度转换，利用机械手机构来搬运和卸货，以完成物品的搬运和卸载。本方案选用了SG90型舵机，其控制方式简单，便于与单片机接口，并可调整执行机构的角度。舵机实物如图2-5所示。图2-5舵机实物图3.系统硬件设计3.1控制模块设计该部分主要包括循迹、避障、主控等模块。3.1.1STM32F103C8T6最小系统单片机最小化系统是一个最简单的工作环境，它可以使单片机在最短的时间内完成程序。仓库运输机器人的处理器需要具备与外界的通信联系，控制小车的马达，以满足要求调速，集成和处理各个模块的信号等功能。本设计中选用了体积小但功能灵活、便于接口的STM32F103C8T6单片机最小系统板来实现以上功能。该系统原理图如图3-1所示。图3-1STM32F103C8T6最小系统原理图单片机最小系统一般包括以下电路模块：1、电源电路，电源电路为主控系统和各模块提供正常工作的驱动。由于各模块的额定电压值是不一样的，所以在经过稳压模块的降压后，要把原来的12V的电压转换为每个组件所需的额定电压。2、晶振电路，又叫时钟电路。该系统能为主控芯片提供系统时钟，为CPU和其它模块的正常工作奠定基础。晶振电路原理图如图3-2所示。图3-2晶振电路原理图3、复位电路，复位电路作为辅助电路。可以从外部重新启动单片机，一般作用于上电阶段或调试过程。其原理图如图3-3所示。图3-3复位电路原理图STM32F103C8T6最小系统版，其结构主要是以Cortex-M3为核心，并与整个系统进行了集成。该系统不仅功耗低，性能高，成本低，而且系统的集成度得到了极大的提高，开发难度也得到了降低。3.1.2循迹模块本设计采用了五个红外对管作为主要硬件，该模块并对周围的光照有很好的适应性。每个红外线对管包括一根红外线发射管和一根感光管。其原理图如图3-4所示。图3-4红外对管原理图红外发射管实质上是由红外辐射效率高的材料制成PN结，也就是可以单向导电的二极管。这种结构通过将电流注入到PN结而激励红外光。光敏接收管是一种具有感光性能的PN结，它的结构特征决定了它的单向导电性。无光照时，光敏管不导通。有光照时，则形成光电流。颜色不同反射能力也不同，黑色的反光能力较弱，白色有着较强的反光性。根据该原理，用黑胶带在白色纸板上贴出小车循迹的路线。红外线发射管持续地发出红外线，打在黑色胶带上，会产生很小的反射，从而使接收管无法接通；在红外线照射在白板上时，感应器会收到更多的光，从而使接收管导通。3.1.3超声波避障模块本设计中由HC-SR04超声波模块来完成自动仓库运输机器人的避障和测距，其原理图如图3-5所示。图3-5超声波模块原理图HC-SR04超声波传感器的原理如下：首先，I/O口输出一个高电平，超声波模块会立刻发射超声波，同时打开定时器检测与ECHO相连的I/O口电位。当收到返回的声波时，ECHO输出高电平，定时器关闭，此时定时器所读取的时间就是超声波传感器从发出信号到接收到返回信号所用的时间[20]。由此，根据式(3-1)可计算出自动仓库运输机器人与障碍物的距离。式(3-1)式中，c为超声波直线传播的速度，为传感器测量的时间总和，n为测量次数，测量次数越多，得出的结果精度越精确，由三个参数和标准公式，即可计算出d，也就是自动仓库运输机器人与障碍物之间的距离[21]。该模块采用了多次连续测量法，以减少测量误差。当d的数值比程序设置的数值低时，自动仓库运输机器人停止。3.2电机驱动模块设计在单片机接上L298N驱动芯片相应的控制引脚，即可通过单片机控制电机的正、反转以及速度大小。其原理图如图3-6所示。图3-6L298N芯片原理图该驱动模块采用L298N驱动芯片，可实现多台直流电动机的同步运行。该仓库运输机器人包括四台直流电动机，在机器人的左右两侧分别装有两台直流电动机，通过相同的控制信号连接两台电动机。采用ENA、ENB两种方式实现对电动机的有效控制，实现了正转、反转、自由滑行和停止四种操作方式。3.3搬运模块设计搬运模块主要由蓝牙模块、舵机，机械爪构成。3.3.1蓝牙模块本设计选用HC-05蓝牙模块控制舵机转向和机械爪完成货物的抓取。其原理图如图3-7所示。图3-7HC-05蓝牙模块原理图HC-05是CSR的主流蓝牙芯片，功能齐全，功耗低，价格便宜，是一种以蓝牙标准V2.0为基础的数字传输模块，具有3.3V的工作电压，可设定的波特率在4800-1382bit/s之间，蓝牙的工作频率为2.4GHz，可以达到10米的距离，实际应用中会根据场地不同而变化[22，23]。