基于RaspberryPI的履带式机械臂智能小车

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1、目录引言21背景和意义21.1 rasberrypi平台概述21.2履带式机器人手臂智能车系统的发展及现状31.3履带式机械臂智能小车训练控制系统的意义32履带式机械臂智能小车42.1履带式机械手智能小车控制系统的结构和工作原理42.2履带式机械手智能小车控制系统方案设计52.3履带式机械手智能小车控制系统的部件选择、硬件设计与实现。72.4履带式机械臂智能小车控制系统的六个典型单元方案设计82.4.1 检测单元部份控制系统设计82.4.2 分拣输送单元部份控制系统设计102.4.3 物流仓储单元控制系统设计122.4.5条形码贴标及识别单元控制系统设计152.4.6 行车机械手单元控制系统设

2、计163 .履带式机械臂智能小车实训控制系统的关键技术173.1 移动侦测模块173.2 报警短信模块193.3 照片拍摄模块203.4 中文语音警告模块214.软件设计215.结论23摘要:近几年来，科学家在智能汽车领域越来越喜欢用RaspberryPI开发平台以其有竞争力的价格、较小的尺寸、丰富多样的传感器接口和强大的编程支持功能吸引了国内物联网开发行业的关注。这个为智能小车创造了巨大的商业价值，同时这项技术在高等教育领域也有很好的应用和推广前景。本文是将RaspberryPI技术在详细分析移动侦测系统原理过程中，改变工作模式，基于实现机制的基础上，设计了履带式机械臂智能小车系统的总体结构

3、，并阐述了各个关键模块的具体实现过程。关键词: RaspberryPI；履带式；机械臂；物联网；智能小车引言随着现在计算机网络通信技术的发展微型传感器技术的发展以及嵌入式高端技术的快速发展,基于嵌入式的物联网应用也得到了快速发展,近年来从欧洲传入的RaspberryPI开发平台以其小巧的体积丰富多样的传感器接口与强大的编程支持功能受到了国内物联网行业的广泛关注在各类履带式机械臂智能小车中,智能运输类应用是当前非常热门的应用之一此类应用的主要功能是在运输货物搬运东西等情况进行，以便节省人力物力等而RaspberryPI开发平台以其具备的高性价比优势为实现开发体积小价格低性能稳定的小型智能应用系统

4、的研发开辟了一条新的途径1背景和意义1.1 rasberrypi平台概述RaspberryPI是一种嵌入式计算机硬件的平台，他的内存大，占用体积小，由英国慈善组织 “拉斯伯瑞皮基金会”发布成立。该基金会建立这个的目的是在“改善学校的里面的计算机科学和相关的一些学科教育，使计算机的学习与使用更加有趣”。计算机平台使用ARM11架构处理器，开始使用简化的Linux操作系统。基本使用平台的硬件的尺寸大致在80mm×50mm(也就类似于普通集成电路卡上面的尺寸)。RaspberryPI系统被称为“世界上最微型的桌面”。该平台提供了极极其的使用成本(新版RaspberryPI 3售价竟低于为3

5、5美元)。并且，它还配备了强大的开发工具以及各种各样类型的接口，支持SD的卡支持以太网支持USB支持视音频接口等等。目前，RaspberryPI在各种各样嵌入式平台开发中具有超级高的性价比。与此同时，系统中PI体积小，编程功能相当强大，尤其适合各种物联网或者高新技术的应用的开发。它广泛的应用于国内各种物联网发展和学校里面的计算机教育事业。自发布以来，全球销量已超过1250万台。他的最新系统配备伯通2837处理器以及主频700兆赫512兆内存。同时，它提供40个GPIO接口，不仅如此他还支持wifi和蓝牙连接等功能，以及其他多媒体接口等。开发环境与语言作为拉斯伯瑞皮平台的标准编程开发语言部署在L

6、inux系统中。它包含自己的一套标准库，不仅功能十分完善，语法也十分简单明了，内存自我恢复功能强大。因此它非常适合系统过程管理和网络程序开发利用。通过平台提供的各种各样输入/输出端口，Python语言也可以轻松的控制各种其他电子设备以及传感器，并收集外部环境的大数据。1.2履带式机器人手臂智能车系统的发展及现状遥控机械臂的设计和制造旨在培养我们的开发能力和实践动手能力，以及思考问题和处理问题的能力，并且旨在将电子信息的各种各样专业的理论知识经过思考转化为实践，通过理论联系实际，并且可以能有效提高我们的各方面综合素质和能力。近年来，随着互联网经济的快速发展，“互联网+”已经变成我们现代信息社会发

