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是三層架構的系統， 分為系統層、控制層和執行層。由系統控制軟件系統、機器人本體控制系統、機器人傳感器采集、機器人運動(dòng)執行、機器人運行場(chǎng)地及RFID 標簽、無(wú)線(xiàn)通訊鏈路等組成。系統結構層次圖如圖1 所示。

系統層是光電與RFID導引物流機器人控制系統的核心， 是整個(gè)系統的規劃調度中心， 主要由系統控制軟件和無(wú)線(xiàn)通訊鏈路組成。機器人需要執行的命令、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層完成。

　　控制層是光電與RFID 導引物流機器人控制系統中的一個(gè)中間環(huán)節， 是接收系統層相關(guān)命令或任務(wù)信息， 調配給各執行機構的樞紐； 是采集各個(gè)傳感器元件信息， 通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊鏈路反饋給系統控制軟件的樞紐； 是機器人自身系統功能自動(dòng)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(wú)線(xiàn)通訊鏈路組成。

　　執行層是光電與RFID導引物流機器人控制系統的終端， 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(jìn)后退， 姿態(tài)調整等驅動(dòng)終端組成。本系統中主要的RFID 信息采集也在執行層。

　　實(shí)際應用中的光電與RFID導引物流機器人系統還應有相應的輔助系統（元件） 支持， 主要包括機器人運動(dòng)場(chǎng)地、RFID 標簽和RFID 標簽信息寫(xiě)入器等。

2 光電與RFID 物流機器人硬件系統

　　光電與RFID導引物流機器人硬件系統主要由計算機、無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊、機器人本體控制器、電機及驅動(dòng)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層的硬件設備， 是系統控制軟件安裝的載體， 可以采用普通PC 機、服務(wù)器、工控機或者筆記本電腦， 在實(shí)際光電與RFID 導引物流機器人系統應用中， 應該采用標準服務(wù)器， 因為系統控制軟件就有信息備份和執行記錄功能， 相關(guān)信息都應記錄在服務(wù)器的數據庫中， 并做好系統安全和數據備份工作。

　　無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊是光電與RFID導引物流機器人系統層與控制層間的數據鏈路， 是實(shí)現系統控制的重要環(huán)節。無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊由發(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， 詳細控制方式依據通訊協(xié)議進(jìn)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(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊通過(guò)RS232 接口通訊， 與執行元件間通過(guò)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(dòng)器采用H橋PWM調速方式驅動(dòng)， 可以實(shí)現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(dòng)反饋元件， 主要實(shí)現電機運行距離信息的反饋， 用來(lái)動(dòng)態(tài)平衡調節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(pán)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(dòng)軌跡中的RFID標簽信息。

3 光電與RFID 物流機器人軟件系統設計

　　光電與RFID導引物流機器人軟件系統包括系統控制軟件和機器人本體控制器控制軟件兩部分。

　　系統控制軟件是光電與RFID導引物流機器人軟件系統的核心， 采用C# 開(kāi)發(fā)， 具有遙控運行、命令控制和任務(wù)控制的功能， 可以實(shí)現運行路徑的實(shí)時(shí)監控和信息存儲。系統控制中的路徑優(yōu)化算法和控制命令等都是由系統控制軟件發(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， 主要是將系統控制軟件的信息翻譯成為各個(gè)執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控制軟件。機器人本體控制軟件應用GCC 開(kāi)發(fā)軟件開(kāi)發(fā)。

4 光電與RFID 物流機器人輔助系統設計

　　光電與RFID 導引物流機器人輔助系統由機器人運動(dòng)場(chǎng)地和RFID標簽組成。機器人運動(dòng)場(chǎng)地是RFID 智恩那個(gè)物流導引機器人系統的應用場(chǎng)所， 而給予RFID 和光電磁導引的機器人場(chǎng)地， 以白色（淺色） 為底色， 在需要運動(dòng)的路徑鋪設黑色（深色） 的軌跡線(xiàn)， 為機器人運動(dòng)提供基準路徑。RFID 標簽是指定的路徑的關(guān)鍵點(diǎn)位的標志， 在標簽內寫(xiě)入場(chǎng)地的點(diǎn)位坐標， 作為導引路徑的點(diǎn)坐標。