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DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.204
摘 要：设计了一种基于ZigBee无线组网技术的货物载运助力机器人，可实现货物装卸和运输的智能化。此货物载运机器人的机械结构主要由拾取机构、传送机构、推送机构等部分组成，同时融合了激光雷达避障技术和ZigBee无线组网通讯技术，可远程利用手机APP控制车体，实现货物载运助力机器人的货物拾取、运送和卸载功能。机器人适用于各类商品的分拣运输，尤其适用快递的产品的运输助力，可广泛应用于大中型网店。
关键词：ZigBee无线组网 激光雷达APP控制 对射光电管
中图分类号：TN958.98 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0204-02
物流作为国民经济的一个新兴产业，成为了我国21世纪经济发展的重要产业和新的增长点。为满足社会生产和消费的需要，对运输、储藏、装卸搬运、配送信息处理等物流环节进行现代化控制和管理，旨在提供给客户高效、经济、舒适的服务。国外货物载运助力机器和货物载运助力机器行业发展已经趋于成熟，而我国仍然处于发展初期，产品仍需不断的完善，货物载运助力机器在适用范围上并没有得到最大的拓展，企业的研发能力也较弱，所以未来企业如何满足市场的多样化需求是行业发展的关键。该文设计了一种货物载运助力机器人，可通过手机APP控制实现货物的智能化运输装卸，可广泛应用于网店货物载运、快递载运、农作物载运等基本建设之中。
1 机器人工作原理
货物载运助力机器人如图1所示，由传送带传动系统、对射光电管组、双曲柄机构、气动连杆等组成。此货物载运助力机器人是一款能通过手机APP控制服务型机器，可完成不同环境中的货物的拾取→传送→运输→卸载。其主要由以下5个部分组成：拾取机构、传送机构、推送机构、控制系统、壁障装置。具体工作原理如下。
拾取机构——该装置结合了双摇杆机构与光电传感器工作原理。当外伸的光电传感器检测到前方有物品时，会将信号发射给电路控制中心，再由控制中心发出一个指令，控制舵机组的转动，从而带动杆组运动完成货物拾取的动作。
传送机构——传送系统采用柔性带传动，由一个直流12v减速电动机提供动力，以驱动传送机构将货物从底部运送至货箱。
推送机构——推送机构主要由三部组成（储存货箱，对射光电管，电动连杆），当对射光电管检测到储存货箱装满时，由控制中心发出指令，气动连杆向上推动货箱，倾倒货物，完成货物的卸载工作。
控制系统——手机APP软件的控制命令通过WiFi网络发送至网关模块（控制中心），控制中心可控制对射光电管、光电传感器、气动连杆等各机构的工作，从而完成货物载运助力机器的行走、转向、抓取、传动带运动及存储箱装满检测功能。
避障系统——避障功能可利用外伸的光电传感器来实现，控制中心通过光电管反馈的前方的信息操控轮子的运动，可实现机器的行走，停止，转向等动作。
2 机构介绍
2.1 拾取机构设计
如图2所示，该结构利用平面四杆机构中双摇杆的工作原理，主动摇杆通过支撑板两边的舵机实现固定角度的转动，从而实现从动摇杆末端预定轨迹的运动。其中从动杆末端的运动轨迹经过设计和计算，可保证拾取机构顺利地完成物品的拾取与分拣等动作。
2.1.1 自由度分析
（1）活动构件数，低副数目=4，高副数目
自由度
带入计算得
由机械原理相关理论知识得F点能实现预定的圆弧运动。
（2）再由平行四边形杆机构的设计方法。
為主动摇杆，机架，摇杆，连杆。因为，即最短杆与最长杆之和其余两杆之和，不满足杆长条件，此连杆机构构成双摇杆机构。
2.2 推送机构设计
在货箱下面安装有一个小型的电动推杆，这种电动推杆是一种新型的电动执行机构，可在一定行程范围内做往返运动，可退动货箱从车身侧面完成一定角度的翻转，实现货物的卸载。电动推杆24/12V直流永磁电机为动力源，把电机的正反旋转运动转化为直线往复运动。采用电动推杆作为执行机构不仅可减少采用气动执行机构所需的气源装置和辅助设备，也可减少执行机构的重量。具有精度控制高、自锁性能好、同步性强和驱动控制简单等优点。
