基于RaspberryPI的履帶式機(jī)械臂智能小車(chē)

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1、目錄 引言 2 1．背景和意義 2 1.1 rasberrypi平臺(tái)概述 2 1.2履帶式機(jī)器人手臂智能車(chē)系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀 3 1.3履帶式機(jī)械臂智能小車(chē)訓(xùn)練控制系統(tǒng)的意義 3 2．履帶式機(jī)械臂智能小車(chē) 4 2.1履帶式機(jī)械手智能小車(chē)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理 4 2.2履帶式機(jī)械手智能小車(chē)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 5 2.3履帶式機(jī)械手智能小車(chē)控制系統(tǒng)的部件選擇、硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 7 2.4履帶式機(jī)械臂智能小車(chē)控制系統(tǒng)的六個(gè)典型單元方案設(shè)計(jì) 8 2.4.1 檢測(cè)單元部份控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 2.4.2 分揀輸送單元部份控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 2.4.3 物流倉(cāng)儲(chǔ)單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12

2、 2.4.5條形碼貼標(biāo)及識(shí)別單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 2.4.6 行車(chē)機(jī)械手單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 3 .履帶式機(jī)械臂智能小車(chē)實(shí)訓(xùn)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 17 3.1 移動(dòng)偵測(cè)模塊 17 3.2 報(bào)警短信模塊 19 3.3 照片拍攝模塊 20 3.4 中文語(yǔ)音警告模塊 21 4.軟件設(shè)計(jì) 21 5.結(jié)論 23 摘要:近幾年來(lái)，科學(xué)家在智能汽車(chē)領(lǐng)域越來(lái)越喜歡用RaspberryPI開(kāi)發(fā)平臺(tái)以其有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格、較小的尺寸、豐富多樣的傳感器接口和強(qiáng)大的編程支持功能吸引了國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)行業(yè)的關(guān)注。這個(gè)為智能小車(chē)創(chuàng)造了巨大的商業(yè)價(jià)值，同時(shí)

3、這項(xiàng)技術(shù)在高等教育領(lǐng)域也有很好的應(yīng)用和推廣前景。本文是將RaspberryPI技術(shù)在詳細(xì)分析移動(dòng)偵測(cè)系統(tǒng)原理過(guò)程中，改變工作模式，基于實(shí)現(xiàn)機(jī)制的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了履帶式機(jī)械臂智能小車(chē)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并闡述了各個(gè)關(guān)鍵模塊的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。 關(guān)鍵詞: RaspberryPI；履帶式；機(jī)械臂；物聯(lián)網(wǎng)；智能小車(chē) 引言 隨著現(xiàn)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展?微型傳感器技術(shù)的發(fā)展以及嵌入式高端技術(shù)的快速發(fā)展,基于嵌入式的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也得到了快速發(fā)展,近年來(lái)從歐洲傳入的RaspberryPI開(kāi)發(fā)平臺(tái)以其小巧的體積?豐富多樣的傳感器接口與強(qiáng)大的編程支持功能受到了國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的廣泛關(guān)注?在各類(lèi)履帶式機(jī)械臂智能小

4、車(chē)中,智能運(yùn)輸類(lèi)應(yīng)用是當(dāng)前非常熱門(mén)的應(yīng)用之一?此類(lèi)應(yīng)用的主要功能是在運(yùn)輸貨物?搬運(yùn)東西等情況進(jìn)行，以便節(jié)省人力物力等?而RaspberryPI開(kāi)發(fā)平臺(tái)以其具備的高性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)為實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)體積小?價(jià)格低?性能穩(wěn)定的小型智能應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)開(kāi)辟了一條新的途徑? 1．背景和意義 1.1 rasberrypi平臺(tái)概述 RaspberryPI是一種嵌入式計(jì)算機(jī)硬件的平臺(tái)，他的內(nèi)存大，占用體積小，由英國(guó)慈善組織 “拉斯伯瑞皮基金會(huì)”發(fā)布成立。該基金會(huì)建立這個(gè)的目的是在“改善學(xué)校的里面的計(jì)算機(jī)科學(xué)和相關(guān)的一些學(xué)科教育，使計(jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)與使用更加有趣”。計(jì)算機(jī)平臺(tái)使用ARM11架構(gòu)處理器，開(kāi)始使用簡(jiǎn)化的Linu

5、x操作系統(tǒng)?；臼褂闷脚_(tái)的硬件的尺寸大致在80mm×50mm(也就類(lèi)似于普通集成電路卡上面的尺寸)。RaspberryPI系統(tǒng)被稱(chēng)為“世界上最微型的桌面”。該平臺(tái)提供了極極其的使用成本(新版RaspberryPI 3售價(jià)竟低于為35美元)。并且，它還配備了強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)工具以及各種各樣類(lèi)型的接口，支持SD的卡支持以太網(wǎng)?支持USB?支持視音頻接口等等。目前，RaspberryPI在各種各樣嵌入式平臺(tái)開(kāi)發(fā)中具有超級(jí)高的性?xún)r(jià)比。與此同時(shí)，系統(tǒng)中PI體積小，編程功能相當(dāng)強(qiáng)大，尤其適合各種物聯(lián)網(wǎng)或者高新技術(shù)的應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。它廣泛的應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各種物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和學(xué)校里面的計(jì)算機(jī)教育事業(yè)。自發(fā)布以來(lái)，全球

6、銷(xiāo)量已超過(guò)1250萬(wàn)臺(tái)。 他的最新系統(tǒng)配備伯通2837處理器以及主頻700兆赫512兆內(nèi)存。同時(shí)，它提供40個(gè)GPIO接口，不僅如此他還支持wifi和藍(lán)牙連接等功能，以及其他多媒體接口等。開(kāi)發(fā)環(huán)境與語(yǔ)言作為拉斯伯瑞皮平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)編程開(kāi)發(fā)語(yǔ)言部署在Linux系統(tǒng)中。它包含自己的一套標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，不僅功能十分完善，語(yǔ)法也十分簡(jiǎn)單明了，內(nèi)存自我恢復(fù)功能強(qiáng)大。因此它非常適合系統(tǒng)過(guò)程管理和網(wǎng)絡(luò)程序開(kāi)發(fā)利用。通過(guò)平臺(tái)提供的各種各樣輸入/輸出端口，Python語(yǔ)言也可以輕松的控制各種其他電子設(shè)備以及傳感器，并收集外部環(huán)境的大數(shù)據(jù)。 1.2履帶式機(jī)器人手臂智能車(chē)系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀 遙控機(jī)械臂的設(shè)計(jì)和制造旨在培養(yǎng)我

7、們的開(kāi)發(fā)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，以及思考問(wèn)題和處理問(wèn)題的能力，并且旨在將電子信息的各種各樣專(zhuān)業(yè)的理論知識(shí)經(jīng)過(guò)思考轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，并且可以能有效提高我們的各方面綜合素質(zhì)和能力。近年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”已經(jīng)變成我們現(xiàn)代信息社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)。此外，各種傳感器、感應(yīng)器的開(kāi)發(fā)和使用、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和芯片集成度的迅猛提高使得自動(dòng)化技術(shù)在我們的生活中日益成熟，生活方式朝著人工智能的方向快速前進(jìn)。因此，我們大可以認(rèn)為該機(jī)械臂小車(chē)的設(shè)計(jì)大概是基于電子信息的發(fā)展技術(shù)，通過(guò)我們各種傳感器的充分利用應(yīng)用以及與計(jì)算機(jī)還有通信網(wǎng)絡(luò)的高速結(jié)合。這使得智能汽車(chē)可以通過(guò)各種各樣的網(wǎng)絡(luò)中的聲音

