基于比赛的轮式光电搬运机器人的制作方法

本实用新型涉及智能机器人技术领域，具体涉及一种基于比赛的轮式光电搬运机器人。

背景技术：

轮式分拣搬运机器人是中国工程机器人大赛暨国际公开赛的一个子赛项，大赛要求模拟工业自动化过程中自动化物流系统的作业过程，设计一个小型轮式分拣搬运机器人，机器人在规定的比赛场地移动，将不同颜色但形状相同的物块搬运至设定的目标区域，比赛不但要求机器人能快速准确的识别路径，而且要将13个物块精确的放置到相应的5个颜色区域。比赛现场见到的轮式搬运机器人，要么结构过于简单，不能完成比赛要求的全部任务；或者结构过于复杂，比赛过程中出错率高。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种结构简单、快速、精准的基于比赛的轮式光电搬运机器人。

本实用新型所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种基于比赛的轮式光电搬运机器人，其特征在于包括：车身、左行走轮、右行走轮、第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、万向轮、四个灰度传感器、电池、主控芯片、控制板、升降机构及夹取机构；所述左行走轮和右行走轮分别设置在车身的左右侧下方，所述万向轮安装在车身的前方底部，所述第一舵机与左行走轮相连，所述第二舵机与右行走轮相连，所述车身上部安装有支架，所述控制板安装在支架上部，所述主控芯片装在控制板上，通过控制板引出主控芯片的所有IO口，所述电池通过铜片和尼龙绳固定在支架中间，所述的四个灰度传感器分别固定在车身的左前方、左行走轮旁边、车身的下面和车身的最后面，所述升降机构安装在车身的前部，所述第三舵机固定在升降机构上，通过程序控制第三舵机的转动方向使升降机构上升或者下降，所述夹取机构包括前夹取片和后夹取片，所述前夹取片和后夹取片通过第四舵机连接在一起，所述后夹取片固定在升降机构上。

所述升降机构通过螺丝固定在车身上方。

所述前夹取片和后夹取片均由弧形塑料片构成。

所述前夹取片和后夹取片的横截面为半圆形结构。

所述夹取机构闭合后呈环形筒状结构。

所述第一舵机、第二舵机及第三舵机均为360度舵机。

所述第四舵机为180度舵机。

主控芯片以单片机MC9S12G为中心的单片机控制模块，以及与单片机控制模块连接且设置在四轮小车上的寻迹模块、驱动模块、夹取模块、升降模块、人机交互模块和电源；所述电池为单片机控制模块、寻迹模块和驱动模块、夹取模块、升降模块、人机交互模块提供电源。

在车身部设置有三个轮子(两个普通轮子和一个万向轮)，该三轮小车采用两个舵机驱动后面两个轮子转动，所产生的推力或拉力使万向轮转动。

所述寻迹模块由四个灰度传感器构成、驱动模块由两个轮子和一个万向轮构成、夹取模块由一个舵机和两片用来夹取物料的弧形塑料片构成，其中一个塑料片(不可移动)被固定在升降结构上，另一片环形塑料片(可移动)通过一个180度的舵机连接，用180度舵机控制可移动塑料片的张开和闭合从而完成夹取物料的工作。

所述升降模块由一个舵机和可升降的机械结构构成，人机交互模块是由一块显示屏和按键构成；所有的模块都是与MC9S12G单片机进行通信，由MC9S12G单片机控制。

本实用新型具有以下功能：

1、自主循迹

借助大赛提供图纸上面的黑线作为机器人路径识别标志。整体车型共有4个灰度传感器，分别装在小车的左前方、车轮旁边、车身下面、车身的最后面，采用数字输出型的灰度传感器，通过移动车身来调节参考电压，以完成黑色线区别于白色的检测。灰度传感器自身携带有高亮LED，抗干扰能力强，即使在漆黑的夜晚也能输出正确信息，单片机对检测数据进行分析处理，依照循迹算法通过舵机驱动模块控制轮子做相应的运动，从而完成自主循迹功能。

2、颜色输入与显示

根据大赛的比赛规则，本实用新型选择通过按键的方式进行颜色的输入。以MC9S12G单片机为控制器，在控制电路板上设计有五个按键和一个显示屏，四个按键用来输入颜色，输入的颜色会在显示屏上显示，一个按键确认输入结果。比赛前抽签确定颜色顺序后，通过按键将颜色顺序输入到程序。

3、智能判断

根据输入的颜色结合程序的算法，机器人会自主判断哪个颜色区域没有被障碍物遮挡，然后会优先搬运该颜色的物块。以此作为循环会减少小车行走路程总长度，从而缩短任务完成的时间。除此之外，程序还编写了转向的算法，当小车拿到一个物料后，会判断将此物料放到对应的地点向左转的角度大还是向右转的角度比较大，比较结束后会选择较小的那个方向旋转，以此来提高小车转方向时候的准确度。保证了物料运输的准确度。

