垃圾分拣机器人研制成功

WiFi是一种无线局域网运用技术，其出现以来，凭借组网方便、易于扩展等特点，有着广泛的应用前景。而无线接入和高速传输是WiFi的主要技术优点，WiFi技术与机器人技术的结合便产生了WiFiRobot。WiFiRobot是集远程无线通讯、音视频传输、数据采集、多向机械云台、灯光控制、环境检测、超声波测距、红外壁障、超声波领航、动力四驱、摄像头云台等功能为一体的多功能智能遥感机器人，以WiFi网络作为数据传输平台，以高速MCU为数据处理中心，可通过电脑、智能手机、平板电脑等设备进行远程控制，并可拓展更多功能。

1基本原理

设计的机器人所要实现的功能为：操作员在操作终端通过WiFi无线网络连接到小车内置的WiFi模块上，并向其发出相关操作指令，WiFi模块接收指令并传递给内置的单片机，单片机通过控制电路让机器人执行相应的指令；同时，安装在机器人上的各种传感器和摄像头可以通过WiFi网络将数据反向传递给操作终端，从而实现上下行控制及双向通信，以便操作员实时了解机器人周围的环境，并根据环境情况发出指令控制机器人执行特定的任务，实现交互式操作，图1为系统整体实现框图。

2硬件设计

车体部分。车体部分主要由4个12V／120转直流电机和电池组构成，电机两两并联，相当于驱动两个电机。为方便电池充放电，设计了充放电电路，只需拨动开关即可实现充放电操作。电池组电源12V，可多个并联使用，为机器人提高持久动力。

摄像头及云台。摄像头选择高质量高清摄像头进行监控，摄像头满足0°～180°水平，0°～180°上下旋转，可以远程打开或关闭。摄像头型号为索尼PS2，通讯接口为USB协议。云台由2个MG995数字舵机及其他辅助材料构成。

。WiFi模块采用TP—LINK全新推出的150Mbit·s-1迷你型3G无线路由器。该路由器具有尺寸小，供电电压低的特点。其供电电压只有5V，且支持OpenWrt。OpenWrt是一个基于Linux的开源路由固件，提供了一个完全可写的文件系统及软件包管理，对支持OpenWrt的路由器刷机后，其相当于一个Linux小系统。路由器选择OpenWrt作为操作系统，将USB摄像头采集的现场图片发给远端的PC控制终端，并将上位机发出的命令通过串口转发给单片机控制系统。

驱动模块。控制板主要包括电源模块、电机驱动、舵机驱动、下载串口、单片机电路、红外壁障、车灯控制以及数据通信接口等。在此主要介绍电机驱动和舵机驱动两个驱动模块。电机驱动采用英飞凌公司的BTS7960直流电刷电机驱动芯片，其具有大电流MOSFET半桥结构。芯片具有较高的集成度和足够的输出能力，并在能耗方面具有优势。在集成化和小型化的电机控制系统中，适合作为理想的电机驱动芯片。

图2为BTS7960与单片机组成的H电机驱动单元。由于所采用驱动芯片是半桥，因此需要采用两片以构成全桥实现电机的正反转。

分拣机器人定制

单片机产生2路PWM输出作为两片BTS7960的控制信号，同时要求PWM0、PWM1不能同时为高电平。采用定时器输出硬件PWM脉冲，使得单片机CPU只在改变PWM占空比时参与运算，这样可大幅减轻系统运算负担和PWM软件编程成本。

线性稳压器具有输出电压恒定或可调、稳压精度高的优点，但是由于其线性调整工作方式在工作中会造成较大的“热损失”，导致其电源利用率不高、工作效率低下，不易达到便携式设备对低功耗的要求。因此为保证较高的电源利用率，舵机驱动采用LM2596开关型稳压芯片实现，它可以提供3A以上电流，驱动强劲。图3给出了舵机驱动方案。

由于舵机型号为MG995，其工作电压为5．0V～7．0V。因此舵机驱动芯片选择了可调LM2596-ADJ芯片，其输出电压Vout=Vref，其中，Vref=1．23V为芯片内部参考电压。

3软件设计

软件部分是机器人智能化的体现，它控制WiFiRobot所有的运行状态。整个软件系统体系结构如图4所示。

操作系统采用OpenWrt，此部分在路由器刷机部分完成，主要完成视频采集、数据传输、转发等功能。上位机软件控制灯光控制、拍照、实时控制机器人运动等行为。下位机软件通过接收来自上位机的命令，从而执行相应操作。而连接上位机和下位机之间的纽带就是通信协议，软件部分包括通信协议，客户端控制软件和下位机软件。在此主要介绍通信协议和上位机的开发。

3．1通信协议

上位机采用数据包格式传送指令，也可以采用单字符的形式发送，由于单字符通信方式干扰较大，因此采用数据包格式传送指令，包头用OXFF，包尾用OXFF，无校验位。上位机利用无线网卡通过Socket发送数据包到路由器，路由器通过解包机制把数据包解开，通过串口发送到单片机并通过控制模块执行相关操作。其协议规定如表1所示。

3．2上位机软件

对于控制平台，文献给出了一种基于WindowsCE．net技术的方法，文中使用VisualStudio2010编写C#上位机客户端。采用TCP／IP协议，利用Socket发送数据包到路由器。客户端包括两个窗口：主窗口和配置窗口。主窗口包括视频显示区及控制按钮区，主要用于显示回传视频和实现机器人运动控制。配置窗口主要完成WiFi无线网络及机器人控制指令自定义键值的配置。配置窗口和主窗口分别如图5和图6所示。

根据表1的通信协议，上位机通过Socket以Byte打包的方式向机器人发送控制命令，同时接收摄像头回传视频流并在视频显示区实时显示。视频部分也可将摄像头拍摄的视频分解成一张张独立的jpg图片发送到客户端，客户端再将图片组合成视频。对于Socket数据发送，首先创建Socket对象的实例，创建Socket实例后上位机即可通过Connect方法连接到路由器，并通过Send方法路由器发送数据。数据发送完成后用Close方法关闭Socket以释放资源。

除此之外，采用配置文件的方式来存取上一次配置的数据，以免重复配置，并通过定义8个键盘值，便于观察事件的执行，以此可方便地通过键盘的触发事件实现电机和舵机的全方位移动，且增加了拍照和车灯控制命令，经测试上位机软件运行良好。

3．3下位机软件

包装分拣机器人厂家食品分拣机器人生产厂家并联分拣机器人原理图

驱动板微处理器采用STC公司的STC89C516芯片。STC89C516单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统的8051系列单片机，这为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且成本低的方案。下位机程序主要包括：外部中断、舵机PWM中断、定时器、串口中断、初始化等。下位机程序接收来自路由器转发的上位机命令，实现数据接收、摄像头云台全方位控制、电机转向、车灯控制、电池电量指示、红外壁障等功能。

4结束语

经过实际调试运行，WiFiRobot的实际控制距离可以达到100m。WiFiRobot具有实时视频传输、人工自主控制、红外壁障等功能。实物如图7和图8所示。

在目前所设计机器人的基础上，也可以对系统的功能进行拓展，如加载多自由度机械臂、GPS定位、超声波测距、外网控制等，则可实现全方位、超远距离控制，并广泛应用于险情探测、图像采集、目标定位、无线通信等领域。

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