8、來(lái)判斷和控制。首先，它適用于我們當(dāng)今的自動(dòng)控制自動(dòng)技術(shù)。其次，它為智能化的發(fā)展未來(lái)研究做好了準(zhǔn)備，鋪平了道路。 1.3履帶式機(jī)械臂智能小車(chē)訓(xùn)練控制系統(tǒng)的意義 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類(lèi)社會(huì)正朝著自動(dòng)化和智能化的方向快速發(fā)展。因?yàn)槿耸钟刑嗟南拗?，例如，人手沒(méi)有太多的力量，不能在高溫、重傷風(fēng)、深海、外太空等特殊環(huán)境中工作。此外，隨著高科技時(shí)代的發(fā)展，一切都不是由人手完成的。因此，有必要設(shè)計(jì)一種機(jī)械臂來(lái)代替人的手臂。此外，大多數(shù)機(jī)械臂控制系統(tǒng)并不完美，控制起來(lái)也不復(fù)雜。為了使機(jī)器人爪到達(dá)某個(gè)目的地，需要幾條控制指令，超遠(yuǎn)程控制不能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行?；谶@些問(wèn)題，我們團(tuán)隊(duì)計(jì)劃設(shè)計(jì)這種智能機(jī)器人手臂?？?/p>

9、制器發(fā)出指令后，手機(jī)應(yīng)用程序可以處理語(yǔ)音指令，然后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將其發(fā)送到機(jī)械臂小車(chē)。小車(chē)自動(dòng)處理指令并根據(jù)指令和周?chē)h(huán)境執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，過(guò)程中不需要人的參與。 機(jī)械臂的設(shè)計(jì)給人們帶來(lái)了極大的便利，幫助人們完成了在異常情況下難以完成的事情，應(yīng)用廣泛，如工業(yè)制造、醫(yī)療、娛樂(lè)服務(wù)、軍事排雷、爆破、半導(dǎo)體制造、短途運(yùn)輸和太空探索，Deep Quest可以幫助采集樣本等。設(shè)計(jì)作品主要幫助大學(xué)生了解機(jī)械臂的基本知識(shí)。培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)，提高他們的實(shí)踐能力，學(xué)習(xí)控制算法、PID和導(dǎo)數(shù)算法、嵌入式開(kāi)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用編程、語(yǔ)音識(shí)別等技術(shù)。 2．履帶式機(jī)械臂智能小車(chē) 2.1履帶式機(jī)械手智能小車(chē)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工

10、作原理 在本文設(shè)計(jì)的智能交通系統(tǒng)中，各種傳感器、通信等模塊通過(guò)拉斯伯瑞皮平臺(tái)的GPIO接口相連，完成了各種功能的有效集成。最后，智能設(shè)計(jì)一套適用于各種情況的低成本、低能耗、高效率的多工種解決方案，實(shí)現(xiàn)物品的運(yùn)輸。當(dāng)工作內(nèi)容行為在工作場(chǎng)景范圍內(nèi)完成時(shí)，處理器會(huì)立即獲取每個(gè)傳感器檢測(cè)到的異常數(shù)據(jù)變化，智能處理工作內(nèi)容處理器會(huì)立即自動(dòng)識(shí)別工作環(huán)境，不僅可以在平地上工作，還可以在坑等一些困難區(qū)域正常工作。 該系統(tǒng)的工作原理如下:該系統(tǒng)基于兩種傳感器(超聲波傳感器和紅外傳感器)完成室內(nèi)外環(huán)境的環(huán)境檢測(cè)功能，室外露天庭院中的運(yùn)動(dòng)物體由作用范圍較大(10-20m)的超聲波傳感器完成，而紅外傳感器(范圍5

11、-6m)負(fù)責(zé)檢測(cè)相對(duì)狹窄的室內(nèi)空間中的運(yùn)動(dòng)物體。傳感器向拉斯伯瑞比電路板上的處理器發(fā)送信號(hào)，處理器負(fù)責(zé)打開(kāi)相機(jī)拍照并將照片存儲(chǔ)在SD卡中。拍攝操作完成后，處理器分別調(diào)用語(yǔ)音報(bào)警模塊和通信模塊，并在向入侵者發(fā)送報(bào)警的同時(shí)向用戶(hù)手機(jī)發(fā)送預(yù)編程報(bào)警短信，讓用戶(hù)決定如何處理。 由于拉斯伯瑞比平臺(tái)具有配置靈活、模塊安裝/卸載容易的特點(diǎn)，對(duì)于沒(méi)有室外庭院的地面住宅用戶(hù)來(lái)說(shuō)，通過(guò)卸載超聲波傳感器模塊可以進(jìn)一步降低系統(tǒng)的使用成本。 2.2履帶式機(jī)械手智能小車(chē)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)由兩部分組成:手機(jī)應(yīng)用上位機(jī)的遙控部分和機(jī)械臂小車(chē)。 硬件系統(tǒng)以小車(chē)平臺(tái)為基礎(chǔ)，可以作為搬運(yùn)平臺(tái)，機(jī)械手小車(chē)可以來(lái)回移動(dòng)，

12、實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的遠(yuǎn)程控制目的。機(jī)械臂和小車(chē)平臺(tái)的控制系統(tǒng)主要由stm32核心板控制，STM 32核心板用于控制電機(jī)、舵機(jī)操作和PID調(diào)節(jié)[2]。第二個(gè)是ARM9處理器，主要用于處理信息指令。當(dāng)移動(dòng)電話(huà)應(yīng)用程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向arm9處理器發(fā)送語(yǔ)音指令時(shí)，處理器執(zhí)行語(yǔ)音識(shí)別，將其翻譯成二級(jí)指令，然后將其發(fā)送到STM 32，STM 32在接收指令后將其翻譯成機(jī)器指令，從而控制機(jī)械臂99和汽車(chē)的動(dòng)作。此外，當(dāng)我們進(jìn)行長(zhǎng)途通信時(shí)，我們需要時(shí)刻密切關(guān)注汽車(chē)的狀況。此時(shí)，我們需要通過(guò)傳感器將汽車(chē)狀態(tài)和周?chē)h(huán)境實(shí)時(shí)傳輸給控制器，這就需要ARM9處理器對(duì)信息進(jìn)行處理和傳輸。 小車(chē)平臺(tái)是所有硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，因此有必要調(diào)

13、整小車(chē)平臺(tái)，使其能夠準(zhǔn)確到達(dá)某個(gè)位置。因此，在控制小車(chē)平臺(tái)時(shí)，我們需要它具有自動(dòng)調(diào)節(jié)能力。目前，最簡(jiǎn)單方便的自動(dòng)控制算法是PID。 所謂的PID調(diào)節(jié)實(shí)際上是一種閉環(huán)自控調(diào)節(jié)。其目的是通過(guò)算法和程序控制使汽車(chē)在設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的原始狀態(tài)下工作。我們知道，如果汽車(chē)在正常情況下工作，電機(jī)的參數(shù)也會(huì)非常不同，電源也會(huì)不同，工作環(huán)境也不是一個(gè)理想的環(huán)境。因此，隨著時(shí)間的推移，汽車(chē)的行走路線(xiàn)會(huì)發(fā)生變化，從而達(dá)不到我們的目的。因此，采用PID調(diào)節(jié)是非常必要的。根據(jù)從電機(jī)編碼器傳回的參數(shù)與設(shè)定值之間的比較，通過(guò)比例、積分和微分將參數(shù)值保持與設(shè)定值相同，然后將參數(shù)值輸入電機(jī)，從而可以精確控制小車(chē)平臺(tái)的方向，進(jìn)而到達(dá)