7、展的趋势。此外，各种传感器、感应器的开发和使用、计算机技术的飞速发展和芯片集成度的迅猛提高使得自动化技术在我们的生活中日益成熟，生活方式朝着人工智能的方向快速前进。因此，我们大可以认为该机械臂小车的设计大概是基于电子信息的发展技术，通过我们各种传感器的充分利用应用以及与计算机还有通信网络的高速结合。这使得智能汽车可以通过各种各样的网络中的声音来判断和控制。首先，它适用于我们当今的自动控制自动技术。其次，它为智能化的发展未来研究做好了准备，铺平了道路。1.3履带式机械臂智能小车训练控制系统的意义随着科学技术的发展，人类社会正朝着自动化和智能化的方向快速发展。因为人手有太多的限制，例如，人手没有太

8、多的力量，不能在高温、重伤风、深海、外太空等特殊环境中工作。此外，随着高科技时代的发展，一切都不是由人手完成的。因此，有必要设计一种机械臂来代替人的手臂。此外，大多数机械臂控制系统并不完美，控制起来也不复杂。为了使机器人爪到达某个目的地，需要几条控制指令，超远程控制不能通过网络进行。基于这些问题，我们团队计划设计这种智能机器人手臂。控制器发出指令后，手机应用程序可以处理语音指令，然后通过互联网将其发送到机械臂小车。小车自动处理指令并根据指令和周围环境执行相应的动作，过程中不需要人的参与。机械臂的设计给人们带来了极大的便利，帮助人们完成了在异常情况下难以完成的事情，应用广泛，如工业制造、医疗、娱

9、乐服务、军事排雷、爆破、半导体制造、短途运输和太空探索，Deep Quest可以帮助采集样本等。设计作品主要帮助大学生了解机械臂的基本知识。培养他们的创新意识，提高他们的实践能力，学习控制算法、PID和导数算法、嵌入式开发、网络和应用编程、语音识别等技术。2履带式机械臂智能小车2.1履带式机械手智能小车控制系统的结构和工作原理在本文设计的智能交通系统中，各种传感器、通信等模块通过拉斯伯瑞皮平台的GPIO接口相连，完成了各种功能的有效集成。最后，智能设计一套适用于各种情况的低成本、低能耗、高效率的多工种解决方案，实现物品的运输。当工作内容行为在工作场景范围内完成时，处理器会立即获取每个传感器检测

10、到的异常数据变化，智能处理工作内容处理器会立即自动识别工作环境，不仅可以在平地上工作，还可以在坑等一些困难区域正常工作。该系统的工作原理如下:该系统基于两种传感器(超声波传感器和红外传感器)完成室内外环境的环境检测功能，室外露天庭院中的运动物体由作用范围较大(10-20m)的超声波传感器完成，而红外传感器(范围5-6m)负责检测相对狭窄的室内空间中的运动物体。传感器向拉斯伯瑞比电路板上的处理器发送信号，处理器负责打开相机拍照并将照片存储在SD卡中。拍摄操作完成后，处理器分别调用语音报警模块和通信模块，并在向入侵者发送报警的同时向用户手机发送预编程报警短信，让用户决定如何处理。由于拉斯伯瑞比平台

11、具有配置灵活、模块安装/卸载容易的特点，对于没有室外庭院的地面住宅用户来说，通过卸载超声波传感器模块可以进一步降低系统的使用成本。2.2履带式机械手智能小车控制系统方案设计该系统由两部分组成:手机应用上位机的遥控部分和机械臂小车。硬件系统以小车平台为基础，可以作为搬运平台，机械手小车可以来回移动，实现机械手的远程控制目的。机械臂和小车平台的控制系统主要由stm32核心板控制，STM 32核心板用于控制电机、舵机操作和PID调节2。第二个是ARM9处理器，主要用于处理信息指令。当移动电话应用程序通过网络向arm9处理器发送语音指令时，处理器执行语音识别，将其翻译成二级指令，然后将其发送到STM

12、32，STM 32在接收指令后将其翻译成机器指令，从而控制机械臂99和汽车的动作。此外，当我们进行长途通信时，我们需要时刻密切关注汽车的状况。此时，我们需要通过传感器将汽车状态和周围环境实时传输给控制器，这就需要ARM9处理器对信息进行处理和传输。小车平台是所有硬件结构的基础，因此有必要调整小车平台，使其能够准确到达某个位置。因此，在控制小车平台时，我们需要它具有自动调节能力。目前，最简单方便的自动控制算法是PID。所谓的PID调节实际上是一种闭环自控调节。其目的是通过算法和程序控制使汽车在设计者设计的原始状态下工作。我们知道，如果汽车在正常情况下工作，电机的参数也会非常不同，电源也会不同，工

13、作环境也不是一个理想的环境。因此，随着时间的推移，汽车的行走路线会发生变化，从而达不到我们的目的。因此，采用PID调节是非常必要的。根据从电机编码器传回的参数与设定值之间的比较，通过比例、积分和微分将参数值保持与设定值相同，然后将参数值输入电机，从而可以精确控制小车平台的方向，进而到达预定目的地。目前，一般有两种PID控制方法:模拟PID控制和数字PID控制。因为我们使用芯片控制，属于数字信号，所以我们使用数字PID控制。其中，数字PID控制还包括位置型、增量型算法、积分分离算法、梯形积分算法、模糊算法等。选择适当的算法后，应考虑参数设置。控制器参数设置:指确定调节器比例系数、积分时间T1、微

