基于Zigbee的智能物流机器人制造技术

基于Zigbee的智能物流机器人，智能物流机器人主体为方形结构，两直流减速电机分别与两组万向轮通过减速器连接；ARM微处理器固定在机器人主体的顶面，两直流减速电机通过电机控制模块与ARM微处理器连接，连接方式为直流减速电机的控制线与电机控制模块的输出口连接；ARM微处理与Zigbee节点和无线串口模块通过串口连接；电源系统固定在机器人主体底面，通过杜邦线与ARM微处理器和电机控制模块的电源端连接。采用最新的无线Zigbee技术进行室内定位，并且加入智能算法，使智能物流机器人能够自动、实时地知道自己的位置信息，自主地判断自己的运行方向，全过程无需人为帮助。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于物联网环境下的基于无线Zigbee技术定位的智能物流机 器人，属于计算机应用

技术介绍
随着物联网的发展，越来越多的自动化机器开始运用到物流领域。这些机器设备 开始逐步取代运输、搬运、存储和打包这些任务，成为提升物流水平的重要手段之一。在标 准化的包装流程推动下快速发展分散控制系统、逐渐普及的工作站模式都进一步促进了机 器人在物流领域的应用。目前，物流行业的机器人应用已经成为继汽车行业后的机器人第 二大应用领域。 Zigbee是基于IEEE802. 15. 4标准的低功耗、低速短距离传输的无线网络协议。 ZigBee协议从下到上分别为物理层（PHY)、媒体访问控制层（MAC)、传输层（TL)、网络层 (NWK)、应用层（APL)等。ZigBee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节 点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee网络中的设备可分为协调器 (Coordinator)、汇聚节点（Router)、传感器节点（EndDevice)等三种角色。 Zigbee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术，主要适合用于自动控制和远 程控制领域，可以嵌入各种设备。与此同时，ZigBee作为一种短距离无线通信技术，由于 其网络可以便捷的为用户提供无线数据传输功能，因此在物联网领域具有非常强的可应用 性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种应用于物联网环境下的基于无线Zigbee技术定位 的智能物流机器人，区别于传统应用于仓库或工厂的物流机器人采用摄像头和预埋线路的 控制方式，本专利技术通过使用目前广泛应用的无线Zigbee定位技术，对智能物流机器人实现 控制。 为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种应用于物联网环境下的基于无线 Zigbee技术定位的智能物流机器人，该智能物流机器人包括由错板搭建的机器人主体1、 ARM微处理器3、万向轮2、直流减速电机7、电机控制模块6、Zigbee节点5、无线串口模块4 和电源系统9、减速器8。 智能物流机器人主体1为方形结构，该方形结构的四边边缘中点均安装有万向轮 2 ;两直流减速电机7固定在机器人主体1的底面，采用双轴控制方式。两直流减速电机7 分别与两组万向轮2通过减速器8连接；ARM微处理器3固定在机器人主体1的顶面，两直 流减速电机7通过电机控制模块6与ARM微处理器3连接，连接方式为直流减速电机7的 控制线与电机控制模块6的输出口连接，电机控制模块6的控制端与ARM微处理器3的PffM 波输出引脚连接；ARM微处理3与Zigbee节点5和无线串口模块4通过串口连接；电源系 统9固定在机器人主体1底面，通过杜邦线与ARM微处理器3和电机控制模块6的电源端 连接。 所述智能物流机器人为方形结构，各构件均布置在智能物流机器人主体上部、底 部及侧面。具体而言，智能物流机器人的主体框架1是由多个铝板拼接而成，形成一个 34cm*34cm的方形结构。 在主体前、后、左、右各条边的中点上均有一个万向轮2,这也是本专利技术不同于其他 物流机器人的特点。由于本专利技术对万向轮进行了改良，所以当左、右轮移动时，前、后轮并不 会提供很大的阻力；反之亦然，从而使本专利技术可以不用拐弯就实现前、后、左、右移动。 为了使两个轮子保持相同的转速，从而达到能够直行的目的，采用双轴直流减速 电机7，即一个直流减速电机可以同时控制两个轮子。将两个直流减速电机放于智能物流机 器人主体底部，与四个万向轮相连。直流减速电机的功率为7. 5W，转速为lOOrpm，因此具备 良好的负载能力。 直流减速电机采用电机控制模块6进行驱动，模块型号为BTS7960,其放置在主体 上部。