14、預(yù)定目的地。 目前，一般有兩種PID控制方法:模擬PID控制和數(shù)字PID控制。因?yàn)槲覀兪褂眯酒刂?，屬于?shù)字信號(hào)，所以我們使用數(shù)字PID控制。其中，數(shù)字PID控制還包括位置型、增量型算法、積分分離算法、梯形積分算法、模糊算法等。選擇適當(dāng)?shù)乃惴ê?，?yīng)考慮參數(shù)設(shè)置。控制器參數(shù)設(shè)置:指確定調(diào)節(jié)器比例系數(shù)、積分時(shí)間T1、微分時(shí)間Td和采樣周期Ts的具體值。其實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變調(diào)節(jié)器的參數(shù)使其特性與過(guò)程特性相匹配，來(lái)提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)指標(biāo)，獲得最佳的控制效果。 調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)置一般包括理論計(jì)算設(shè)置方法和工程設(shè)置方法。理論計(jì)算方法包括對(duì)數(shù)頻率特性法和根軌跡法法。工程設(shè)置方法包括試錯(cuò)法、臨界定

15、額法、經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線(xiàn)法和響應(yīng)曲線(xiàn)法?；谖覀兊钠?chē)平臺(tái)，移動(dòng)速度不會(huì)太快，硬件本身的穩(wěn)定性也比較好。因此，我們采用增量式PID算法。當(dāng)機(jī)械臂抓取一個(gè)物體時(shí)，物體的不同機(jī)械臂的調(diào)節(jié)將是不同的。在這一部分，我們使用模擬算法。當(dāng)小車(chē)平臺(tái)到達(dá)指定位置時(shí)，我們只需要判斷方向，所以我們用試錯(cuò)法來(lái)到整定參數(shù)，機(jī)械臂根據(jù)探測(cè)器反饋的物體參數(shù)用相應(yīng)的曲線(xiàn)進(jìn)行調(diào)整。 舵機(jī)是機(jī)械手的主要部件，舵機(jī)的控制是影響機(jī)械手性能的重要因素。因此，為了準(zhǔn)確操作機(jī)械手，有必要更好地控制轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向器一般由小型DC電機(jī)、電子控制板、可調(diào)電位器、變速齒輪組等組成。 轉(zhuǎn)向器由脈寬調(diào)制信號(hào)控制。轉(zhuǎn)向機(jī)轉(zhuǎn)軸的位置隨著占空比的變化而變

16、化。轉(zhuǎn)向機(jī)控制通常需要大約20毫秒左右的時(shí)基脈沖。脈沖的高電平部分通常是0.5毫秒左右-2.5毫秒左右范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分。如何設(shè)計(jì)該脈沖信號(hào)以使轉(zhuǎn)向機(jī)不同地旋轉(zhuǎn)這里，我們使用stm32單片機(jī)作為舵機(jī)的控制單元，原因如下:首先，stm32單片機(jī)可以模擬脈寬調(diào)制信號(hào)；其次，stm32單片機(jī)易于與舵機(jī)連接，系統(tǒng)穩(wěn)定，不易受干擾。它可以使脈寬調(diào)制信號(hào)的脈沖寬度實(shí)現(xiàn)細(xì)微的變化，進(jìn)而可以提高轉(zhuǎn)向器角度的精度。Stm32單片機(jī)完成控制算法，然后將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制信號(hào)，并輸出到相應(yīng)的舵機(jī)。 其中，stm32單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了舵機(jī)輸出角度的控制，必須首先完成兩項(xiàng)任務(wù):一是產(chǎn)生基本的脈寬調(diào)制周期信號(hào)；

17、二是脈寬的調(diào)整，即單片機(jī)模擬脈寬調(diào)制信號(hào)的輸出，調(diào)整占空比。然而，如果機(jī)械臂要完成運(yùn)動(dòng)以到達(dá)指定位置，就必須控制六個(gè)轉(zhuǎn)向發(fā)動(dòng)機(jī)，從而浪費(fèi)時(shí)間并導(dǎo)致控制精度不足。因此，為了方便操作者的操作并顯示其智能面，我們只需要一個(gè)語(yǔ)音命令就可以達(dá)到操作者的目的。 這樣，當(dāng)我們的語(yǔ)音命令被發(fā)送時(shí)，ARM9處理器將分析語(yǔ)音命令。其目的是將語(yǔ)音命令轉(zhuǎn)換成可以控制六個(gè)舵機(jī)的機(jī)器命令，這樣當(dāng)控制器發(fā)送語(yǔ)音命令時(shí)，他將不再參與該過(guò)程。整個(gè)過(guò)程完全由機(jī)器完成。因此，如何通過(guò)一個(gè)語(yǔ)音命令將語(yǔ)音命令轉(zhuǎn)換成六個(gè)機(jī)械臂9命令成為最大的問(wèn)題。為了保證機(jī)械臂的穩(wěn)定性，在整個(gè)過(guò)程中也需要進(jìn)行上述的PID調(diào)節(jié)。因此，在通過(guò)語(yǔ)音命令控制

18、機(jī)械臂的過(guò)程中，為了使機(jī)械臂和小車(chē)平臺(tái)能夠獨(dú)立分析待到達(dá)的位置，我們?cè)谛≤?chē)平臺(tái)上安裝了兩個(gè)超聲波模塊和攝像頭模塊，然后通過(guò)數(shù)學(xué)公式和圖像處理分析當(dāng)前環(huán)境，基于機(jī)械臂小車(chē)判斷物體的偏角和高度，經(jīng)過(guò)ARM9處理器處理后，將機(jī)械臂待到達(dá)的位置信息發(fā)送到stm32，從而準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置。 2.3履帶式機(jī)械手智能小車(chē)控制系統(tǒng)的部件選擇、硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 碳纖維復(fù)合材料具有比剛度高、比強(qiáng)度高、可制造性設(shè)計(jì)好等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。碳纖維復(fù)合材料損傷分析已成為空間機(jī)械臂性能中的一個(gè)重要問(wèn)題?；趶?fù)合材料漸進(jìn)損傷分析方法，建立了適用于碳纖維復(fù)合材料的漸進(jìn)損傷分析模型，模擬了復(fù)合材料層合板的漸進(jìn)

19、損傷過(guò)程?；谟邢拊＠碚?，完成了空間機(jī)械臂的有限元建模，分析了機(jī)械臂捕獲過(guò)程中的能量響應(yīng)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程。作為一種典型的低頻系統(tǒng)，空間機(jī)械臂在受到外部載荷的沖擊時(shí)，振動(dòng)很難停止?；诟咦枘岫鄬咏Y(jié)構(gòu)理論，對(duì)一種疊層板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步分析，驗(yàn)證了該方法具有較好的提高基頻和抑制振動(dòng)的能力。 主要工作包含如下。 (1)復(fù)合材料損傷模型建立及子程序開(kāi)發(fā)。在研究碳纖維復(fù)合材料脆性破壞機(jī)理及相關(guān)損傷形式和漸進(jìn)損傷分析研究方法的基礎(chǔ)上，第二次開(kāi)發(fā)了有限元軟件USDFLD子程序，建立了適用于碳纖維復(fù)合材料的漸進(jìn)損傷破壞模型。解決了目前常用復(fù)合材料損傷分析有限元軟件收斂困難、建模單元有限、失效模型少等缺陷，能