14、分时间Td和采样周期Ts的具体值。其实质是通过改变调节器的参数使其特性与过程特性相匹配，来提高系统的动态和静态指标，获得最佳的控制效果。调节器参数的设置一般包括理论计算设置方法和工程设置方法。理论计算方法包括对数频率特性法和根轨迹法法。工程设置方法包括试错法、临界定额法、经验法、衰减曲线法和响应曲线法。基于我们的汽车平台，移动速度不会太快，硬件本身的稳定性也比较好。因此，我们采用增量式PID算法。当机械臂抓取一个物体时，物体的不同机械臂的调节将是不同的。在这一部分，我们使用模拟算法。当小车平台到达指定位置时，我们只需要判断方向，所以我们用试错法来到整定参数，机械臂根据探测器反馈的物体参数用相应

15、的曲线进行调整。舵机是机械手的主要部件，舵机的控制是影响机械手性能的重要因素。因此，为了准确操作机械手，有必要更好地控制转向器。转向器一般由小型DC电机、电子控制板、可调电位器、变速齿轮组等组成。转向器由脉宽调制信号控制。转向机转轴的位置随着占空比的变化而变化。转向机控制通常需要大约20毫秒左右的时基脉冲。脉冲的高电平部分通常是0.5毫秒左右-2.5毫秒左右范围内的角度控制脉冲部分。如何设计该脉冲信号以使转向机不同地旋转这里，我们使用stm32单片机作为舵机的控制单元，原因如下:首先，stm32单片机可以模拟脉宽调制信号；其次，stm32单片机易于与舵机连接，系统稳定，不易受干扰。它可以使脉宽

16、调制信号的脉冲宽度实现细微的变化，进而可以提高转向器角度的精度。Stm32单片机完成控制算法，然后将计算结果转换成脉宽调制信号，并输出到相应的舵机。其中，stm32单片机系统实现了舵机输出角度的控制，必须首先完成两项任务:一是产生基本的脉宽调制周期信号；二是脉宽的调整，即单片机模拟脉宽调制信号的输出，调整占空比。然而，如果机械臂要完成运动以到达指定位置，就必须控制六个转向发动机，从而浪费时间并导致控制精度不足。因此，为了方便操作者的操作并显示其智能面，我们只需要一个语音命令就可以达到操作者的目的。这样，当我们的语音命令被发送时，ARM9处理器将分析语音命令。其目的是将语音命令转换成可以控制六个

17、舵机的机器命令，这样当控制器发送语音命令时，他将不再参与该过程。整个过程完全由机器完成。因此，如何通过一个语音命令将语音命令转换成六个机械臂9命令成为最大的问题。为了保证机械臂的稳定性，在整个过程中也需要进行上述的PID调节。因此，在通过语音命令控制机械臂的过程中，为了使机械臂和小车平台能够独立分析待到达的位置，我们在小车平台上安装了两个超声波模块和摄像头模块，然后通过数学公式和图像处理分析当前环境，基于机械臂小车判断物体的偏角和高度，经过ARM9处理器处理后，将机械臂待到达的位置信息发送到stm32，从而准确到达目标位置。2.3履带式机械手智能小车控制系统的部件选择、硬件设计与实现。碳纤维复

18、合材料具有比刚度高、比强度高、可制造性设计好等优点，在航空航天领域得到广泛应用。碳纤维复合材料损伤分析已成为空间机械臂性能中的一个重要问题。基于复合材料渐进损伤分析方法，建立了适用于碳纤维复合材料的渐进损伤分析模型，模拟了复合材料层合板的渐进损伤过程。基于有限元建模理论，完成了空间机械臂的有限元建模，分析了机械臂捕获过程中的能量响应和动态响应过程。作为一种典型的低频系统，空间机械臂在受到外部载荷的冲击时，振动很难停止。基于高阻尼多层结构理论，对一种叠层板结构进行了初步分析，验证了该方法具有较好的提高基频和抑制振动的能力。主要工作包含如下。(1)复合材料损伤模型建立及子程序开发。在研究碳纤维复合

19、材料脆性破坏机理及相关损伤形式和渐进损伤分析研究方法的基础上，第二次开发了有限元软件USDFLD子程序，建立了适用于碳纤维复合材料的渐进损伤破坏模型。解决了目前常用复合材料损伤分析有限元软件收敛困难、建模单元有限、失效模型少等缺陷，能够对复合材料结构进行准确有效的损伤分析。(2)复合损伤模型的验证与应用。对中孔复合材料层压板进行了极限承载力分析和渐进损伤演化分析。通过与相关文献中的试验值比较，验证了复合材料渐进损伤失效模型的准确性。将损伤模型应用到变刚度复合材料的损伤分析中，完成了变刚度复合材料层合板和恒刚度复合材料层合板的承载力比较。结果表明，变刚度复合材料层合板设计更加灵活，纤维参考路径可