2.3 传送机构
传送机构采用柔性带传动，将物品从接近地面位置传送到小车中部的货箱中。它由位于车身一侧的电动机提供主要动力，以实现皮带的正常运转。其中传送带表明经过特殊工艺加工，使其表面的摩擦力显著增大，可防止物品在上面出现打滑等现象，传动较平稳，噪声小。而且带传动在过载时在带轮上打滑，可防止其他器件损坏，起到了过载保护的作用。其次其结构简单，制造和维护方便，成本低。
3 控制系统
控制系统是此货物载助力运机器人的关键环节，结合了ZigBee无线组网通讯技术及凌阳SPCE061A单片机控制的嵌入式系统，并与激光雷达装置协调配合，完成机器人的避障、货物的拾取及卸载等功能。激光雷达与其他声波和红外线传感器相比，能够考虑到精度和速度要求，能克服超声波避障的物理盲区和曲面探测能力弱等问题以及红外线传感器受探测物体的颜色、表面光滑程度影响较大等问题，能在光线弱或黑暗条件下正常工作。货箱内部设有对射光电管，当检测到货物装满后系统发出指令，停止双曲柄连杆和带传动的工作。
4 结语
该文设计的货物载助力运机器人是一种能实现货物的拾取、运输和卸载的智能化过程的机器人。文中对机器人的机械结构设计利用了双摇杆的原理，可完成货物的拾取。此机器人可大大减轻人工作业的劳动强度，提高库存周转率，加速商品物流，降低流通成本，可广泛投入到快递行业，满足社会需求。
参考文献
[1] 孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2] 严金云.电机应用技术[M].北京：化学工业出版社，2006.
[3] 常勇.按行程速比系数K设计转动导杆（导块）机构的解析法[J].机械科学与技术，2002（3）.
[4] 刘迎春.现代新型传感器原理与应用[M].北京：国防工业出版社，1998.
[5] 刘爱华.传感器原理与应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2010.
[6] 贺向东.双摇杆机构的优化设计[J].厦门理工学院学报，1995（3）：57-60.
[7] 姜仲.ZigBee技术与实训教程——基于CC2530的无线传感网技术[M].北京：清华大学出版社，2012.
摘 要：设计了一种基于ZigBee无线组网技术的货物载运助力机器人，可实现货物装卸和运输的智能化。此货物载运机器人的机械结构主要由拾取机构、传送机构、推送机构等部分组成，同时融合了激光雷达避障技术和ZigBee无线组网通讯技术，可远程利用手机APP控制车体，实现货物载运助力机器人的货物拾取、运送和卸载功能。机器人适用于各类商品的分拣运输，尤其适用快递的产品的运输助力，可广泛应用于大中型网店。
关键词：ZigBee无线组网 激光雷达APP控制 对射光电管
中图分类号：TN958.98 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0204-02
物流作为国民经济的一个新兴产业，成为了我国21世纪经济发展的重要产业和新的增长点。为满足社会生产和消费的需要，对运输、储藏、装卸搬运、配送信息处理等物流环节进行现代化控制和管理，旨在提供给客户高效、经济、舒适的服务。国外货物载运助力机器和货物载运助力机器行业发展已经趋于成熟，而我国仍然处于发展初期，产品仍需不断的完善，货物载运助力机器在适用范围上并没有得到最大的拓展，企业的研发能力也较弱，所以未来企业如何满足市场的多样化需求是行业发展的关键。该文设计了一种货物载运助力机器人，可通过手机APP控制实现货物的智能化运输装卸，可广泛应用于网店货物载运、快递载运、农作物载运等基本建设之中。
1 机器人工作原理
货物载运助力机器人如图1所示，由传送带传动系统、对射光电管组、双曲柄机构、气动连杆等组成。此货物载运助力机器人是一款能通过手机APP控制服务型机器，可完成不同环境中的货物的拾取→传送→运输→卸载。其主要由以下5个部分组成：拾取机构、传送机构、推送机构、控制系统、壁障装置。具体工作原理如下。
拾取机构——该装置结合了双摇杆机构与光电传感器工作原理。当外伸的光电传感器检测到前方有物品时，会将信号发射给电路控制中心，再由控制中心发出一个指令，控制舵机组的转动，从而带动杆组运动完成货物拾取的动作。
