光電與 RFID 導(dǎo)引物流機(jī)器人設(shè)計(jì)

1 光電與RFID 物流機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　光電與RFID 導(dǎo)引物流機(jī)器人系統(tǒng)是三層架構(gòu)的系統(tǒng)， 分為系統(tǒng)層、控制層和執(zhí)行層。由系統(tǒng)控制軟件系統(tǒng)、機(jī)器人本體控制系統(tǒng)、機(jī)器人傳感器采集、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)執(zhí)行、機(jī)器人運(yùn)行場地及RFID 標(biāo)簽、無線通訊鏈路等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次圖如圖1 所示。

系統(tǒng)層是光電與RFID導(dǎo)引物流機(jī)器人控制系統(tǒng)的核心， 是整個(gè)系統(tǒng)的規(guī)劃調(diào)度中心， 主要由系統(tǒng)控制軟件和無線通訊鏈路組成。機(jī)器人需要執(zhí)行的命令、需要完成的任務(wù)、路徑優(yōu)化、障礙物信息反饋處理等都由系統(tǒng)層完成。

　　控制層是光電與RFID 導(dǎo)引物流機(jī)器人控制系統(tǒng)中的一個(gè)中間環(huán)節(jié)， 是接收系統(tǒng)層相關(guān)命令或任務(wù)信息， 調(diào)配給各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的樞紐； 是采集各個(gè)傳感器元件信息， 通過無線通訊鏈路反饋給系統(tǒng)控制軟件的樞紐； 是機(jī)器人自身系統(tǒng)功能自動(dòng)檢測， 運(yùn)行中障礙物判定和信息反饋的樞紐； 主要由安裝在機(jī)器人本體上的單片機(jī)控制器和無線通訊鏈路組成。

　　執(zhí)行層是光電與RFID導(dǎo)引物流機(jī)器人控制系統(tǒng)的終端， 由機(jī)器人軌跡探測信息、外部按鍵控制信息、機(jī)器人姿態(tài)信息等信息采集終端；機(jī)器人前進(jìn)后退， 姿態(tài)調(diào)整等驅(qū)動(dòng)終端組成。本系統(tǒng)中主要的RFID 信息采集也在執(zhí)行層。

　　實(shí)際應(yīng)用中的光電與RFID導(dǎo)引物流機(jī)器人系統(tǒng)還應(yīng)有相應(yīng)的輔助系統(tǒng)（元件） 支持， 主要包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)場地、RFID 標(biāo)簽和RFID 標(biāo)簽信息寫入器等。

2 光電與RFID 物流機(jī)器人硬件系統(tǒng)

　　光電與RFID導(dǎo)引物流機(jī)器人硬件系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、機(jī)器人本體控制器、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、編碼器、傳感器、RFID閱讀器等組成。光電與RFID 導(dǎo)引物流機(jī)器人硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

計(jì)算機(jī)是光電與RFID導(dǎo)引物流機(jī)器人系統(tǒng)層的硬件設(shè)備， 是系統(tǒng)控制軟件安裝的載體， 可以采用普通PC 機(jī)、服務(wù)器、工控機(jī)或者筆記本電腦， 在實(shí)際光電與RFID 導(dǎo)引物流機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用中， 應(yīng)該采用標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器， 因?yàn)橄到y(tǒng)控制軟件就有信息備份和執(zhí)行記錄功能， 相關(guān)信息都應(yīng)記錄在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中， 并做好系統(tǒng)安全和數(shù)據(jù)備份工作。

　　無線數(shù)據(jù)傳輸模塊是光電與RFID導(dǎo)引物流機(jī)器人系統(tǒng)層與控制層間的數(shù)據(jù)鏈路， 是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的重要環(huán)節(jié)。無線數(shù)據(jù)傳輸模塊由發(fā)射器和接收器組成， 發(fā)射器與接收器是同頻模塊， 也可以一臺發(fā)射器多臺接收器， 其通訊控制采用主從式（點(diǎn)名式） 控制方式， 詳細(xì)控制方式依據(jù)通訊協(xié)議進(jìn)行信息交互。機(jī)器人本體控制器是光電與RFID 導(dǎo)引物流機(jī)器人控制層的核心， 主要采用AVR 單片機(jī)MEGA128 芯片作為控制核心， 輔助有DI、DO 接口電路， 與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過RS232 接口通訊， 與執(zhí)行元件間通過UART、DI 等接口通訊。

　　光電與RFID導(dǎo)引物流機(jī)器人的電機(jī)采用大扭矩直流減速電機(jī)， 驅(qū)動(dòng)器采用H橋PWM調(diào)速方式驅(qū)動(dòng)， 可以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)運(yùn)行速度控制。編碼器是配合直流減速電機(jī)使用的運(yùn)動(dòng)反饋元件， 主要實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行距離信息的反饋， 用來動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)兩臺直流減速電機(jī)自身的速度差異， 作為機(jī)器人姿態(tài)調(diào)整的輔助元件之一。

　　傳感器是光電與RFID導(dǎo)引物流機(jī)器人中的主要信息采集器件， 包括有光電色差傳感器、紅外避障探測傳感器、平面電子羅盤等。RFID閱讀器是光電與RFID導(dǎo)引物流機(jī)器人中的重要信息采集元件， 安裝在機(jī)器人本體上， 用于采集機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡中的RFID標(biāo)簽信息。

3 光電與RFID 物流機(jī)器人軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　光電與RFID導(dǎo)引物流機(jī)器人軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)控制軟件和機(jī)器人本體控制器控制軟件兩部分。

　　系統(tǒng)控制軟件是光電與RFID導(dǎo)引物流機(jī)器人軟件系統(tǒng)的核心， 采用C# 開發(fā)， 具有遙控運(yùn)行、命令控制和任務(wù)控制的功能， 可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行路徑的實(shí)時(shí)監(jiān)控和信息存儲。系統(tǒng)控制中的路徑優(yōu)化算法和控制命令等都是由系統(tǒng)控制軟件發(fā)出。

　　機(jī)器人本體控制軟件是針對單片機(jī)運(yùn)行的底層控制軟件， 主要是將系統(tǒng)控制軟件的信息翻譯成為各個(gè)執(zhí)行元件的控制命令信息， 將采集到的相關(guān)信息翻譯并傳送回系統(tǒng)控制軟件。機(jī)器人本體控制軟件應(yīng)用GCC 開發(fā)軟件開發(fā)。

4 光電與RFID 物流機(jī)器人輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　光電與RFID 導(dǎo)引物流機(jī)器人輔助系統(tǒng)由機(jī)器人運(yùn)動(dòng)場地和RFID標(biāo)簽組成。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)場地是RFID 智恩那個(gè)物流導(dǎo)引機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用場所， 而給予RFID 和光電磁導(dǎo)引的機(jī)器人場地， 以白色（淺色） 為底色， 在需要運(yùn)動(dòng)的路徑鋪設(shè)黑色（深色） 的軌跡線， 為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)提供基準(zhǔn)路徑。RFID 標(biāo)簽是指定的路徑的關(guān)鍵點(diǎn)位的標(biāo)志， 在標(biāo)簽內(nèi)寫入場地的點(diǎn)位坐標(biāo)， 作為導(dǎo)引路徑的點(diǎn)坐標(biāo)。