20、以根据任务要求进行设计，从而实现载荷的重新分配，提高整个结构的性能。(3)基于复合损伤模型的空间机械臂建模与分析。考虑并求解空间机械臂的材料模型、关节连接模型、边界约束和捕获条件等等效问题，建立了我国正在研究的空间机械臂的等效有限元分析模型。对空间机械臂进行模态分析，完成碳纤维复合材料机械臂桿的承载能力分析，计算机械臂桿的极限承载能力，模拟碳纤维复合材料机械臂桿的渐进损伤失效过程。(4)空间机械臂的动态响应和振动抑制研究。基于多体系统动力学分析方法，完成了空间机械臂系统在捕获条件下的能量传递分析和动态响应分析，计算了空间机械臂的基频和振动过程中相应的能量幅值。基于高阻尼多层结构理论，提出了一种

21、被动振动抑制方法，提高了空间机械臂系统的基频和振动抑制震颤，完成了空间机械臂系统的振动抑制能力。2.4履带式机械臂智能小车控制系统的六个典型单元方案设计2.4.1 检测单元部份控制系统设计 1功能 检测单元主要的工作任务是完成对工件的检测，并分析矫正工件是正品还是次品（工件与工件盖与销子是否俱全，且工件和工件的盖颜色是否一致，销子如果是塑料型那么就为正品，否则为次品）。 2工艺过程首先我们会进行系统上电，然后按照下带有黄色的指示灯部份的标记复位按钮的地方进行复位操作，复位过程是对挡料气缸进行动作，复位结束后再按下机器上带有绿色指示灯部份地方的启动按钮，接下来是传送带电机的启动运转，带动传送带会

22、先运行，再进入待机状态。当机器安装在工作区域中的电感的传感器部门检测到有托盘物品被传送过来的时候，延时约2秒左右后传送带会命令电机立即停止转动，等待检查。 3组成检测工作站部份主要是由触摸屏部份、电控阀部份、对射传感器部份、直流减速电机部份、电感传感器部份、挡料气缸部份、光纤传感器部份、检测气缸部份、色标传感器部份、光电传感器部份、磁性传感器部份、安装支架等部份组成。2.4.2 分拣输送单元部份控制系统设计1功能 分拣在输送单元部份主要完成对物品的分拣与传输工作。 2工艺过程 分拣输送单元部份的工艺流程部份。首先我们对进行系统进行上电处理，然后按下机器中带有黄色的指示灯部份部份标记的复位按钮部

23、份进行复位处理，复位过程处理是挡料气缸的动作操作，直线无杆气缸将会和导杆薄型气缸部份均回到初始我们设定位置处，最后将气爪松开。复位操作结束后我们按下带有绿色指示灯部份部份的启动按钮操作，传送机器上带电机启动运转操作，驱动传送带运行并进入等待状态。当安装在工作站中的感应传感器检测到托盘被传送时，如果工件检测传感器检测到托盘上没有工件，挡料缸直接开始缩回，传送带不停止直接释放，托盘被传送到下一个工作站。如果工件检测传感器检测到托盘上有工件，延迟1秒左右后DC减速电机停止旋转，传送带停止，导杆薄型气缸在可编程控制器控制下给电磁阀通电，驱动机械臂下降。当安装在气缸上的下限磁传感器检测到气缸下降到位时，

24、气爪电磁阀动作以拧紧工件，延迟2秒左右后提升气缸，并驱动机械臂上升。安装在滚筒上的上限磁传感器检测到滚筒上升到位后，在可编程控制器的控制下，挡料滚筒的电磁阀通电，释放托盘。然后根据主站发送的检测结果对工件进行处理。当工件完成后，加工结果如下:在可编程控制器的控制下，旋转气缸给电磁阀通电，旋转气缸带动工件和夹具旋转90°并保持一定时间，以保证托盘完全通过机组工作台。然后机组DC减速电机断电，输送带停止，导杆薄型气缸电磁阀在可编程控制器控制下通电，机械臂垂直下降。当安装在滚筒上的下限磁传感器检测到滚筒下降到限制位置时，工件被放置在传送带上，并且传送带电机被启动以将工件传送到下一个工作站。

25、然后旋转气缸、导杆薄型气缸、气爪等都回到初始位置。当它是废工件时，处理方法如下:线性无桿气缸电磁阀在可编程序控制器的控制下通电，将工件向后输送到废位置，导杆薄型气缸电磁阀通电，驱动机械臂垂直下降，机械臂下降到磁开关下限时松开气夹，工件放在废输送线上，机械臂垂直上升并返回初始位置。当废传送带旁边的传感器检测到工件时，废传送带的电机开始将废工件送入废料箱，延迟2秒左右后废传送带的电机停止。当需要停止本装置的运行时，用红色指示灯部份按下停止按钮，本装置可在当前占空比结束后停止运行。2.4.3 物流仓储单元控制系统设计 1功能 物流仓储单位的主要任务是根据检测环节的数据，将成品分类到相应的工件库中。

