光電與 RFID 導引物流機器人設計

1 光電與RFID 物流機器人總體結構設計

　　光電與RFID 導引物流機器人系統(tǒng)是三層架構的系統(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)、機器人本體控制系統(tǒng)、機器人傳感器采集、機器人運動執(zhí)行、機器人運行場地及RFID 標簽、無線通訊鏈路等組成。系統(tǒng)結構層次圖如圖1 所示。

系統(tǒng)層是光電與RFID導引物流機器人控制系統(tǒng)的核心， 是整個系統(tǒng)的規(guī)劃調度中心， 主要由系統(tǒng)控制軟件和無線通訊鏈路組成。機器人需要執(zhí)行的命令、需要完成的任務、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 導引物流機器人控制系統(tǒng)中的一個中間環(huán)節(jié)， 是接收系統(tǒng)層相關命令或任務信息， 調配給各執(zhí)行機構的樞紐； 是采集各個傳感器元件信息， 通過無線通訊鏈路反饋給系統(tǒng)控制軟件的樞紐； 是機器人自身系統(tǒng)功能自動檢測， 運行中障礙物判定和信息反饋的樞紐； 主要由安裝在機器人本體上的單片機控制器和無線通訊鏈路組成。

　　執(zhí)行層是光電與RFID導引物流機器人控制系統(tǒng)的終端， 由機器人軌跡探測信息、外部按鍵控制信息、機器人姿態(tài)信息等信息采集終端；機器人前進后退， 姿態(tài)調整等驅動終端組成。本系統(tǒng)中主要的RFID 信息采集也在執(zhí)行層。

　　實際應用中的光電與RFID導引物流機器人系統(tǒng)還應有相應的輔助系統(tǒng)（元件） 支持， 主要包括機器人運動場地、RFID 標簽和RFID 標簽信息寫入器等。

2 光電與RFID 物流機器人硬件系統(tǒng)

　　光電與RFID導引物流機器人硬件系統(tǒng)主要由計算機、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、機器人本體控制器、電機及驅動器、編碼器、傳感器、RFID閱讀器等組成。光電與RFID 導引物流機器人硬件系統(tǒng)結構圖如圖2 所示。

計算機是光電與RFID導引物流機器人系統(tǒng)層的硬件設備， 是系統(tǒng)控制軟件安裝的載體， 可以采用普通PC 機、服務器、工控機或者筆記本電腦， 在實際光電與RFID 導引物流機器人系統(tǒng)應用中， 應該采用標準服務器， 因為系統(tǒng)控制軟件就有信息備份和執(zhí)行記錄功能， 相關信息都應記錄在服務器的數(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導引物流機器人系統(tǒng)層與控制層間的數(shù)據(jù)鏈路， 是實現(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（點名式） 控制方式， 詳細控制方式依據(jù)通訊協(xié)議進行信息交互。機器人本體控制器是光電與RFID 導引物流機器人控制層的核心， 主要采用AVR 單片機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導引物流機器人的電機采用大扭矩直流減速電機， 驅動器采用H橋PWM調速方式驅動， 可以實現(xiàn)對電機運行速度控制。編碼器是配合直流減速電機使用的運動反饋元件， 主要實現(xiàn)電機運行距離信息的反饋， 用來動態(tài)平衡調節(jié)兩臺直流減速電機自身的速度差異， 作為機器人姿態(tài)調整的輔助元件之一。

　　傳感器是光電與RFID導引物流機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導引物流機器人中的重要信息采集元件， 安裝在機器人本體上， 用于采集機器人運動軌跡中的RFID標簽信息。

3 光電與RFID 物流機器人軟件系統(tǒng)設計

　　光電與RFID導引物流機器人軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)控制軟件和機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導引物流機器人軟件系統(tǒng)的核心， 采用C# 開發(fā)， 具有遙控運行、命令控制和任務控制的功能， 可以實現(xiàn)運行路徑的實時監(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。

　　機器人本體控制軟件是針對單片機運行的底層控制軟件， 主要是將系統(tǒng)控制軟件的信息翻譯成為各個執(zhí)行元件的控制命令信息， 將采集到的相關信息翻譯并傳送回系統(tǒng)控制軟件。機器人本體控制軟件應用GCC 開發(fā)軟件開發(fā)。

4 光電與RFID 物流機器人輔助系統(tǒng)設計

　　光電與RFID 導引物流機器人輔助系統(tǒng)由機器人運動場地和RFID標簽組成。機器人運動場地是RFID 智恩那個物流導引機器人系統(tǒng)的應用場所， 而給予RFID 和光電磁導引的機器人場地， 以白色（淺色） 為底色， 在需要運動的路徑鋪設黑色（深色） 的軌跡線， 為機器人運動提供基準路徑。RFID 標簽是指定的路徑的關鍵點位的標志， 在標簽內寫入場地的點位坐標， 作為導引路徑的點坐標。