20、夠?qū)?fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確有效的損傷分析。 (2)復(fù)合損傷模型的驗(yàn)證與應(yīng)用。對(duì)中孔復(fù)合材料層壓板進(jìn)行了極限承載力分析和漸進(jìn)損傷演化分析。通過(guò)與相關(guān)文獻(xiàn)中的試驗(yàn)值比較，驗(yàn)證了復(fù)合材料漸進(jìn)損傷失效模型的準(zhǔn)確性。將損傷模型應(yīng)用到變剛度復(fù)合材料的損傷分析中，完成了變剛度復(fù)合材料層合板和恒剛度復(fù)合材料層合板的承載力比較。結(jié)果表明，變剛度復(fù)合材料層合板設(shè)計(jì)更加靈活，纖維參考路徑可以根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)載荷的重新分配，提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的性能。 (3)基于復(fù)合損傷模型的空間機(jī)械臂建模與分析?？紤]并求解空間機(jī)械臂的材料模型、關(guān)節(jié)連接模型、邊界約束和捕獲條件等等效問(wèn)題，建立了我國(guó)正在研究的空間機(jī)械臂的等效

21、有限元分析模型。對(duì)空間機(jī)械臂進(jìn)行模態(tài)分析，完成碳纖維復(fù)合材料機(jī)械臂桿的承載能力分析，計(jì)算機(jī)械臂桿的極限承載能力，模擬碳纖維復(fù)合材料機(jī)械臂桿的漸進(jìn)損傷失效過(guò)程。 (4)空間機(jī)械臂的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和振動(dòng)抑制研究。基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析方法，完成了空間機(jī)械臂系統(tǒng)在捕獲條件下的能量傳遞分析和動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析，計(jì)算了空間機(jī)械臂的基頻和振動(dòng)過(guò)程中相應(yīng)的能量幅值?；诟咦枘岫鄬咏Y(jié)構(gòu)理論，提出了一種被動(dòng)振動(dòng)抑制方法，提高了空間機(jī)械臂系統(tǒng)的基頻和振動(dòng)抑制震顫，完成了空間機(jī)械臂系統(tǒng)的振動(dòng)抑制能力。 2.4履帶式機(jī)械臂智能小車(chē)控制系統(tǒng)的六個(gè)典型單元方案設(shè)計(jì) 2.4.1 檢測(cè)單元部份控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1．功能 檢測(cè)單

22、元主要的工作任務(wù)是完成對(duì)工件的檢測(cè)，并分析矯正工件是正品還是次品（工件與工件蓋與銷(xiāo)子是否俱全，且工件和工件的蓋顏色是否一致，銷(xiāo)子如果是塑料型那么就為正品，否則為次品）。 2．工藝過(guò)程 首先我們會(huì)進(jìn)行系統(tǒng)上電，然后按照下帶有黃色的指示燈部份的標(biāo)記復(fù)位按鈕的地方進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位過(guò)程是對(duì)擋料氣缸進(jìn)行動(dòng)作，復(fù)位結(jié)束后再按下機(jī)器上帶有綠色指示燈部份地方的啟動(dòng)按鈕，接下來(lái)是傳送帶電機(jī)的啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)傳送帶會(huì)先運(yùn)行，再進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)機(jī)器安裝在工作區(qū)域中的電感的傳感器部門(mén)檢測(cè)到有托盤(pán)物品被傳送過(guò)來(lái)的時(shí)候，延時(shí)約2秒左右后傳送帶會(huì)命令電機(jī)立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，等待檢查。 3．組成 檢測(cè)工作站部份主要是由

23、觸摸屏部份、電控閥部份、對(duì)射傳感器部份、直流減速電機(jī)部份、電感傳感器部份、擋料氣缸部份、光纖傳感器部份、檢測(cè)氣缸部份、色標(biāo)傳感器部份、光電傳感器部份、磁性傳感器部份、安裝支架等部份組成。 2.4.2 分揀輸送單元部份控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1．功能 分揀在輸送單元部份主要完成對(duì)物品的分揀與傳輸工作。 2．工藝過(guò)程 分揀輸送單元部份的工藝流程部份。首先我們對(duì)進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)行上電處理，然后按下機(jī)器中帶有黃色的指示燈部份部份標(biāo)記的復(fù)位按鈕部份進(jìn)行復(fù)位處理，復(fù)位過(guò)程處理是擋料氣缸的動(dòng)作操作，直線(xiàn)無(wú)桿氣缸將會(huì)和導(dǎo)桿薄型氣缸部份均回到初始我們?cè)O(shè)定位置處，最后將氣爪松開(kāi)。 復(fù)位操作

24、結(jié)束后我們按下帶有綠色指示燈部份部份的啟動(dòng)按鈕操作，傳送機(jī)器上帶電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)操作，驅(qū)動(dòng)傳送帶運(yùn)行并進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)安裝在工作站中的感應(yīng)傳感器檢測(cè)到托盤(pán)被傳送時(shí)，如果工件檢測(cè)傳感器檢測(cè)到托盤(pán)上沒(méi)有工件，擋料缸直接開(kāi)始縮回，傳送帶不停止直接釋放，托盤(pán)被傳送到下一個(gè)工作站。 如果工件檢測(cè)傳感器檢測(cè)到托盤(pán)上有工件，延遲1秒左右后DC減速電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，傳送帶停止，導(dǎo)桿薄型氣缸在可編程控制器控制下給電磁閥通電，驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂下降。當(dāng)安裝在氣缸上的下限磁傳感器檢測(cè)到氣缸下降到位時(shí)，氣爪電磁閥動(dòng)作以擰緊工件，延遲2秒左右后提升氣缸，并驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂上升。安裝在滾筒上的上限磁傳感器檢測(cè)到滾筒上升到位后，在可編程控制器

25、的控制下，擋料滾筒的電磁閥通電，釋放托盤(pán)。然后根據(jù)主站發(fā)送的檢測(cè)結(jié)果對(duì)工件進(jìn)行處理。當(dāng)工件完成后，加工結(jié)果如下:在可編程控制器的控制下，旋轉(zhuǎn)氣缸給電磁閥通電，旋轉(zhuǎn)氣缸帶動(dòng)工件和夾具旋轉(zhuǎn)90°并保持一定時(shí)間，以保證托盤(pán)完全通過(guò)機(jī)組工作臺(tái)。 然后機(jī)組DC減速電機(jī)斷電，輸送帶停止，導(dǎo)桿薄型氣缸電磁閥在可編程控制器控制下通電，機(jī)械臂垂直下降。當(dāng)安裝在滾筒上的下限磁傳感器檢測(cè)到滾筒下降到限制位置時(shí)，工件被放置在傳送帶上，并且傳送帶電機(jī)被啟動(dòng)以將工件傳送到下一個(gè)工作站。 然后旋轉(zhuǎn)氣缸、導(dǎo)桿薄型氣缸、氣爪等都回到初始位置。當(dāng)它是廢工件時(shí)，處理方法如下:線(xiàn)性無(wú)桿氣缸電磁閥在可編程序控制器的控制下

