SCI论文（www.lunwensci.com）
摘 要：近年来,随着人工智能的飞速发展,智能机器人逐渐从工业应用走向生活应用,并且已开始在人们生活中的多个 场景中,给人们带来了便捷。随着人口红利的逐渐消失,以及疫情的出现,很多行业尽可能采用机器人进行工作,也避免了人 与人的空间接触。本文以医院为主要客户群体分析了智能配送机器人的功能需求,简单阐述了配送机器人的控制系统的方案, 设计并实现了一种符合实际应用需求的物品配送机器人控制系统,具有很好的实用价值。
关键词：物品配送机器人,控制系统,自主导航,梯控与门控
Research on the Design of Intelligent Goods Distribution Robot Control System
MENG Qingzhu
(Shenyang SIASUN Robot Automation Co.,Ltd., Shenyang Liaoning 110168)
【Abstract】：In recent years, with the rapid development of artificial intelligence, intelligent robots have gradually moved from industrial applications to life applications, and have begun to bring convenience to people in many scenes of people's life. With the gradual disappearance of the demographic dividend and the emergence of the epidemic, many industries use robots to work as much as possible and avoid human space contact. Taking hospitals as the main customer group, this paper analyzes the functional requirements of intelligent distribution robots, briefly expounds the control system scheme of distribution robots, and designs and implements a control system of goods distribution robots that meets the actual application needs, which has good practical value.
【Key words】：goods distribution robot;control system;autonomous navigation;lift control and door control
0 引言
近年来, 随着人工智能技术的飞速发展, 作为人工 智能载体的机器人已在多种类和多场景下得以实现。智 能物品配送机器人是医院机器人智能配送整体解决方案 的智能终端设备,配备的高精度定位导航系统与感知避 障系统使它们能够安全高效地执行院内的物资配送工作。 该产品同时具备自主呼梯控门、自动充电、智能下单、 一键配送等功能,支持 5G 网络连接。并可通过后台系 统统一调度,实现医院物流效益的最大化。
医院智能配送机器人整体解决方案通过软硬件相结 合的方式,使用智能配送和智能感控来替代人工,实现 医院在这部分场景中的无人化作业 [1]。
1 控制系统设计
1.1 需求分析
目前用于医院的智能物品配送机器人主要有以下几个功能 ：(1)人机交互功能 ：用户通过手持 PAD 下单 App,实现智能下单,一键配送,并可分配多个任务给 机器人,直到配送任务确认签收 ;(2)自主导航与避障 功能 ：机器人通过激光 SLAM 技术自主导航配送物品 到指定地点,并可进行实时避障,保障配送物品过程中 的安全性 ;(3)梯控和门控功能 ：可实现机器人远程 叫梯、选层、开门、关门,同时可实时监测电梯运行状 态,包括上下行、平层、所在楼层、开门状态、关门状 态等功能。
1.2 机器人控制系统设计
如图 1 所示, 物品配送机器人控制系统主要分为两 部分,底盘控制部分和车头控制部分。底盘部分主要有 机器人控制器、交换机、无线路由器、系统控制板、电 机驱动器、动力电池、声纳传感器、急停及机器人上电 开关等 ;车头部分主要有主控模块、深度摄像头、防跌落传感器、人脸识别摄像头、指纹识别仪、门锁控制板 以及喇叭等组成。