HC-05模块通过蓝牙遥测控制器与主控芯片相连，是蓝牙APP与主控芯片之间的数据通讯桥梁，既能接收数据，又能传输数据。在接收端，负责接收由APP发出的用户指示；在发送端，负责向APP反馈搬运设备的各项状态。HC-05模块在与主控芯片的对接中，其主要功能是将HC-05模块的串口发射、接收端与单片机的串口接收、发射端进行通信。3.3.2舵机结合本设计搬运装置设计需求，选择了SG90舵机作为该部分的核心硬件。其原理图如图3-8所示。图3-8SG90舵机原理图主要结构包括：减速齿轮组、电机、电位器和控制电路。通过接收端将控制信号输入到信号调制晶片中，并将其转换成直流偏压。通过对直流偏压和电位计的电压进行比较，得到差值，然后将其输出。最后，将差压输出至马达驱动晶片，以控制马达的正反方向。在电动机的速度不变的情况下，由串联的减速器驱动电位计，使电位计的差值变为0，电动机就会停止运转。通常情况下，舵机的控制要求在20毫秒内完成，以180度角伺服系统为例，其脉冲幅值与马达转动角的相应控制关系如下表3-1所示：表3-1脉冲幅值与马达转动角的相应控制关系表0.5ms0度1.0ms45度1.5ms90度2.0ms135度2.5ms180度在本设计中，在所有的控制算法都已完成之后，由单片机将所得的数据转化为PWM信号，并将其输入至操舵系统。由于单片单片机仅依靠硬件的计数就能完成对控制信号的变化，所以它不会受到外界的干扰，从而保证了整个系统的稳定运行。3.3.3搬运装置设计搬运装置是由一个四轴机械爪通过Arduino和蓝牙模块控制舵机转动方向来实现货物的抓取和放置。Arduino原理图如图3-9所示。图3-9Arduino原理图4.系统软件设计4.1主程序设计自动避障仓库运输机器人整体运行是通过红外光线、超声波等信息的反馈分别通过红外循迹模块、避障模块、接收并产生各种信号，然后来控制直流驱动电机运行，从而实现小车行驶方向和速度的调节。再加上通过蓝牙模块与手机APP连接接受指令，通过APP发送指令来控制机械爪去抓取货物。总体设计图如图4-1所示。图4-1自动避障仓库运输机器人主程序4.2避障程序设计本部分超声波传感器通过对仓库运输机器人周围环境的探测，可以探测到其附近是否有无障碍物对机器人的移动产生影响，并对其与障碍物的距离进行测量。在整个跟踪过程中，都会触发障碍物和测距的功能，通过超声波传感器将超声波反射到障碍物上，再通过超声波传感器将其转化为电子信号，将其进行整形反馈给单片机，使其按照反馈的信息工作。通过设定好的程序，在超声波模块探测到移动机器人与障碍物的间距超过10公分时，机器人会继续沿着轨迹移动，在距离障碍10公分以内时停止移动。超声波避障流程如图4-2所示。图4-2避障流程图4.3红外循迹程序设计该部分通过自动避障仓库运输机器人前端底部的红外线对管来检测循迹路线，红外发射对管发出红外光线，从而根据接收到的不同光线转换成不同的电阻信号，电阻信号通过外接电路转变成电压信号，电压信号经比较器转换后转化为电平信号并输出到单片机的I/O口。通过检测到白色或黑色路面时红外探头相对应的端口分别输出低电平和高电平。通过传感器的反馈单片机对直流电机进行逆向调节从而调节机器人的运行状态，通过中间三个红外对管的反馈，从而调整自动避障仓库运输机器人在预定的路线上自动循迹。自动仓库运输机器人红外循迹流程如图4-3所示。图4-3循迹流程图4.3搬运装置程序设计该部分当自动避障仓库运输机器人到达搬运位置后，机器人停止。通过人机交互界面给舵机和机械爪下达命令，调节舵机角度和机械爪状态，使抓手合并抓取货物。搬运装置流程图，如图4-4所示。图4-4搬运装置流程图5.系统调试验证5.1系统调试首先确认电路是否正常，烧入程序控制电机转动，电机正常运转，表示电机和电机驱动无故障。然后烧入避障程序，在正常运行的小车前面放上障碍物，小车在接近障碍物时停止运动，拿走障碍物后小车继续行走，说明避障模块可以正常使用，然后通过手机APP连接蓝牙模块控制舵机转动和机械爪的操控，发现舵机可以正常转动并且机械爪也可以正常操控。从以上调试可以看出机器人的电路、电机、STM32主控、电机驱动模块、避障模块、蓝牙模块等均可以正常使用。因此机器人整体系统调试没发现问题。机器人整体图片如图5-1所示。图5-1机器人整体图5.2硬件设计对各个硬件按照自动避障仓库运输机器人功能要求连接好每个器件的电源线，并且确保电源正负极不会接反，再将信号线连接到单片机上并且检查每个引脚是否接对。