26、2工艺过程首先，系统通电，然后按下标有黄色指示灯的复位按钮进行复位。复位过程是阻塞气缸的动作。直线无杆油缸和回转油缸返回初始设置位置，并释放平行爪。Y轴从爪开始上升到机架的最高入口，然后返回初始设置位置；同时X轴开始与Y轴一起运行。然后将左侧搁板返回到初始位置。复位后，按下带绿色指示灯的启动按钮，输送带电机开始运行，驱动输送带运行，进入等待状态。当安装在工作站上的电感传感器检测到有托盘正在传输时，如果工件检测传感器检测到托盘上没有工件，则阻挡气缸直接启动和收缩，输送带不直接停止和释放，托盘被传输到下一个工作站。如果电感传感器没有检测到托盘，而工件检测传感器检测到工件，经过第二次延迟后，直流减速

27、电机停止，输送带停止，Y轴控制电机启动，驱动气爪下降，下降到限制位置，气爪抓住工件，然后X轴和Y轴协同工作。控制电机开始运行，并根据从主站传来的工件颜色数据，对工件进行操作。将零件转移到相应货架的入口，然后停止两台电机。此后，给PLC控制旋转气缸的电磁阀通电，使旋转气缸向右旋转180度。就位后，直线无杆气缸的电磁阀通电，带动旋转气缸和平行气夹向前移动，停在储物口。然后Y轴控制电机开始向下运行。当气爪下降到极限时，工件水平放置在相应仓库入口的仓库输送带上。仓库入口处安装的工件经传感器检测后，仓库传输线的驱动电机启动并开始将工件传输到仓库，延时2秒，自动停止。然后直线无杆气缸、摆动气缸、X、Y轴移

28、动升降装置等全部运行到初始位置。当机组需要停止工作时，按下带红色指示灯的停止按钮，在当前工作周期结束后，机组可以停止运行。3组成 物流仓储工作站主要包括输送带电机、交流伺服电机步进电机、同步带传输线、光电传感器、堵缸、电容传感器、磁传感器、固存架、直线无杆气缸、电磁阀、同步带轮、直齿等组成。2.4.4 堆垛与解垛单元控制系统设计 1功能堆垛卸料单元的主要任务，是按三个堆垛的要求将托盘堆在托盘架上，或在下料单元没有托盘时，将托盘分解在托盘架上并放在输送带上。 2工艺过程 系统通电后，首先按下黄色重置按钮重置。此时，挡缸伸出，升降平台下降，平行气爪松开，液压缸上升到初始的设定位置。复位后，按下带绿

29、色指示灯的启动按钮，输送带电机开始运行，驱动输送带运行，进入等待状态。当安装在工作站中的电感传感器检测到托盘已传输时，延迟为1秒，传送带电机停止运行。然后由PLC控制升降平台升降托盘，机械爪液压缸就位后垂直下落。下降到极限后，机械爪移动夹紧托盘并升起一个格栅。下一个托盘就位后，输送带停止，挡料缸缩回，提升平台上升并提升托盘，操纵器棘爪释放托盘，液压缸下降，操纵器棘爪抓住托盘并上升一个格架。通过类比，当操纵器棘爪装满三个托盘时，电机通过同步带轮驱动液压缸的右侧。当托盘架装满托盘时，系统开始卸载，传送带停止，提升平台上升，阻塞气缸缩回，液压缸水平向右移动到托盘架位置，液压缸下降，液压缸上升并水平移

30、动到卸载位置。Y在机械爪夹紧托盘后向左，液压缸下降，机械爪夹紧打开，液压缸上升一格，两个托盘夹紧。升降平台下降，输送带运行，托盘被运送到下一个单元，升降平台上升，等等。当机械夹持器放下三个托盘时，卸载任务完成。当机组需要停止工作时，按下带红色指示灯的停止按钮，在当前工作循环结束后，机组可以停止运行。2.4.5条形码贴标及识别单元控制系统设计1功能 条形码贴标及识别单元主要完成对工件进行标签粘贴及条形码的读取。 2工艺过程 首先，打开系统电源，然后按标有黄色指示灯的复位按钮进行复位。复位过程是挡料缸的动作。复位后，按下带绿色指示灯的启动按钮，启动输送带电机运行，驱动输送带运行，进入等待状态。当安

