基于Arduino的智能物流小车控制系统的设计

0引言
随着社会经济的快速发展和人们生活水平的提高,已经有越来越多的人开始在网上购物,这极大地促进了快递等物流行业的发展。

这些物流企业普遍采用人工分拣的方式对收到的货物进行分拣,而这种分拣方式存在着诸多的问题,例如基层工人负担大,分拣效率低等。

为了减轻基层工人的工作负担,提高分拣效率,设计一个基于Arduino 控制的智能物流小车,该小车可以自动识别与定位物品所在位置,并可以通过算法自动优化路径将物品送到指定的位置,极大地提高了智能物流小车的分拣效率和准确性。

1智能物流小车控制系统简介
智能物流小车控制系统是以Arduino Mega2560Pro 为控制核心,通过采集与处理智能物流小车底部安装的红外循迹模块及定位模块的信号,保证智能物流小车的定点循迹;通过接收与处理Openmv 模块与二维码扫描模块的信息,确定物流小车当前所需抓取的物品所在位置及要送达的目的地;通过蓝牙模块,将智能物流小车当前的信息实时显示在上位机上[1];同时通过与LCD12864结合,可实时显示智能物流小车当前的任务与位置等信息,其总体控制系统结构图如图1所示。

图1总体控制系统结构图
2智能物流小车电路设计
本产品的总体电路图如图2所示(详见28页),其总体电路主要由Mega2560、Mega328、L298N 电机驱动模块、红外循迹模块、DC-DC 降压模块、Openmv 模块、二维码扫描模块、舵机驱动模块、蓝牙模块等模块组成。

2.1颜色识别模块
本产品前期采用的是TCS230颜色识别传感器作为颜色处理的核心部件,该方案最大的优势就是成本低,缺点是每次上电使用前都需进行颜色矫正,检测时间较长,易受环境干扰返回错误结果,降低智能物流小车的精准度与效率。

为了提高智能物流小车的精准度与效率,经查阅大量资料[2-4],最终确定采用Open ⁃MV4H7Cam 摄像头模块作为颜色处理的核心部件,该部件与
TCS230颜色识别传感器相比具有:检测时间短,完成一次颜色识别只需要10ms ;独立CPU 控制,可通过UART 与主机通讯,无需占用主机资源;Python 语言控制,编译简单,并可编写滤波算法提高检测精准度等优点。

2.2舵机驱动模块
本产品对于机械臂的驱动采用的是MG995大功率舵机,前期实验所得结果:本产品所用的单片机根本无法驱动MG995舵机。

经查阅资料与考虑本产品的设计方案,最终决定采用PCA968516路舵机驱动板,该驱动板采用I ~2C 通信,内置PWM 驱动器和时钟。

采用该驱动板,可以极大的节省单片机的内部资源,提高核心单片机的运算速度,从而提高智能物流小车的效率。

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智能物流小车软件设计
3.1程序设计总流程图
以智能物流小车的车库为远点,以智能物流车的车头朝向为Y 轴正方向。

在程序初始阶段定义变量WXcnt 与JXcnt 记录智能物流小车所经过的坐标,程序可根据智能物流小车当前所处坐标,执行相应动作。

以测试地图3为例,当智能物流小车位于(2,1)时,智能物流小车开始执行物品颜色识别程序直到智能物流小车运行到(4,1)时结束物品颜色识别程序;当智能物流小车位于(5,1)时,智能物流小车开始执行二维码扫描程序直至扫码成功,之后自动运行到(5,2)及(4,2)两点读取物品存放信息,信息读取完成后,自动运行到(4,1)开始按顺序抓物品并运到指定存放区,当物品全部抓取完毕后,执行自动返回程序,返回车库等待下一次抓取任务。

其具体流程图如图4。

图3测试地图
图4软件总体流程图
基于Arduino 的智能物流小车控制系统的设计*
周统,杜春雨,杨孝文
(长春师范大学工程学院,吉林长春130032)
摘要:为减轻基层物流工人的负担,提高其分拣效率。

文章设计了一种基于Arduino 的智能物流车,旨在让机器人更好的应用于物流分拣领域。

该设计以Mega2560作为主控芯片具有红外定点循迹、颜色识别、二维码扫描、智能爪取与存放、显示物流小车当前状态等功能。

关键词:单片机;颜色识别;串口通讯;智能物流小车;条形码扫描中图分类号:TP242文献标志码:A 文章编号:
1672-3872(2019)19-0027-02
基金项目:第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛吉林赛区一等奖作品作者简介:周统(1998—),男,山东泰安人,本科,研究方向:机械设计制
造及其自动化。

图2总体电路
3.2物品位置及存放区位置判断
本产品物品位置及存放区位置判断的程序原理基本一样。

以测试地图4为例,都是采取判断两个物品(存放区)颜色,确定整体的物品(存放区)位置,这两个判断唯一不同的地方是,在判断物品顺序是判断的是第一个物品与第二个物品的颜色,而在判断存放区位置判断的是第二存放区与第三存放区的颜色。

3.3路径规划程序
图5部分Blockup()程序
当智能物流小车完成物品位置检测、存放区位置检测及物品抓取顺序检测后,会自动运行到程序所设定的物品抓取位置,开始根据所得抓取顺序与物品顺序,抓取第一个物品,然后运行到中转位置(4,2),再根据所抓物品的信息与存放区位置,开始自动规划路径将物品运送到指定的存放区,当物品放下后,智能物流小车会根据当前所处位置与抓取位置之间关系,自动规划路线,并前往抓取位置抓取下一物品,直至物品全部抓取完。

其总体原理与图5的部分Blockup()程序大致相同。

4结语
本文介绍了一种基于Arduino Mega2560Pro智能物流小车的设计,实现了红外定点循迹、颜色识别、二维码扫描、蓝牙通讯、智能路径规划、物品抓取与放置等功能。

然而在实际应该用中还有诸多需要改进的地方,比如,现实生活中不能单纯以颜色来区分物品,为此可以将小车颜色识别部分改进为图像识别;要想真正实现自动化,小车的供电方式不能单纯的只依靠人手动给电池供电,为此可以将小车的充电方式由传统的人工充电改为在一定范围内自动无线充电。

总之,只有完全脱离人类的操作,本小车才能实现真正意义上的“智能物流小车”。

参考文献院
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[4]张凤涛,周统,郭爽.试卷分拣与装订自动化装置的电路控制
系统设计[J].长春师范大学学
报,2018,37(8):59-61.。