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電商行業(yè)的蓬勃發(fā)展，對我國物流行業(yè)提出了更高的要求。物流設備的智能化也成為當今物流發(fā)展的主要趨勢。同時，環(huán)保節(jié)能是當今社會永不改變的時尚理念。基于此，本文設計了一款小型太陽能倉儲物流機器人，主要用于物流倉庫內(nèi)貨物的拿取和搬運。

太陽能倉儲物流機器人采用太陽能作為整個系統(tǒng)的能源供給。以stc51單片機為作為物流機器人主控核心器件，按照物流機器人所要實現(xiàn)的功能，將物流機器人設計分為7個部分，分別為：主控模塊、運動控制模塊、避障模塊、導航模塊、無線通信模塊、機械臂模塊和光伏充電控制模塊。具體框圖如圖1所示。

圖1 小型太陽能倉儲物流機器人總體框架   下載原圖

主控模塊的核心器件就是一塊stc單片機，它相當于物流機器人的大腦，獲取各功能模塊反饋回來的信息，并根據(jù)獲取的信息控制物流機器人的運行狀態(tài)。

物流機器人能夠靈活實現(xiàn)前進、后退、左轉、右轉以及調(diào)速等功能。本文選用兩個12v的直流減速電機作為驅動輪。利用典型H橋驅動電路驅動直流電機的轉向和轉速，控制所需的PWM信號由stc單片機產(chǎn)生。從而控制物流機器人的運動狀態(tài)。

本部分的關鍵在于H橋的構建和PWM控制信號的生成。H橋基本工作原理如圖2所示，當開關管Q1和Q4同時導通時，回路中電流從電源正極流經(jīng)Q1,再從電機左側流入右側流出，最后經(jīng)過Q4回到電源負極，此時電機將圍繞箭頭所示方向轉動，定義為電機正轉。如圖3所示，控制信號使Q1、Q4截止，Q2、Q3導通，電流從電源正極經(jīng)Q3從電機右側流入左側流出，再經(jīng)Q2回到電源負極，此時電機將沿逆時針方向轉動，定義為電機反轉。通過控制電機的正反轉來實現(xiàn)物流機器人的前進后退。

圖2 電機正轉   下載原圖

圖3 電機反轉   下載原圖

通過調(diào)節(jié)單片機產(chǎn)生的PWM信號占空比，來調(diào)節(jié)電機的轉速，實現(xiàn)物流機器人運行速度的控制。同時調(diào)節(jié)使兩個驅動輪的轉速不一致，就能實現(xiàn)物流機器人的轉彎。

選用巡線的方式為物流機器人導航，到達相關指定區(qū)域。紅外傳感器（如圖4）作為巡線傳感器。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射強度的特點，在機器人行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色紙質地板時發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收。如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。STC51芯片就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和機器人的行走路線。將紅外尋線模塊安裝在物流機器人底板的幾何中心，這樣機器人就不會偏離既定線路。在倉庫里根據(jù)需求鋪設黑色線條，機器人利用傳感器反饋的信息在預定的路線上行駛。對倉庫每一個存儲位置都預先設定好相應的行進路徑，編寫相應的控制程序，機器人根據(jù)控制端輸入的地址編號，運行相對應的程序代碼，到達指定位置。

圖4 紅外傳感器   下載原圖

物流機器人在行進過程中利用紅外傳感器檢測障礙物，當檢測到障礙物時，進行急停，然后等待直到障礙物被清除，成功避開行進中的障礙物，較好的防止了機器人發(fā)生碰撞。

采用無線藍牙技術與物流機器人進行通信。藍牙連接簡單快速，價格低廉，體積較小攜帶方便藍，藍牙4.0的數(shù)據(jù)傳輸速度達到了24 Mbps，傳輸距離達到50米。通過手機藍牙信號將倉庫目的地路徑傳輸物流機器人。物流機器人根據(jù)藍牙模塊收到的信息，執(zhí)行相應的路徑程序，使物流機器人準確無誤的到達目的地倉庫。藍牙模塊如圖5所示。

圖5 藍牙模塊   下載原圖

物流機器人的機械臂主要用于貨物抓取，搬移，如圖6所示。機械臂主要由鋁合金支架，金屬舵盤，杯式軸承，合金鋁爪以及舵機構成。共有四個舵機，其中三個舵機控制機械臂在幾何空間的X、Y、Z軸方位的轉動。另外一個電機控制機械爪的張開和閉合。機械臂的4個舵機運行都受單片機控制，使用無線手柄發(fā)出控制信號，單片機根據(jù)接收到信號控制機械臂上舵機的運動，最終實現(xiàn)機械臂對貨物抓取的動作。

在實驗室選用10W單晶硅光伏板、12V7Ah鉛酸蓄電池以及配套的充電控制器組建太陽能充電控制系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)。光伏板將太陽能轉換成電能，通過充電控制器給蓄電池和直流電機供電。當光照強度較，光伏板輸出電壓達到直流電機工作電壓時，充電控制器切換為光伏板直接給電機供電。當光照較弱，光伏板輸出電壓低于電機工作電壓時，充電控制器切換為蓄電池供電。太陽能充電控制系統(tǒng)實現(xiàn)了實時充電和儲能，解決了物流機器人能源動力問題。

圖6 物流機器人機械臂實物圖   下載原圖

本文所設計的物流機器人如圖7所示，主要利用清潔、無污染、可再生能源，充分達到了保護環(huán)境節(jié)約能源的目的。整個物流機器人功能設計齊全，運行靈活，易操作控制，符合當今社會物流行業(yè)發(fā)展需求。

圖7 小型太陽能倉儲物流機器人實物圖