26、通電，將工件向后輸送到廢位置，導(dǎo)桿薄型氣缸電磁閥通電，驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂垂直下降，機(jī)械臂下降到磁開(kāi)關(guān)下限時(shí)松開(kāi)氣夾，工件放在廢輸送線(xiàn)上，機(jī)械臂垂直上升并返回初始位置。當(dāng)廢傳送帶旁邊的傳感器檢測(cè)到工件時(shí)，廢傳送帶的電機(jī)開(kāi)始將廢工件送入廢料箱，延遲2秒左右后廢傳送帶的電機(jī)停止。當(dāng)需要停止本裝置的運(yùn)行時(shí)，用紅色指示燈部份按下停止按鈕，本裝置可在當(dāng)前占空比結(jié)束后停止運(yùn)行。 2.4.3 物流倉(cāng)儲(chǔ)單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1．功能 物流倉(cāng)儲(chǔ)單位的主要任務(wù)是根據(jù)檢測(cè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，將成品分類(lèi)到相應(yīng)的工件庫(kù)中。 2．工藝過(guò)程 首先，系統(tǒng)通電，然后按下標(biāo)有黃色指示燈的復(fù)位按鈕進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位過(guò)程是阻塞氣缸的動(dòng)作。

27、直線(xiàn)無(wú)桿油缸和回轉(zhuǎn)油缸返回初始設(shè)置位置，并釋放平行爪。Y軸從爪開(kāi)始上升到機(jī)架的最高入口，然后返回初始設(shè)置位置；同時(shí)X軸開(kāi)始與Y軸一起運(yùn)行。然后將左側(cè)擱板返回到初始位置。復(fù)位后，按下帶綠色指示燈的啟動(dòng)按鈕，輸送帶電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)輸送帶運(yùn)行，進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)安裝在工作站上的電感傳感器檢測(cè)到有托盤(pán)正在傳輸時(shí)，如果工件檢測(cè)傳感器檢測(cè)到托盤(pán)上沒(méi)有工件，則阻擋氣缸直接啟動(dòng)和收縮，輸送帶不直接停止和釋放，托盤(pán)被傳輸?shù)较乱粋€(gè)工作站。 如果電感傳感器沒(méi)有檢測(cè)到托盤(pán)，而工件檢測(cè)傳感器檢測(cè)到工件，經(jīng)過(guò)第二次延遲后，直流減速電機(jī)停止，輸送帶停止，Y軸控制電機(jī)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)氣爪下降，下降到限制位置，氣爪抓住工件，然

28、后X軸和Y軸協(xié)同工作?？刂齐姍C(jī)開(kāi)始運(yùn)行，并根據(jù)從主站傳來(lái)的工件顏色數(shù)據(jù)，對(duì)工件進(jìn)行操作。將零件轉(zhuǎn)移到相應(yīng)貨架的入口，然后停止兩臺(tái)電機(jī)。 此后，給PLC控制旋轉(zhuǎn)氣缸的電磁閥通電，使旋轉(zhuǎn)氣缸向右旋轉(zhuǎn)180度。就位后，直線(xiàn)無(wú)桿氣缸的電磁閥通電，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)氣缸和平行氣夾向前移動(dòng)，停在儲(chǔ)物口。然后Y軸控制電機(jī)開(kāi)始向下運(yùn)行。當(dāng)氣爪下降到極限時(shí)，工件水平放置在相應(yīng)倉(cāng)庫(kù)入口的倉(cāng)庫(kù)輸送帶上。倉(cāng)庫(kù)入口處安裝的工件經(jīng)傳感器檢測(cè)后，倉(cāng)庫(kù)傳輸線(xiàn)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并開(kāi)始將工件傳輸?shù)絺}(cāng)庫(kù)，延時(shí)2秒，自動(dòng)停止。 然后直線(xiàn)無(wú)桿氣缸、擺動(dòng)氣缸、X、Y軸移動(dòng)升降裝置等全部運(yùn)行到初始位置。當(dāng)機(jī)組需要停止工作時(shí)，按下帶紅色指示燈的停止按

29、鈕，在當(dāng)前工作周期結(jié)束后，機(jī)組可以停止運(yùn)行。 3．組成 物流倉(cāng)儲(chǔ)工作站主要包括輸送帶電機(jī)、交流伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)、同步帶傳輸線(xiàn)、光電傳感器、堵缸、電容傳感器、磁傳感器、固存架、直線(xiàn)無(wú)桿氣缸、電磁閥、同步帶輪、直齒等組成。 2.4.4 堆垛與解垛單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1．功能 堆垛卸料單元的主要任務(wù)，是按三個(gè)堆垛的要求將托盤(pán)堆在托盤(pán)架上，或在下料單元沒(méi)有托盤(pán)時(shí)，將托盤(pán)分解在托盤(pán)架上并放在輸送帶上。 2．工藝過(guò)程 系統(tǒng)通電后，首先按下黃色重置按鈕重置。此時(shí)，擋缸伸出，升降平臺(tái)下降，平行氣爪松開(kāi)，液壓缸上升到初始的設(shè)定位置。復(fù)位后，按下帶綠色指示燈的啟動(dòng)按鈕，輸送帶電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)

30、輸送帶運(yùn)行，進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)安裝在工作站中的電感傳感器檢測(cè)到托盤(pán)已傳輸時(shí)，延遲為1秒，傳送帶電機(jī)停止運(yùn)行。然后由PLC控制升降平臺(tái)升降托盤(pán)，機(jī)械爪液壓缸就位后垂直下落。下降到極限后，機(jī)械爪移動(dòng)夾緊托盤(pán)并升起一個(gè)格柵。下一個(gè)托盤(pán)就位后，輸送帶停止，擋料缸縮回，提升平臺(tái)上升并提升托盤(pán)，操縱器棘爪釋放托盤(pán)，液壓缸下降，操縱器棘爪抓住托盤(pán)并上升一個(gè)格架。通過(guò)類(lèi)比，當(dāng)操縱器棘爪裝滿(mǎn)三個(gè)托盤(pán)時(shí)，電機(jī)通過(guò)同步帶輪驅(qū)動(dòng)液壓缸的右側(cè)。 當(dāng)托盤(pán)架裝滿(mǎn)托盤(pán)時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始卸載，傳送帶停止，提升平臺(tái)上升，阻塞氣缸縮回，液壓缸水平向右移動(dòng)到托盤(pán)架位置，液壓缸下降，液壓缸上升并水平移動(dòng)到卸載位置。Y在機(jī)械爪夾緊托盤(pán)后向左，

31、液壓缸下降，機(jī)械爪夾緊打開(kāi)，液壓缸上升一格，兩個(gè)托盤(pán)夾緊。升降平臺(tái)下降，輸送帶運(yùn)行，托盤(pán)被運(yùn)送到下一個(gè)單元，升降平臺(tái)上升，等等。當(dāng)機(jī)械夾持器放下三個(gè)托盤(pán)時(shí)，卸載任務(wù)完成。當(dāng)機(jī)組需要停止工作時(shí)，按下帶紅色指示燈的停止按鈕，在當(dāng)前工作循環(huán)結(jié)束后，機(jī)組可以停止運(yùn)行。 2.4.5條形碼貼標(biāo)及識(shí)別單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1．功能 條形碼貼標(biāo)及識(shí)別單元主要完成對(duì)工件進(jìn)行標(biāo)簽粘貼及條形碼的讀取。 2．工藝過(guò)程 首先，打開(kāi)系統(tǒng)電源，然后按標(biāo)有黃色指示燈的復(fù)位按鈕進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位過(guò)程是擋料缸的動(dòng)作。復(fù)位后，按下帶綠色指示燈的啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)輸送帶電機(jī)運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)輸送帶運(yùn)行，進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)安裝在工作站中的傳