31、装在工作站中的传感器检测到托盘已被传送时，传送带电机会在延迟1秒后停止运行。然后启动条码贴标电机驱动贴标机构动作，将条码标签拉到待贴工件上，通过条形码识别系统读取工件上的条码，然后输出结果；贴标和识别过程完成后，挡料缸在可编程控制器的控制下缩回，传送带电机开始使传输线运行，贴有标签的工件随托盘一起输送到下一个工作站。当需要停止本装置的运行时，用红色指示灯按下停止按钮，本装置可在当前占空比结束后停止运行。3组成 检测工作站主要由直流减速电机、电感传感器、贴标电机、编码器、贴标机构及条形码识别系统组成。2.4.6 行车机械手单元控制系统设计 1功能 移动机械手单元的主要任务是将托盘从环形生产线的末

32、端移动到起始位置，使托盘循环。2工艺过程系统通电后，首先按下带黄色指示灯的复位按钮进行复位。此时，长距离导杆的气缸缩回，平行气夹打开，交流减速电机移到横梁左侧的初始地位。复位后，按下带绿色指示灯的启动按钮，输送带电机开始运行，驱动输送带运行，进入到等待状态。当安装在工作站中的电感传感器在检测到托盘正在运行至定位装置时，输送带电机停止运行。此后，长距离导杆的气缸伸出。安装在气缸上的下限磁传感器检测到气缸延伸到该位置后，打开的平行气夹夹住托盘的两端。夹钳传感器检测到夹钳后，PLC控制长距离导杆的气缸缩回并提起托盘。安装在气缸上的上限磁传感器检测气缸上升到交流减速电机的位置和起动方向。当光束右端的减

33、速传感器检测到信号时，交流减速电机开始减速，传感器就位后停止。然后长距离导杆油缸伸出。安装在气缸上的下限磁传感器检测到气缸延伸到下限后，平行气夹打开，托盘放在传输线上。打开传感器检测到信号后，长距离导杆气缸缩回上限，启动端传输线上的托盘就位传感器检测到托盘并通知PLC启动传输线。直流减速电机，输送托盘到下一个工作单元。物流仓储培训控制系统自动化程度高，工作区域的安全防护尤为重要。因此，我们在物流仓储培训控制系统入口设置了四条安全检测线，即安全光幕、红外线、镜面漫射和光电反火，使在车辆运行过程中，一旦任何物体接近或进入工作区，驱动操纵器单元立即停止工作。一直工作，直到消除危险并按下安装在启动阶段

34、的绿色启动按钮。3 .履带式机械臂智能小车实训控制系统的关键技术3.1 移动侦测模块HC-SR04是用于室外移动检测的选定超声波传感器模块。传感器由四个引脚组成：VCC（5伏电源输入）、Trig（超声波传输控制）、Echo（超声波反射检测）和GND（接地）。HC-SR04与Raspberry PI主板的连接方式如表1所示。表1 HC-SR04线路连接模式HC-SR04 Raspberry Pi 3b解释了插脚VCC插脚2电源插脚Trig插脚38发射控制插脚Echo插脚40回声检测插脚GND插脚39在系统初始化过程中接地。当接收到返回的超声波信号时，回波管脚将向Raspberry PI主板输出一

35、个高电平信号。信号的持续时间是从超声波传输到返回的时间。传感器在庭院内的安装位置如图2所示。超声波传感器在院落中的安装位置当一个运动物体试图进入房间时，不可避免地会反射出HC-SR04传感器发出的超声波，这将导致原声返回时间发生变化。当系统检测到回波管脚输出的电平持续时间缩短时，相应的报警功能将立即激活。此外，当回声针长时间（3000 us）未返回高电平信号时，将确定HC-SR04传感器已停止工作。因此，系统将立即向用户的手机发送故障警报。室内移动检测红外传感器模块选用HC-SR501。传感器由三个针脚组成：VCC（5伏电源输入）、GND（接地）和OUT（信号输出）。当非法入侵者通过阳台窗户等

36、通道进入室内时,由于人类作为温血动物所具备的恒温特征(摄氏3637°),人体会持续发散出波长为10um 的红外线信号人体红外传感器的原理是通过热释电元件来探测人体红外信号,热释电元件在接收到该波长的红外信号后,会释放出电荷,电荷在经过放大与处理后即可作为输出电平使用5HC-SR501可提供110-120度锥角和6米半径的检测范围，基本满足普通家庭室内安全的需要，室内传感器的安装位置如图3所示，室内红外传感器的安装位置如图3所示，当HC-SR501检测到人体B时在检测范围内，从输出端输出高电平，直至人体红外信号从检测范围消失。只有当恢复到低电平时，系统才能根据管脚的高电平信号判断是否有

37、非法入侵，并启动相应的报警功能。关键代码:def USloopcheck():/超声波检测函数time.sleep(0.05)/将循环探测的间隔时间设置为0.05sGPIO.output(38,GPIO.HIGH)/向38号引脚发送高电平,启动超声波发射操作GPIO.output(38,GPIO.LOW)/向38号引脚发送低电平,结束本次超声波发射操作while not GPIO.input(40):/检测40号引脚是否返回高电平信号passt1=time.time()/记录高电平信号的起始时间while GPIO.input(40):/检测40号引脚返回的高电平信号是否结束passt2=ti