安装电池打开电源仔细检查各路线是否有短路或者发热现象。硬件组装成品如图5-2所示。图5-2硬件设计图5.3软件设计5.3.1电机调试利用干电池为直流电机提供12V的电压，可以看到电机可以正常转动，然后将正负极反接，电机开始反转，则证明直流电机正常。然后在L298N驱动模块的两路输出口连接上准备好的两个直流电机，将单片机I/O口与电机驱动模块使能脚相连。当外接电源给L298N驱动模块供电时，单片机发送给该模块电平信号，根据电平的高低控制电机正常正反转。接着连续改变ENA、ENB使能脚的PWM信号，这时会观察到两个直流电机的转速发生了变化，则测试无误。最后，调节直流电机速度，防止小车速度过快在循迹过程中产生较大偏差，最后调至合适速度，实现自动仓库运输机器人的理想的正常驱动。如图5-3所示为电机结构图。图5-3电机结构图5.3.2循迹模块调试启动电源后，自动仓库运输机器人沿着预定的路线行进，起初因为速度太快，很容易出现偏差，调整了速度后，机器人的轨迹循迹精度就会提高。但是，由于用于追踪的红外对管位置比较高，有时会受到光线的干扰，经过调整后，将红外对管置于小车的底部，通过调整电位器，提高了循迹的灵敏度，自动仓库运输机器人的循迹结果准确率大幅度提升。图5-4为自动仓库运输机器人准确循迹的实拍图。图5-4循迹实拍图5.3.3避障模块调试本设计要求自动仓库运输机器人在循迹过程中遇到障碍时，通过超声波模块持续地发出超声波来进行测距，当机器人与障碍物的间距小于10厘米时，机器人将停止工作，超过10厘米时，机器人将继续前进。实验中，通过人工遮挡和设置障碍物等手段对其进行了检测，并取得了良好的效果。图5-5为自动仓库运输机器人避障时的实拍图。图5-5仓库运输机器人避障实拍图5.3.4舵机控制模块调试本设计中，舵机的作用主要是通过Arduino主板和蓝牙模块控制转动角度使仓库运输机器人前方用来搬运的机械爪能顺利搬放起物块，在测试中机械爪容易出现失误抓不到东西，经过反复调试，发现是由于物块太轻或者太小不太容易被抓起，在搬起时容易出现失误。图5-6为自动仓库运输机器人搬运货物时的实拍图。图5-6仓库运输机器人搬运货物实拍图5.4联合测试硬软件调试后，自动避障仓库运输机器人可以完成单程的搬运作业。开关启动后，电机驱动仓库运输机器人行走和转向，红外对管发射管发射红外光线到地面，反射后由接收管接收，并传给单片机，进行分析以实现自动仓库运输机器人循黑线行走。超声波模块会通过不断发射超声波，接收反射声波来完成检测距离，由于本设计的程序设定的测距值为10厘米，一旦自动仓库运输机器人前方存在障碍物且距离小于10厘米，自动仓库运输机器人停止行进。当仓库运输机器人左右两侧的红外对管检测到黑点时，机器人停止。由蓝牙控制舵机调整搬运机械装置的角度以搬运起物块，然后机器人在合适的停顿时间后，机器人继续行驶。当机器人左右两侧的红外对管再次检测到黑点时此时，机器人停止，通过蓝牙控制把货物卸下，然后机器人在合适的停顿时间后，小车继续循迹支起始位置，然后接着下一轮的搬运。6.总结与展望在全球经济飞速发展的情况下，制造业的崛起应运而生，同时各领域正在向智能化方面发展。在此背景下我们需要一款自动避障仓库运输机器人代替人们去完成那些劳累重复的工作。本设计经过整体设计、硬件选型及选型，软件设计、硬件组装、硬软件调试等工作后，能实现预设的基本功能并将误差和失误减小到一定范围内，实现了移动-避障-搬运功能。有希望解决传统搬运机器臂只能固定在定点进行搬运的弊端。以下为本次设计完成的主要工作。（1）依据本设计的要求，通过查阅资料分析搬运背景和仓库运输机器人的国内外现状并明确了研究意义，从而引出自动避障仓库运输机器人的总体设计。（2）仓库运输机器人的移动系统设计是由12V干电池作为电源，通过电机驱动L298N模块控制直流电机转动实现机器人在地面的自由移动。（3）仓库运输机器人的循迹系统设计为五个红外对管组成，中间两个为检测循迹路线，两边各一个是为了检测地点。实现在规定路线内重复运动。（4）仓库运输机器人的避障系统采用超声波测距避障，可精确判断障碍物距离并且及时做出动作。同时超声波避障相比于红外传感器来讲，超声波避障不受光照影响，因此更适用于相对复杂的环境下。（5）仓库运输机器人的搬运模块是由四个Mg90s舵机和Arduino以及蓝牙模块组成的四自由度