32、感器檢測(cè)到托盤(pán)已被傳送時(shí)，傳送帶電機(jī)會(huì)在延遲1秒后停止運(yùn)行。然后啟動(dòng)條碼貼標(biāo)電機(jī)驅(qū)動(dòng)貼標(biāo)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，將條碼標(biāo)簽拉到待貼工件上，通過(guò)條形碼識(shí)別系統(tǒng)讀取工件上的條碼，然后輸出結(jié)果；貼標(biāo)和識(shí)別過(guò)程完成后，擋料缸在可編程控制器的控制下縮回，傳送帶電機(jī)開(kāi)始使傳輸線(xiàn)運(yùn)行，貼有標(biāo)簽的工件隨托盤(pán)一起輸送到下一個(gè)工作站。當(dāng)需要停止本裝置的運(yùn)行時(shí)，用紅色指示燈按下停止按鈕，本裝置可在當(dāng)前占空比結(jié)束后停止運(yùn)行。 3．組成 檢測(cè)工作站主要由直流減速電機(jī)、電感傳感器、貼標(biāo)電機(jī)、編碼器、貼標(biāo)機(jī)構(gòu)及條形碼識(shí)別系統(tǒng)組成。 2.4.6 行車(chē)機(jī)械手單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1．功能 移動(dòng)機(jī)械手單元的主要任務(wù)是將托盤(pán)從環(huán)

33、形生產(chǎn)線(xiàn)的末端移動(dòng)到起始位置，使托盤(pán)循環(huán)。 2．工藝過(guò)程 系統(tǒng)通電后，首先按下帶黃色指示燈的復(fù)位按鈕進(jìn)行復(fù)位。此時(shí)，長(zhǎng)距離導(dǎo)桿的氣缸縮回，平行氣夾打開(kāi)，交流減速電機(jī)移到橫梁左側(cè)的初始地位。復(fù)位后，按下帶綠色指示燈的啟動(dòng)按鈕，輸送帶電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)輸送帶運(yùn)行，進(jìn)入到等待狀態(tài)。當(dāng)安裝在工作站中的電感傳感器在檢測(cè)到托盤(pán)正在運(yùn)行至定位裝置時(shí)，輸送帶電機(jī)停止運(yùn)行。 此后，長(zhǎng)距離導(dǎo)桿的氣缸伸出。安裝在氣缸上的下限磁傳感器檢測(cè)到氣缸延伸到該位置后，打開(kāi)的平行氣夾夾住托盤(pán)的兩端。夾鉗傳感器檢測(cè)到夾鉗后，PLC控制長(zhǎng)距離導(dǎo)桿的氣缸縮回并提起托盤(pán)。安裝在氣缸上的上限磁傳感器檢測(cè)氣缸上升到交流減速電機(jī)的位置

34、和起動(dòng)方向。當(dāng)光束右端的減速傳感器檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，交流減速電機(jī)開(kāi)始減速，傳感器就位后停止。然后長(zhǎng)距離導(dǎo)桿油缸伸出。安裝在氣缸上的下限磁傳感器檢測(cè)到氣缸延伸到下限后，平行氣夾打開(kāi)，托盤(pán)放在傳輸線(xiàn)上。打開(kāi)傳感器檢測(cè)到信號(hào)后，長(zhǎng)距離導(dǎo)桿氣缸縮回上限，啟動(dòng)端傳輸線(xiàn)上的托盤(pán)就位傳感器檢測(cè)到托盤(pán)并通知PLC啟動(dòng)傳輸線(xiàn)。直流減速電機(jī)，輸送托盤(pán)到下一個(gè)工作單元。物流倉(cāng)儲(chǔ)培訓(xùn)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，工作區(qū)域的安全防護(hù)尤為重要。因此，我們?cè)谖锪鱾}(cāng)儲(chǔ)培訓(xùn)控制系統(tǒng)入口設(shè)置了四條安全檢測(cè)線(xiàn)，即安全光幕、紅外線(xiàn)、鏡面漫射和光電反火，使在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中，一旦任何物體接近或進(jìn)入工作區(qū)，驅(qū)動(dòng)操縱器單元立即停止工作。一直工作，直到消

35、除危險(xiǎn)并按下安裝在啟動(dòng)階段的綠色啟動(dòng)按鈕。 3 .履帶式機(jī)械臂智能小車(chē)實(shí)訓(xùn)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 3.1 移動(dòng)偵測(cè)模塊 HC-SR04是用于室外移動(dòng)檢測(cè)的選定超聲波傳感器模塊。傳感器由四個(gè)引腳組成：VCC（5伏電源輸入）、Trig（超聲波傳輸控制）、Echo（超聲波反射檢測(cè)）和GND（接地）。HC-SR04與Raspberry PI主板的連接方式如表1所示。 表1 HC-SR04線(xiàn)路連接模式HC-SR04 Raspberry Pi 3b解釋了插腳VCC插腳2電源插腳Trig插腳38發(fā)射控制插腳Echo插腳40回聲檢測(cè)插腳GND插腳39在系統(tǒng)初始化過(guò)程中接地。當(dāng)接收到返回的超聲波

36、信號(hào)時(shí)，回波管腳將向Raspberry PI主板輸出一個(gè)高電平信號(hào)。信號(hào)的持續(xù)時(shí)間是從超聲波傳輸?shù)椒祷氐臅r(shí)間。傳感器在庭院內(nèi)的安裝位置如圖2所示。 超聲波傳感器在院落中的安裝位置 當(dāng)一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體試圖進(jìn)入房間時(shí)，不可避免地會(huì)反射出HC-SR04傳感器發(fā)出的超聲波，這將導(dǎo)致原聲返回時(shí)間發(fā)生變化。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到回波管腳輸出的電平持續(xù)時(shí)間縮短時(shí)，相應(yīng)的報(bào)警功能將立即激活。此外，當(dāng)回聲針長(zhǎng)時(shí)間（3000 us）未返回高電平信號(hào)時(shí)，將確定HC-SR04傳感器已停止工作。因此，系統(tǒng)將立即向用戶(hù)的手機(jī)發(fā)送故障警報(bào)。 室內(nèi)移動(dòng)檢測(cè)紅外傳感器模塊選用HC-SR501。傳感器由三個(gè)針腳組成：VCC（5伏

37、電源輸入）、GND（接地）和OUT（信號(hào)輸出）。 當(dāng)非法入侵者通過(guò)陽(yáng)臺(tái)?窗戶(hù)等通道進(jìn)入室內(nèi)時(shí),由于人類(lèi)作為溫血?jiǎng)游锼邆涞暮銣靥卣?攝氏36~37°),人體會(huì)持續(xù)發(fā)散出波長(zhǎng)為10um 的紅外線(xiàn)信號(hào)?人體紅外傳感器的原理是通過(guò)熱釋電元件來(lái)探測(cè)人體紅外信號(hào),熱釋電元件在接收到該波長(zhǎng)的紅外信號(hào)后,會(huì)釋放出電荷,電荷在經(jīng)過(guò)放大與處理后即可作為輸出電平使用[5]? HC-SR501可提供110-120度錐角和6米半徑的檢測(cè)范圍，基本滿(mǎn)足普通家庭室內(nèi)安全的需要，室內(nèi)傳感器的安裝位置如圖3所示，室內(nèi)紅外傳感器的安裝位置如圖3所示，當(dāng)HC-SR501檢測(cè)到人體B時(shí)在檢測(cè)范圍內(nèi)，從輸出端輸出高電平