38、me.time()/记录高电平信号的结束时间r-new=(t2-t1)*3.4/2/将时间换算成距离,单位为厘米r-old=range-old()/获取上一次的检测距离range-set(r-new)/记录本次的检测距离if(r-new-r-old)>5:/误差超过5cm,调用报警功能函数alarm()def IFRloopcheck():/红外信号检测函数time.sleep(8)/将发现目标后,下一次探测的间隔时间设置为8swhile GPIO.input(12):/检测12号引脚返回的高电平信号passalarm()/调用报警功能函数3.2 报警短信模块在实现报警短消息功能时，系统

39、采用SIM900A通信模块，通过USB接口与RaspberryPI主板连接。发送短消息的SIM卡可以直接安装在SIM900A的插槽中，设备连接完成后，需要在Raspberry PI的Linux系统中安装gammu工具，完成短消息传输的配置gammu config。配置如表3所示。保存配置文件之后重新启动Raspberry PI主板，可运行命令sudo gammu identify。如果能显示设备和短信卡的信息，说明配置正确。系统可以完成通过python编程发送短消息的功能。关键代码:def Alertsend():/报警信息发送函数import gammuimport syssim=gammu

40、.StateMachine()/创建gammu对象sim.ReadConfig()/读取gammu配置文件内容sim.Init()/初始化操作netinfo=sim.GetNetworkInfo()/获取网络状态信息tel=raw-input(“接收手机号码:n”).decode(“utf-8”)msgs=raw-input(“报警短信内容:n”).decode(“utf-8”)msgs=“Text”:msgs,“SMSC”:“Location”:1,“Number”:tel,“Coding”:”Unicode-No-Compression”,/设置支持中文短信的编码格式sim.SendSMS

41、(msgs)/发送短信3.3 照片拍摄模块在图像拍摄功能的实现中，系统采用OV5647摄像机，通过USB接口与主板连接，调用基于python的Picamera库。为了在Raspberry PI中使用相机拍摄功能，在硬件安装完成后，需要修改系统配置参数sudo raspi config（设置为sudo raspi config）来启动相机模块，以便通过编程实现拍摄和保存图片的功能。关键代码:def Pictured():/照片拍摄函数import timeimport picameraimport picamera.arraypicname=time.strftime(“%Y%m%d%X”,ti

42、me.localtime()+”.jpg”/设置图片文件名称cmr=picamera.PiCamera()/初始化cmr.resolution=(1024,768)/设置图片的分辨率cmr.capture(picname,”rgb”)/创建图像文件,颜色模式为rgbprint(stream.array.shape)OV5647模块可提供500万像素的分辨率与160度的拍摄范围,并具备夜视功能,基本可以满足普通家庭用户的室内安防需求3.4 中文语音警告模块ekho是一个免费的开源中文引擎，支持粤语、普通话、藏语和其他汉语发音模式。ekho安装在RaspberryPi的Linux系统中之后，就可以

43、用python编写中文发音程序了。关键代码:def Speech():/中文语音提示函数sys.setdefaultencoding(“utf8”)/字符集设置为支持中文的utf8os.system(“sudo amixer cset numid=3 1”)/将声音输出设置为3.5音频口,注意3与1之间为空格s=”echo”.”中文提示内容”.”>/home/pi/Desktop/warning.txt”os.system(s)/将文字写入txt文件中os.system(“ekho-f/home/pi/Desktop/warning.txt-o/home/pi/Desktop/warni

44、ng.wav“)/根据txt文件中的中文字符内容生成wav格式的声音os.system(“aplay/home/pi/Desktop/warning.Wav”)/播放声音4.软件设计远程人机交互主要通过网络实现。语音指令由移动应用接收并通过网络发送到汽车的ARM9处理器。ARM9通过网络将机器人手臂周围的环境和汽车的状态返回给操作者，从而实现数据交互。其中，首先要解决的问题是“两个内部网之间的通信”。如何使两台机器在不同的内部网中进行通信一直是一个难以解决的问题。一般的解决方案是：使用服务器作为中介，首先将信息发送到外部网络服务器，然后将其转发到另一个局域网计算机，或者通过虚拟局域网。然后将两

45、台不同局域网的主机连接到同一局域网上，实现两台主机之间的通信。然而，由于目前通信软件的数量众多，借用这些通信软件的服务器是一个很好的选择。我们的解决方案是利用微信开源软件，将自己开发的应用模块以插件的方式嵌入到微信中。此外，汽车平台还配备了ARM9处理器，可以作为安卓操作系统使用，因此我们可以安装一个微信软件。很容易解决内部网之间的通信问题。在本项目中，我们主要使用控制器的语音信息来操作机器人车，但我们需要远程控制（不同网络中的通信控制），因此不建议使用硬件设备来实现语音控制指令识别转换，因此在这里我们使用我们自己的应用插件来执行语音识别C。翻转。在此之前，应用程序将语音信息识别为文本，然后通

