作品名稱：智能快遞包裹分類機(jī)器人
學(xué)校名稱：江西新能源科技職業(yè)學(xué)院
參賽隊(duì)伍：逐夢(mèng)隊(duì)
參賽學(xué)生：蘇小剛 吉棟棟 陳慧
指導(dǎo)老師：顧吉仁 賴月梅
機(jī)械手臂設(shè)計(jì)原則
（1）經(jīng)濟(jì)性：在滿足功能的前提下盡可能采用簡(jiǎn)單的方案，使用常見的、供應(yīng)豐富的材料和元器件，以降低生產(chǎn)成本。
（2）可靠性：有電機(jī)制動(dòng)火花對(duì)無線通訊及控制系統(tǒng)的干擾，有可能遇到的碰撞以及關(guān)節(jié)被卡住造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)等各種情況，對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)提出不定的要求。
（3）易維護(hù)性：包括機(jī)械維護(hù)和控制系統(tǒng)軟硬件維護(hù)，機(jī)械上盡可能采用模塊設(shè)計(jì)方法，減少部件種類，提高通用性，便于安裝柴拆卸，同時(shí)提高可靠性和經(jīng)濟(jì)性，控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)同樣采用模塊化設(shè)計(jì)，便于檢測(cè)測(cè)試。
（4）強(qiáng)壯性：機(jī)器人的手臂都是由各個(gè)關(guān)節(jié)鏈接起來的，對(duì)剛性的要求比較高。在機(jī)械設(shè)計(jì)上，機(jī)器人應(yīng)具有較好的剛性和較小的傳動(dòng)間隙，不至于發(fā)生嚴(yán)重的機(jī)械變形，各種接插件不能松動(dòng)、脫落。
總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1機(jī)械臂自由度確定的關(guān)節(jié)設(shè)置
機(jī)器臂的關(guān)節(jié)自由度數(shù)量和分布情況與機(jī)器臂的性能有直接的關(guān)系，自由度的多少?zèng)Q定了機(jī)械臂的潛在應(yīng)用能力。自由度設(shè)置過少，機(jī)械臂的動(dòng)作不靈活甚至無法實(shí)現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的各類動(dòng)作，關(guān)節(jié)自由度數(shù)目不能太少，但是基于能滿足基本動(dòng)作的情況下，盡量減少關(guān)節(jié)自由度，所以關(guān)節(jié)自由度也不能太多。
分揀系統(tǒng)
1、分揀系統(tǒng)是集圖像獲取、圖像識(shí)別、圖像定位、碼垛、拆垛、數(shù)控穿梭行走以及上位計(jì)算機(jī)管理為一體的開放式柔性自動(dòng)化系統(tǒng)。系統(tǒng)視覺識(shí)別部分對(duì)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的不同物品以及靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的同一物品不同的放置面、放置方向可實(shí)現(xiàn)視覺識(shí)別定位。
2、在視覺識(shí)別分揀系統(tǒng)中，物品分揀速度取決于光學(xué)視覺系統(tǒng)主板性能（圖像獲取所需時(shí)間）和視覺系統(tǒng)軟件（圖像識(shí)別、定位算法）的優(yōu)化。在軟、硬件條件限制下，也可采用物品圖像動(dòng)態(tài)預(yù)讀取方式，物品圖像的讀取、識(shí)別與定位計(jì)算和分揀前一工作過程重疊，以節(jié)省系統(tǒng)時(shí)間。另外，也可在保證光亮度或在各種物品間外形、尺寸差異較大的情況下，通過降低物品識(shí)別分辨率來提高物品識(shí)別成功率、減少物品識(shí)別重復(fù)次數(shù)，最終達(dá)到節(jié)省系統(tǒng)時(shí)間的目的。
已被識(shí)別和定位的物品，由分揀根據(jù)已獲得的物品類型、位置信息選擇夾具抓取，再根據(jù)物品需放置的站臺(tái)位置行走至該站臺(tái)，完成對(duì)物品的拆垛、搬運(yùn)或碼垛等任務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)分揀裝盤及配送。
控制方案概述
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是機(jī)器人的核心部分，他決定著控制性能的優(yōu)劣，也決定機(jī)器人使用的靈活程度，當(dāng)今的機(jī)器人計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有三種結(jié)構(gòu)：集中控制，主從控制和分布式控制。