38、，直至人體紅外信號(hào)從檢測(cè)范圍消失。只有當(dāng)恢復(fù)到低電平時(shí)，系統(tǒng)才能根據(jù)管腳的高電平信號(hào)判斷是否有非法入侵，并啟動(dòng)相應(yīng)的報(bào)警功能。 關(guān)鍵代碼: def USloopcheck()://超聲波檢測(cè)函數(shù) time.sleep(0.05)//將循環(huán)探測(cè)的間隔時(shí)間設(shè)置為0.05s GPIO.output(38,GPIO.HIGH)//向38號(hào)引腳發(fā)送高電平,啟動(dòng)超聲波發(fā)射操作 GPIO.output(38,GPIO.LOW)//向38號(hào)引腳發(fā)送低電平,結(jié)束本次超聲波發(fā)射操作 while not GPIO.input(40)://檢測(cè)40號(hào)引腳是否返回高電平信號(hào) pass t1=time.t

39、ime()//記錄高電平信號(hào)的起始時(shí)間 while GPIO.input(40)://檢測(cè)40號(hào)引腳返回 的高電平信號(hào)是否結(jié)束 pass t2=time.time()//記錄高電平信號(hào)的結(jié)束時(shí)間 r-new=(t2-t1)*3.4/2//將時(shí)間換算成距離,單位為厘米 r-old=range-old()//獲取上一次的檢測(cè)距離 range-set(r-new)//記錄本次的檢測(cè)距離 if(r-new-r-old)>5://誤差超過(guò)5cm,調(diào)用報(bào)警功能函數(shù) alarm() … def IFRloopcheck()://紅外信號(hào)檢測(cè)函數(shù) time.sleep(8)//將

40、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后,下一次探測(cè)的間隔時(shí)間設(shè)置為8s while GPIO.input(12)://檢測(cè)12號(hào)引腳返回的高電平信號(hào) pass alarm()//調(diào)用報(bào)警功能函數(shù) 3.2 報(bào)警短信模塊 在實(shí)現(xiàn)報(bào)警短消息功能時(shí)，系統(tǒng)采用SIM900A通信模塊，通過(guò)USB接口與RaspberryPI主板連接。發(fā)送短消息的SIM卡可以直接安裝在SIM900A的插槽中，設(shè)備連接完成后，需要在Raspberry PI的Linux系統(tǒng)中安裝gammu工具，完成短消息傳輸?shù)呐渲胓ammu config。配置如表3所示。 保存配置文件之后重新啟動(dòng)Raspberry PI主板，可運(yùn)行命令sudo gammu

41、 identify。如果能顯示設(shè)備和短信卡的信息，說(shuō)明配置正確。系統(tǒng)可以完成通過(guò)python編程發(fā)送短消息的功能。 關(guān)鍵代碼: def Alertsend()://報(bào)警信息發(fā)送函數(shù) import gammu import sys sim=gammu.StateMachine()//創(chuàng)建gammu對(duì)象 sim.ReadConfig()//讀取gammu配置文件內(nèi)容 sim.Init()//初始化操作 netinfo=sim.GetNetworkInfo()//獲取網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息 tel=raw-input(“接收手機(jī)號(hào)碼:\n”).decode(“utf-8”) msgs=ra

42、w-input(“報(bào)警短信內(nèi)容:\n”).decode(“utf-8”) msgs={ “Text”:msgs, “SMSC”:{“Location”:1}, “Number”:tel, “Coding”:”Unicode-No-Compression”,//設(shè)置 支持中文短信的編碼格式 } sim.SendSMS(msgs)//發(fā)送短信 3.3 照片拍攝模塊 在圖像拍攝功能的實(shí)現(xiàn)中，系統(tǒng)采用OV5647攝像機(jī)，通過(guò)USB接口與主板連接，調(diào)用基于python的Picamera庫(kù)。 為了在Raspberry PI中使用相機(jī)拍攝功能，在硬件安裝完成后，需要修改系統(tǒng)配置參數(shù)su

43、do raspi config（設(shè)置為sudo raspi config）來(lái)啟動(dòng)相機(jī)模塊，以便通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)拍攝和保存圖片的功能。 關(guān)鍵代碼: def Pictured()://照片拍攝函數(shù) import time import picamera import picamera.array picname=time.strftime(“%Y%m%d%X”, time.localtime())+”.jpg”//設(shè)置圖片文件名稱(chēng) cmr=picamera.PiCamera()//初始化 cmr.resolution=(1024,768)//設(shè)置圖片的分辨率 cmr.capture

44、(picname,”rgb”)//創(chuàng)建圖像文件,顏色模式為rgb print(stream.array.shape) OV5647模塊可提供500萬(wàn)像素的分辨率與160度的拍攝范圍,并具備夜視功能,基本可以滿(mǎn)足普通家庭用戶(hù)的室內(nèi)安防需求? 3.4 中文語(yǔ)音警告模塊 ekho是一個(gè)免費(fèi)的開(kāi)源中文引擎，支持粵語(yǔ)、普通話(huà)、藏語(yǔ)和其他漢語(yǔ)發(fā)音模式。ekho安裝在RaspberryPi的Linux系統(tǒng)中之后，就可以用python編寫(xiě)中文發(fā)音程序了。 關(guān)鍵代碼: def Speech()://中文語(yǔ)音提示函數(shù) sys.setdefaultencoding(“utf8”)//字符集設(shè)置為支持中

45、文的utf8 os.system(“sudo amixer cset numid=3 1”)//將聲音輸出設(shè)置為3.5音頻口,注意3與1之間為空格s=”echo”.”中文提示內(nèi)容”.”>/home/pi/Desktop/warning.txt” os.system(s)//將文字寫(xiě)入txt文件中 os.system(“ekho-f/home/pi/Desktop/warning. txt-o/home/pi/Desktop/warning.wav“)//根據(jù)txt文件中的中文字符內(nèi)容生成wav格式的聲音 os.system(“aplay/home/pi/Desktop/warn

46、ing.Wav”)//播放聲音 4.軟件設(shè)計(jì) 遠(yuǎn)程人機(jī)交互主要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。語(yǔ)音指令由移動(dòng)應(yīng)用接收并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到汽車(chē)的ARM9處理器。ARM9通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將機(jī)器人手臂周?chē)沫h(huán)境和汽車(chē)的狀態(tài)返回給操作者，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。其中，首先要解決的問(wèn)題是“兩個(gè)內(nèi)部網(wǎng)之間的通信”。如何使兩臺(tái)機(jī)器在不同的內(nèi)部網(wǎng)中進(jìn)行通信一直是一個(gè)難以解決的問(wèn)題。一般的解決方案是：使用服務(wù)器作為中介，首先將信息發(fā)送到外部網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，然后將其轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)，或者通過(guò)虛擬局域網(wǎng)。然后將兩臺(tái)不同局域網(wǎng)的主機(jī)連接到同一局域網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)主機(jī)之間的通信。然而，由于目前通信軟件的數(shù)量眾多，借用這些通信軟件的服務(wù)器是一個(gè)很好的

47、選擇。我們的解決方案是利用微信開(kāi)源軟件，將自己開(kāi)發(fā)的應(yīng)用模塊以插件的方式嵌入到微信中。此外，汽車(chē)平臺(tái)還配備了ARM9處理器，可以作為安卓操作系統(tǒng)使用，因此我們可以安裝一個(gè)微信軟件。很容易解決內(nèi)部網(wǎng)之間的通信問(wèn)題。 在本項(xiàng)目中，我們主要使用控制器的語(yǔ)音信息來(lái)操作機(jī)器人車(chē)，但我們需要遠(yuǎn)程控制（不同網(wǎng)絡(luò)中的通信控制），因此不建議使用硬件設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制指令識(shí)別轉(zhuǎn)換，因此在這里我們使用我們自己的應(yīng)用插件來(lái)執(zhí)行語(yǔ)音識(shí)別C。翻轉(zhuǎn)。在此之前，應(yīng)用程序?qū)⒄Z(yǔ)音信息識(shí)別為文本，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將文本信息發(fā)送給機(jī)器人臂車(chē)。機(jī)器人臂車(chē)接收到文本指令后，將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器指令，最終達(dá)到語(yǔ)音控制。 從軟件系統(tǒng)的角度，介紹了