传送机构——传送系统采用柔性带传动，由一个直流12v减速电动机提供动力，以驱动传送机构将货物从底部运送至货箱。
推送机构——推送机构主要由三部组成（储存货箱，对射光电管，电动连杆），当对射光电管检测到储存货箱装满时，由控制中心发出指令，气动连杆向上推动货箱，倾倒货物，完成货物的卸载工作。
控制系统——手机APP软件的控制命令通过WiFi网络发送至网关模块（控制中心），控制中心可控制对射光电管、光电传感器、气动连杆等各机构的工作，从而完成货物载运助力机器的行走、转向、抓取、传动带运动及存储箱装满检测功能。
避障系统——避障功能可利用外伸的光电传感器来实现，控制中心通过光电管反馈的前方的信息操控轮子的运动，可实现机器的行走，停止，转向等动作。
2 机构介绍
2.1 拾取机构设计
如图2所示，该结构利用平面四杆机构中双摇杆的工作原理，主动摇杆通过支撑板两边的舵机实现固定角度的转动，从而实现从动摇杆末端预定轨迹的运动。其中从动杆末端的运动轨迹经过设计和计算，可保证拾取机构顺利地完成物品的拾取与分拣等动作。
2.1.1 自由度分析
（1）活动构件数，低副数目=4，高副数目
自由度
带入计算得
由机械原理相关理论知识得F点能实现预定的圆弧运动。
（2）再由平行四边形杆机构的设计方法。
為主动摇杆，机架，摇杆，连杆。因为，即最短杆与最长杆之和其余两杆之和，不满足杆长条件，此连杆机构构成双摇杆机构。
2.2 推送机构设计
在货箱下面安装有一个小型的电动推杆，这种电动推杆是一种新型的电动执行机构，可在一定行程范围内做往返运动，可退动货箱从车身侧面完成一定角度的翻转，实现货物的卸载。电动推杆24/12V直流永磁电机为动力源，把电机的正反旋转运动转化为直线往复运动。采用电动推杆作为执行机构不仅可减少采用气动执行机构所需的气源装置和辅助设备，也可减少执行机构的重量。具有精度控制高、自锁性能好、同步性强和驱动控制简单等优点。
2.3 传送机构
传送机构采用柔性带传动，将物品从接近地面位置传送到小车中部的货箱中。它由位于车身一侧的电动机提供主要动力，以实现皮带的正常运转。其中传送带表明经过特殊工艺加工，使其表面的摩擦力显著增大，可防止物品在上面出现打滑等现象，传动较平稳，噪声小。而且带传动在过载时在带轮上打滑，可防止其他器件损坏，起到了过载保护的作用。其次其结构简单，制造和维护方便，成本低。
3 控制系统
控制系统是此货物载助力运机器人的关键环节，结合了ZigBee无线组网通讯技术及凌阳SPCE061A单片机控制的嵌入式系统，并与激光雷达装置协调配合，完成机器人的避障、货物的拾取及卸载等功能。激光雷达与其他声波和红外线传感器相比，能够考虑到精度和速度要求，能克服超声波避障的物理盲区和曲面探测能力弱等问题以及红外线传感器受探测物体的颜色、表面光滑程度影响较大等问题，能在光线弱或黑暗条件下正常工作。货箱内部设有对射光电管，当检测到货物装满后系统发出指令，停止双曲柄连杆和带传动的工作。
4 结语
该文设计的货物载助力运机器人是一种能实现货物的拾取、运输和卸载的智能化过程的机器人。文中对机器人的机械结构设计利用了双摇杆的原理，可完成货物的拾取。此机器人可大大减轻人工作业的劳动强度，提高库存周转率，加速商品物流，降低流通成本，可广泛投入到快递行业，满足社会需求。
参考文献
[1] 孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2] 严金云.电机应用技术[M].北京：化学工业出版社，2006.
[3] 常勇.按行程速比系数K设计转动导杆（导块）机构的解析法[J].机械科学与技术，2002（3）.
[4] 刘迎春.现代新型传感器原理与应用[M].北京：国防工业出版社，1998.
[5] 刘爱华.传感器原理与应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2010.
[6] 贺向东.双摇杆机构的优化设计[J].厦门理工学院学报，1995（3）：57-60.
[7] 姜仲.ZigBee技术与实训教程——基于CC2530的无线传感网技术[M].北京：清华大学出版社，2012.