集中控制方式即單CPU結(jié)構(gòu)，全部控制功能由一臺(tái)功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)算負(fù)擔(dān)較重，這種方式的速度較慢，早期的機(jī)器人以及一些較簡(jiǎn)單的機(jī)器人常采用這種結(jié)構(gòu)。
主從控制方式即二級(jí)CPU結(jié)構(gòu)，其一CPU為主機(jī)，擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)管理，完成機(jī)器人語言編譯和人機(jī)接口功能，同時(shí)也利用它的運(yùn)算能力完成坐標(biāo)變換，軌跡插補(bǔ)，并定時(shí)地把運(yùn)算結(jié)果作為關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的增量送到分用內(nèi)存，供二級(jí)CPU完成全部管接位置數(shù)字控制，這類系統(tǒng)的兩個(gè)CPU總線之間基本沒在聯(lián)系，僅通過公用內(nèi)存交換數(shù)據(jù)。
手臂硬件需求分析
再考慮總體控制方案的時(shí)候，首先要明確系統(tǒng)的所有輸入和輸出情況，以便考慮系統(tǒng)接口如何配置，需要哪些接口資源，然后根據(jù)系統(tǒng)對(duì)速度，實(shí)用性等主面的要求和機(jī)器人手臂多關(guān)節(jié)同時(shí)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，選擇合適的單片和控制結(jié)構(gòu)。
控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
機(jī)器人手臂控制系統(tǒng)以PIC16C7X單片為核心，由外部輸入，并口擴(kuò)展，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電位器位置反饋測(cè)等單元電路構(gòu)成，單片電路構(gòu)成，單片機(jī)接收由外部輸入傳來的控制命令，從數(shù)據(jù)表格中依次取出關(guān)節(jié)目標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行電機(jī)控制，完成命令規(guī)定的動(dòng)作。若在動(dòng)作期間接收到新的命令，則在完成動(dòng)作之后在執(zhí)行新命令，關(guān)節(jié)位置由連接在關(guān)節(jié)軸上的編碼器取得，經(jīng)放大電路送入單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換接口作為電機(jī)控制反饋信號(hào)。
CPU板設(shè)計(jì)
1 PIC16F76 介紹
美國(guó)公司推出的8位PIC系列單片機(jī)采用精簡(jiǎn)指令集、哈佛總線結(jié)構(gòu)、二級(jí)流水線指令方式，具有實(shí)用、低價(jià)、指令集小、低功耗、高速度、體積小、功能強(qiáng)和簡(jiǎn)單易等特點(diǎn)，它體現(xiàn)了單片機(jī)發(fā)展的一種新趨勢(shì)。
PIC16C7X采用的是14位RISC指令系統(tǒng)，在保持低價(jià)的前提下增加了A/D內(nèi)部EEPROM存儲(chǔ)器、比較輸出、捕捉輸入、PWM輸出、I2C和SPI接口、異步串行通信接口、模擬電壓比較器、LCD驅(qū)動(dòng)、FLASH程序存儲(chǔ)器等許多功能，是品種最豐富的的系列，廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中。
PIC16C7X單片機(jī)具有以下幾大特點(diǎn):
開發(fā)容易，周期短，由于PIC采用RISC指令集，指令少、且全部為單子長(zhǎng)指令、易學(xué)易用、相對(duì)于采用CISC（復(fù)雜指令集）結(jié)構(gòu)的單片機(jī)可節(jié)省30%以上的開發(fā)時(shí)間2倍以上的程序空間。
高速：PIC采用哈佛總線和精簡(jiǎn)指令集建立了一種新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，指令的執(zhí)行速度比一般的單片機(jī)要快4-5倍。
低功耗：PIC采用CMOS設(shè)計(jì)結(jié)合了諸多的節(jié)電特性，使其功耗低，PIC百分之百的靜態(tài)設(shè)計(jì)可進(jìn)入休眠（SLEEP）省電狀態(tài)而不會(huì)影響喚醒后的正常運(yùn)行。