48、我們的智能車(chē)。眾所周知，軟件是所有硬件的靈魂。沒(méi)有它，無(wú)論硬件設(shè)計(jì)多么精致，都很難充分發(fā)揮它的作用。智能車(chē)輛系統(tǒng)由三個(gè)基本組成部分組成：環(huán)境感知、決策規(guī)劃和控制執(zhí)行。環(huán)境感知的輸出可以作為決策規(guī)劃的輸入。決策規(guī)劃的輸出是控制執(zhí)行的輸入?？刂茍?zhí)行的輸出控制智能車(chē)輛適應(yīng)環(huán)境狀態(tài)的變化，從而形成實(shí)時(shí)閉環(huán)。隨著智能車(chē)的發(fā)展，單智能車(chē)處理問(wèn)題的能力有限，往往只處理簡(jiǎn)單的單輛車(chē)。很難適應(yīng)連續(xù)的多任務(wù)。其次，它們適應(yīng)有限的環(huán)境，通常在特定的場(chǎng)景中。一旦環(huán)境發(fā)生變化，就很難適應(yīng)。此外，盡管不同的智能車(chē)可以處理不同的任務(wù)，但是在一定程度上，它滿(mǎn)足了我們的需求，但是機(jī)器人協(xié)作仍然沒(méi)有什么突破，我們無(wú)法處理復(fù)雜的策

49、略。第三，不同的機(jī)器人可以執(zhí)行不同的任務(wù)，收集大量的信息，但它們不能共享信息。他使用機(jī)器人?；谝陨蠁?wèn)題，我們將服務(wù)器作為智能車(chē)的服務(wù)控制中心,利用服務(wù)器作為智能小車(chē)系統(tǒng)的控制中心，有以下好處： （1） 信息共享：智能汽車(chē)共享服務(wù)器知識(shí)庫(kù)中所有環(huán)境的信息，因此當(dāng)汽車(chē)在不熟悉的環(huán)境中工作時(shí)，您可以在工作前訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，詢(xún)問(wèn)環(huán)境中是否有任何環(huán)境字母。如果服務(wù)器具有當(dāng)前的環(huán)境信息，則環(huán)境信息將傳輸?shù)街悄苘?chē)。獲取環(huán)境信息當(dāng)汽車(chē)直接根據(jù)獲得的信息進(jìn)行任務(wù)處理后，汽車(chē)就保存了對(duì)環(huán)境信息的探索，肯定了。在一定程度上提高了汽車(chē)的工作效率。這只是個(gè)別車(chē)的很多，如果車(chē)的數(shù)量增加，效益就不能低估。 （2） 多

50、車(chē)協(xié)作：當(dāng)智能車(chē)處理任務(wù)相對(duì)困難時(shí)，需要多輛智能車(chē)的配合。例如，在A房間，有一件貨物需要智能車(chē)A運(yùn)到B房間，距離A房間2公里，如果是單個(gè)智能車(chē)A運(yùn)到，可能需要10分鐘，而A車(chē)的動(dòng)力只能支持運(yùn)行5分鐘才能到達(dá)C位置，在這種情況下，只有A車(chē)不能完成任務(wù)。此時(shí)，智能車(chē)A將其任務(wù)信息和狀態(tài)信息傳送給服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)接收到的信息在C處附近搜索可用的智能車(chē)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)在C點(diǎn)附近的智能車(chē)B中有足夠的電力，然后服務(wù)器將信息發(fā)送給智能車(chē)B，這樣它就可以在智能車(chē)B處提貨，并來(lái)完成A沒(méi)有完成的任務(wù)。 （3） 遠(yuǎn)程監(jiān)控：作為智能汽車(chē)系統(tǒng)的控制中心，必須對(duì)每一輛智能汽車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能及時(shí)檢測(cè)智

51、能車(chē)的故障，避免不必要的損失。此外，當(dāng)汽車(chē)不知道如何處理復(fù)雜的道路條件時(shí)，智能汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)可以手動(dòng)和遠(yuǎn)程控制。 （4） 知識(shí)存儲(chǔ)：知識(shí)庫(kù)是服務(wù)器的核心模塊當(dāng)中十分重要的一個(gè)。目前，我們正處在一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)代。數(shù)據(jù)就像地雷。數(shù)量和內(nèi)容越多，包含的價(jià)值就越大。 5.結(jié)論 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟和完善，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各種智能汽車(chē)應(yīng)用得到了國(guó)內(nèi)用戶(hù)的廣泛接受。RaspberryPI作為一種從國(guó)外引進(jìn)的新型開(kāi)發(fā)平臺(tái)，由于其能耗低、成本低、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在許多行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中顯示出極大的發(fā)展愿景。 同時(shí)，RaspberryPI體積輕，開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)單，易于掌握。它也非常適合計(jì)算機(jī)教育領(lǐng)域的推

52、廣應(yīng)用。機(jī)械臂的設(shè)計(jì)給人們帶來(lái)了極大的便捷，幫助人們完成在異常情況下難以完成的事情。其應(yīng)用范圍十分廣泛，如工業(yè)制造、醫(yī)療、娛樂(lè)服務(wù)、軍事等。它可用于礦山清理、爆破、半導(dǎo)體制造、短途運(yùn)輸和空間勘探，深?？碧接兄诓杉瘶悠返?。本設(shè)計(jì)工作主要幫助大學(xué)生了解機(jī)械手的基本知識(shí)，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)，提高他們的動(dòng)手能力。能力，學(xué)習(xí)控制算法PID和微分算法，嵌入式開(kāi)發(fā)，網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序編程，語(yǔ)音識(shí)別等。許多技術(shù)。 本文設(shè)計(jì)了基于RaspberryPI平臺(tái)的智能汽車(chē)系統(tǒng)框架。通過(guò)對(duì)各類(lèi)傳感器和功能模塊的有機(jī)集成和優(yōu)化，完成了外部環(huán)境下的語(yǔ)言報(bào)警和短信提示功能。其成本低、可靠性好，有效地滿(mǎn)足了各種場(chǎng)景的應(yīng)用。 此外，Raspberry PI強(qiáng)大的編程和開(kāi)發(fā)功能也為系統(tǒng)提供了寬泛的的升級(jí)和擴(kuò)展空間。今后，我們將繼續(xù)研究系統(tǒng)與微信平臺(tái)的對(duì)接，以提供更豐富的功能和更好的人機(jī)交互感受。 參考文獻(xiàn)： [1]符曉勇. 智能小車(chē)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與路徑規(guī)劃方法研究[D].浙江理工大學(xué),2017. [2]張玉政,莫琦,莫松穎.基于機(jī)械臂的智能小車(chē)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2017(10):47-48+50. [3]馬浩宸. 碳纖維復(fù)合材料臂桿的設(shè)計(jì)制備與動(dòng)態(tài)模擬分析[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2017. [4]趙冰. 基于復(fù)合材料損傷模型的空間機(jī)械臂承載分析[D].北京交通大學(xué),2017.