4、搬运物料

物料的夹取主要由夹取模块和升降模块共同完成，当小车到达指定的地点后单片机控制舵机转动使夹取模块夹取物料，并送到指定地点，当两个物块颜色相同时，单片机会控制舵机使升降模块上升，然后将两个颜色相同的物块叠加在一起，并一同将其放到目标地点，这样的机械结构能使机器人在比赛中发挥出满分的成绩。

本实用新型的有益效果是：本实用新型结构简单、设计合理、寻迹准确、放料精准。

附图说明

图1为本实用新型机器人正面结构示意图；

图2为本实用新型机器人侧面结构示意图；

图中：1.车身；2.右行走轮；3.第二舵机；4.万向轮；5、6、7、14灰度传感器；8.第一舵机；9.左行走轮；10.第三舵机；11.升降机构；12.第四舵机；13.前夹取片；15.主控芯片；16.控制板；17.电池；18后夹取片；19.支架。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1-2所示，一种基于比赛的轮式光电搬运机器人，包括：车身1、左行走轮9、右行走轮2、第一舵机8、第二舵机3、第三舵机10、第四舵机12、万向轮4、四个灰度传感器5、6、7、14、电池17、主控芯片15、控制板16、升降机构11及夹取机构；左行走轮9和右行走轮2分别设置在车身1的左右侧下方，万向轮4安装在车身1的前方底部，第一舵机8与左行走轮9相连，第二舵机3与右行走轮2相连，车身1上部安装有支架19，控制板16安装在支架19上部，主控芯片15装在控制板16上，通过控制板16引出主控芯片15的所有IO口，电池17通过铜片和尼龙绳固定在支架19中间，四个灰度传感器14、7、5、6分别固定在车身的左前方、左行走轮9旁边、车身1的下面和车身1的最后面，升降机构11通过螺丝安装在车身1的前部，第三舵机10固定在升降机构11上，通过程序控制第三舵机10的转动方向使升降机构11上升或者下降，夹取机构包括前夹取片13和后夹取片18，前夹取片13和后夹取片18通过第四舵机12连接在一起，后夹取片18固定在升降机构11上。

前夹取片13和后夹取片18均由弧形塑料片构成。夹取模块由一个舵机和两片用来夹取物料的弧形塑料片构成，两片环形塑料片通过一个180度的舵机连接，用180度舵机控制前夹取片13的张开和闭合从而完成拿取物料的动作。

车身1的左右两侧固定有连接着360度舵机的轮子，通过控制轮子的正转还是反转来驱动小车前进还是后退；车身的后侧，下方，右侧，左侧固定有四个灰度传感器，通过这四个灰度传感器来确保小车走在规定的黑色路线上，完成自主寻迹功能。

工作方法：

根据大赛的比赛规则，本实用新型选择通过按键的方式进行颜色的输入。以MC9S12G单片机为控制器设计了控制板将其IO口引出，在控制板上面设计有五个按键和一个显示屏，四个按键用来输入颜色，输入的颜色会在显示屏上显示，剩余的一个按键确认输入结果。比赛时抽签确定颜色顺序，通过上述的方法将抽取的颜色按照顺序依次输入，并且确认。为了保证在输入完成后能将小车放正，在程序里面做了60s的延时用来确保小车的位置放的不会很偏。

机器人借助大赛提供图纸的黑线作为自己的路径识别标志。整体车型共有四个灰度传感器，分别装在小车的左前方、车轮旁边、车身下面、车身的最后面，采用数字输出型的灰度传感器，通过移动车身来调节参考电压，以完成黑色线区别于白色的检测。灰度传感器自身携带有高亮LED，抗干扰能力强，即使在漆黑的夜晚也能输出正确信息，单片机对检测数据进行分析处理，依照循迹算法通过舵机驱动模块控制轮子做相应的运动，从而完成自主循迹功能。

根据输入的颜色结果再结合程序的算法，小车会自主判断哪个颜色物料没有被障碍物遮挡，然后会优先搬运该颜色物料。以此作为循环会减少小车行走路程，缩短完成任务的总时间。除此之外，程序还写了转向的算法，当小车夹取到一个物块后，会判断将此物块放到对应的区域向左转的角度大还是向右转的角度比较大，比较结束后会选择较小的那个方向旋转，以此来提高小车转方向时候的准确度。保证了物料运输的准确度。

当小车将要到达指定地点去搬运物块的时候，程序会通过舵机将夹取结构的环形筒张开，当小车到达指定的地点后，夹取结构的环形筒会闭合，并将升降结构稍稍升起防止小车在带着物料运行过程中摩擦地面造成不必要的失误，使物料最后摆放的位置出现偏差。其次当两个或者三个颜色相同的物料需要叠放在一块的时候，升降结构会先将夹取结构升起一个物料的高度，此时夹取结构会将环形圆筒张开将物料叠放在另一个物料上方，完成后，升降结构会将夹取结构放下，夹取结构再将环形筒闭合，从而完成了将两个或者三个物料叠放在一起。

这样的夹取结构结合小车的自主寻迹功能再结合程序算法对颜色选取、路径选择、转动方向的优化，可以将物料精准的放到对应的颜色区域。从而可取得满分的成绩。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。