46、过网络将文本信息发送给机器人臂车。机器人臂车接收到文本指令后，将其转换为机器指令，最终达到语音控制。从软件系统的角度，介绍了我们的智能车。众所周知，软件是所有硬件的灵魂。没有它，无论硬件设计多么精致，都很难充分发挥它的作用。智能车辆系统由三个基本组成部分组成：环境感知、决策规划和控制执行。环境感知的输出可以作为决策规划的输入。决策规划的输出是控制执行的输入。控制执行的输出控制智能车辆适应环境状态的变化，从而形成实时闭环。随着智能车的发展，单智能车处理问题的能力有限，往往只处理简单的单辆车。很难适应连续的多任务。其次，它们适应有限的环境，通常在特定的场景中。一旦环境发生变化，就很难适应。此外，尽

47、管不同的智能车可以处理不同的任务，但是在一定程度上，它满足了我们的需求，但是机器人协作仍然没有什么突破，我们无法处理复杂的策略。第三，不同的机器人可以执行不同的任务，收集大量的信息，但它们不能共享信息。他使用机器人。基于以上问题，我们将服务器作为智能车的服务控制中心,利用服务器作为智能小车系统的控制中心，有以下好处： （1） 信息共享：智能汽车共享服务器知识库中所有环境的信息，因此当汽车在不熟悉的环境中工作时，您可以在工作前访问数据库，询问环境中是否有任何环境字母。如果服务器具有当前的环境信息，则环境信息将传输到智能车。获取环境信息当汽车直接根据获得的信息进行任务处理后，汽车就保存了对环境信息

48、的探索，肯定了。在一定程度上提高了汽车的工作效率。这只是个别车的很多，如果车的数量增加，效益就不能低估。 （2） 多车协作：当智能车处理任务相对困难时，需要多辆智能车的配合。例如，在A房间，有一件货物需要智能车A运到B房间，距离A房间2公里，如果是单个智能车A运到，可能需要10分钟，而A车的动力只能支持运行5分钟才能到达C位置，在这种情况下，只有A车不能完成任务。此时，智能车A将其任务信息和状态信息传送给服务器，服务器根据接收到的信息在C处附近搜索可用的智能车。这个发现发现发现在C点附近的智能车B中有足够的电力，然后服务器将信息发送给智能车B，这样它就可以在智能车B处提货，并来完成A没有完成的

49、任务。（3） 远程监控：作为智能汽车系统的控制中心，必须对每一辆智能汽车进行实时监控。该方法的优点是能及时检测智能车的故障，避免不必要的损失。此外，当汽车不知道如何处理复杂的道路条件时，智能汽车的运动可以手动和远程控制。 （4） 知识存储：知识库是服务器的核心模块当中十分重要的一个。目前，我们正处在一个数据时代。数据就像地雷。数量和内容越多，包含的价值就越大。5.结论随着物联网技术的成熟和完善，基于物联网技术的各种智能汽车应用得到了国内用户的广泛接受。RaspberryPI作为一种从国外引进的新型开发平台，由于其能耗低、成本低、可扩展性强等优点，在许多行业的物联网应用系统开发中显示出极大的发展

50、愿景。同时，RaspberryPI体积轻，开发环境简单，易于掌握。它也非常适合计算机教育领域的推广应用。机械臂的设计给人们带来了极大的便捷，帮助人们完成在异常情况下难以完成的事情。其应用范围十分广泛，如工业制造、医疗、娱乐服务、军事等。它可用于矿山清理、爆破、半导体制造、短途运输和空间勘探，深海勘探有助于采集样品等。本设计工作主要帮助大学生了解机械手的基本知识，培养他们的创新意识，提高他们的动手能力。能力，学习控制算法PID和微分算法，嵌入式开发，网络和应用程序编程，语音识别等。许多技术。本文设计了基于RaspberryPI平台的智能汽车系统框架。通过对各类传感器和功能模块的有机集成和优化，完

51、成了外部环境下的语言报警和短信提示功能。其成本低、可靠性好，有效地满足了各种场景的应用。此外，Raspberry PI强大的编程和开发功能也为系统提供了宽泛的的升级和扩展空间。今后，我们将继续研究系统与微信平台的对接，以提供更丰富的功能和更好的人机交互感受。参考文献：1符晓勇. 智能小车软件系统设计与路径规划方法研究D.浙江理工大学,2017.2张玉政,莫琦,莫松颖.基于机械臂的智能小车J.数字技术与应用,2017(10):47-48+50.3马浩宸. 碳纤维复合材料臂杆的设计制备与动态模拟分析D.哈尔滨工业大学,2017.4赵冰. 基于复合材料损伤模型的空间机械臂承载分析D.北京交通大学,2017.