其中,底盘控制部分的机器人控制器采用 X86 架构 的主板 E3845.来用做激光导航数据的实时计算与机器 人底盘的控制, E3845 通过以太网口 LAN1 与交换机相 连,激光与车头部分的主控模块也通过交换机与 E3845 进行以太网通讯, E3845 的 LAN2 与机器人中的无线 路由器相连,用于手持 PAD 连接机器人 WiFi 对进行 机器人遥控或配送下单 ;系统控制板负责整个机器人系 统的上下电控制、电池电量读取、声纳传感器的数据采 集、指示灯的控制等功能,其通过 CAN 接口与 E3845、 电机驱动器进行 CAN 通讯,并且将声呐传感器、电量 信息等融合数据传给 E3845 供其进行处理 ;电机驱动 器接收 E3845 的运动指令,对电机进行运动控制。根 据机器人运行速度、整体自重、带载能力、爬坡受力分 析、越障受力分析以及电机寿命选择 250W 轮毂电机, 使用轮毂电机的好处是设计简单,安装方便且易于维 护。电机的额定转矩为 25Nm,额定转速为 100rpm。
车头控制部分主要有一台 WINDOWS 一体屏作为 主控模块,主要用于与用户进行人机交互,配送订单确 认与配送柜门的开锁操作 ;车头控制部分涉及到人机交 互的指纹识别仪,人脸识别仪也通过 USB 口连接到主 控模块上 ;为保证在嘈杂环境下机器人外放的声音能够 较清晰的被机器人周围人员听到,采用 2×10W 的立 体声扬声器接到主控模块上 [2] ;另外,辅助导航以及避 障用的深度摄像头与防跌落传感器也接到主控模块上,主控模块通过以太网口将深度摄像头以及防跌落传感 器的数据传到底盘控制部分的机器人控制器 E3845 上, E3845 再将激光 SLAM、深度摄像头、防跌落传感器以 及声纳传感器的实时数据,进行机器人行走路线的实时 规划与避障处理。
1.3 门控与梯控系统设计
如图 2 所示为门控系统互联图,可实现机器人自 动远程开门,机器人通过门后自动关门。机器人通过 WiFi 远程查询门禁状态,并控制开门机开门,机器人 行走通过门后再远程控制关门机关门,从而实现对门禁 系统的控制。如图 3 所示为机器人梯控系统互联图, 梯控控制器 输出控制端与电梯内呼面板楼层按键和开关门按键连 接,实现电梯选层、开门、关门功能。通过楼层传感器、 开门传感器实现对电梯上下行状态、开关门状态、所在 楼层进行实时监测。梯控控制器通过梯井内的无线网桥 连接上网模块,实现与梯控云服务器通信,同时机器人与梯控云服务器进行通信,实现机器人远程控制电梯。
1.4 下单软件系统的设计
物品配送机器人所使用的手持 PAD 下单软件 ( 以 下简称 ：下单软件 )。用户通过下单软件, 将请求货物 的需求转化为订单发送给服务器,服务器根据订单内 容,命令机器人前往指定地点取货,并将货物在规定时 间内送到用户的目标位置 [3]。
服务器、手持 PAD 下单软件、机器人三者在同一 局域网内。服务器软件做服务器,手持 PAD 和机器人 做客户端,采用 TCP/IP 通信协议进行通信。客户端与 服务器的通信内容中包含身份信息数据,服务器能根据 身份信息进行一一对应。
下单软件将在安卓 PAD 上运行,根据用户权限不 同,下单软件将呈现不同的界面给用户。下单软件能够 实时查看机器人的全部状态信息、机器人的位置信息、当前订单信息及订单状态、历史订单信息等 [4]。
下单软件的主界面包括 6 个子页面,分别是首页、 当前订单、日常订单、日志、历史订单、科室信息。首 页包含一键呼叫功能、下单发货功能 ;当前订单页面用 于查看当前订单信息,能够查看车体状态信息及车体位 置监测 ;日常订单页面用于日常订单信息详细内容、执 行状态等 ;日志页面用于查看下单软件的操作信息、操 作记录、问题状态记录等 ;历史订单页面用于查看历史 订单信息 ;科室信息页面用于维护科室信息等内容。
2 结语
本文设计并实现了一种符合实际应用需求的智能物 品配送机器人控制系统,如图 4 所示为智能物品配送机 器人在医院场景下的实现方案总览,可以看到它很好地 解决了医院智能化的场景应用,具有很好的推广价值。
参考文献
[1] 董钰颖,杨雷恒.一种多医用配送机器人系统协同路径规划 方法[J]. 自动化技术与应用,2022.41(5):100-102+129.
[2] 李世垚,吕天逸,董校,等.人工智能实验室智能配送机器人设 计[J].实验技术与管理,2022(7):248-252.
[3] 张含,李燕苹,王瑞.智能药品配送机器人[J].工业控制计算 机,2022.35(1):10-12.
[4] 陈光.标准物质智能配送机器人系统[J].上海计量测试,2021. 48(3):59-60.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/jisuanjilunwen/56238.html