模块采用PWM波的方式对电机进行控制，同时模块还具有隔离芯片，能够防止直流减 速电机转动时产生的干扰。引脚说明如下表所示。 表1电机控制模块引脚图 ARM微处理器3采用ST公司的STM32F103芯片进行控制，其放置在主体上部。其 作用是通过串口 1接收由Zigbee节点5发送的控制信息以及通过串口 2接收由无线串口 模块4发送的路径信息。串口通讯是ARM的一种常用通讯方式，通过连接ARM的RX引脚、 TX引脚和GND引脚实现。在ARM微处理器中运行相应算法，该算法的输入是上述从串口接 收的控制信息和路径信息；输出是智能物流机器人的运动方向。该算法基于权重思想和位 置指纹定位思想。在训练阶段，智能物流机器人上的Zigbee节点依次接收各个参考点发送 的内容，并计算出每个参考点的信号强度。由于Zigbee节点在距离某个参考节点较近时， 信号强度值会明显大于其他参考点，因此该参考节点的信号强度值权重最大，即该参考节 点对判断位置信息的影响最大。然后，将智能物流机器人移动到下一个区域，再次接收各个 参考节点的内容并计算信号强度，直至遍历关注区域内的所有区域。由于受环境影响，无 线信号强度并不稳定，为了克服信号强度不稳定对定位的影响，通常在每个区域多次测量 取平均。经过多次训练，每个区域都会有来自不同参考节点的稳定信号强度值，将该值作为 经验值存储到ARM微处理器的程序变量中。在定位阶段，将实时计算出的不同参考节点的 信号强度值与程序变量中已有的数据进行比较，计算出智能物流机器人目前所在的位置坐 标，并将该坐标与从串口接收的路径信息中的坐标相比对，输出智能物流机器人的运动方 向。根据运动方向，ARM微处理器输出相应的PffM波。将输出PffM波的引脚与上述电机控 制模块的PWMl和PWM2引脚通过杜邦线相连，实现对电机的正转和反转控制。 Zigbee节点5采用CC2530射频芯片进行控制，其放置在主体上部。其作用是在智 能物流机器人移动过程中，采集其他定位节点的信号强度，并将该信号强度通过串口发送 至Ij ARM微处理器3。 无线串口模块4用于将电脑端产生的路径信息通过无线方式传输到ARM微处理器 3,因此在智能物流机器人主体1上部放置一个无线串口接收端。 电源系统9负责为智能物流机器人的所有设备进行供电，其分为6V和12V，分别由 可充电的锂电池实现，其放置在智能物流机器人主体底部。 在现代化的物流仓库中，智能物流机器人可以取代人的工作，作为搬运工进行货 物的搬运。由于智能物流机器人可以在货架底下行走，因此货架之间原先预留人行走的空 间可以较少，可以提高仓库的存储利用率。智能物流机器人通过Zigbee节点接收的信号强 度和在微处理器上运行的智能算法，可以实现实时定位，即自我感知在仓库的位置坐标。通 过比对存储在微处理上的目标位置坐标，可实现智能物流机器人自动执行上、下、左、右的 移动。通过使用Zigbee无线通信，多个智能物流机器人之间还可以进行协同工作，使其同 时工作在物流仓库中，提高仓库的运行效率。通过在智能物流机器人主体上添加红外或者 超声波避障模块，还可以实现自动避障的功能，使智能物流机器人可以自由的穿行于仓库 的各个位置。通过在智能物流机器人主体上安装机械臂或者起降设备，可以使智能物流机 器人具有打包和搬运的功能。由于采用了 Zigbee定位技术，所以相比于传统的摄像头加预 埋线路的控制方式，技术的实现更加灵活，没有地形的限制。 与现有技术相比，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于Zigbee的智能物流机器人，其特征在于：该机器人包括包括由铝板搭建的机器人主体(1)、ARM微处理器(3)、万向轮(2)、直流减速电机(7)、电机控制模块(6)、Zigbee节点(5)、无线串口模块(4)和电源系统(9)、减速器(8)；智能物流机器人主体(1)为方形结构，该方形结构的四边边缘中点均安装有万向轮(2)；两直流减速电机(7)固定在机器人主体(1)的底面，采用双轴控制方式；两直流减速电机(7)分别与两组万向轮(2)通过减速器(8)连接；ARM微处理器(3)固定在机器人主体(1)的顶面，两直流减速电机(7)通过电机控制模块(6)与ARM微处理器(3)连接，连接方式为直流减速电机(7)的控制线与电机控制模块(6)的输出口连接，电机控制模块(6)的控制端与ARM微处理器(3)的PWM波输出引脚连接；ARM微处理(3)与Zigbee节点(5)和无线串口模块(4)通过串口连接；电源系统(9)固定在机器人主体(1)底面，通过杜邦线与ARM微处理器(3)和电机控制模块(6)的电源端连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：严海蓉，谢跃，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11