本文主要介绍了关于使用最近流行的Arduino为平台制作的工程搬运机器人，旨在提出一种通用性的构想以更为简单的实现搬运机器人的制作，着重探讨了基于Arduino的搬运机器人的各个机械与电子模块的设计和选型。使用了微型小型直流减速电机作为驱动机构，尝试性的使用步进电机代替舵机作为机械手的驱动部件，与时俱进的运用3D打印技术进行结构件的制作，确定搬运机器人的总体设计方案。其次介绍了各组成模块的工作原理，同时相关的电路图或原理图也随文提供，包括电机驱动电路、循迹模块电路、物块探查电路等。提供了搬运机器人的各个模块控制程序、Arduino软件平台、总体结构及程序设计等。关键词 Arduino，搬运机器人，智能小车，红外光电传感器，循迹目 录
1 绪论 1
1.1 搬运机器人的简介 1
1.2 搬运机器人国内外研究现状 2
1.3 本论文的结构安排 3
2 控制平台的介绍 3
2.1 Arduino平台 3
2.1.1 Arduino 简介 3
2.1.2 Arduino Uno 简介 4
3 系统的总体设计 6
3.1 走行模块 7
3.1.1 电机的选择 7
3.1.2 电机驱动模块 8
3.1.3 车轮部分 10
3.2 循迹模块 12
3.2.1 光电传感器的介绍 12
3.2.2 光电传感器的工作原理 12
3.2.3 光电传感器的测试与调节 13
3.3 搬运模块 13
3.3.1 机械手 13
3.3.2 步进电机的选型及驱动 13
3.4 软件调试 15
3.4.1 循迹模块的验证 15
3.4.2 走行模块的验证 16
3.4.3 搬运模块的验证 17
3.5 系统整体装配及接线 17
3.5.1 机器人的底板 18
3.5.2 二层结构设计 18
3.5.3 整体装配过程 19
3.5.4 接
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3.4 软件调试 15
3.4.1 循迹模块的验证 15
3.4.2 走行模块的验证 16
3.4.3 搬运模块的验证 17
3.5 系统整体装配及接线 17
3.5.1 机器人的底板 18
3.5.2 二层结构设计 18
3.5.3 整体装配过程 19
3.5.4 接线及调试过程 20
4 系统预留设计 20
4.1 避障模块 20
4.2 控制模块 20
5 总结与展望 20
5.1 总结 20
5.2 设计的主要创新点 21
5.3 不足与改进 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附录I 程序源代码 25
1 绪论
1.1 搬运机器人的简介
搬运机器人是一种集多种技术于一体的综合系统，包括了单片机技术、传感信息技术、数据处理技术、运动控制算法等[1]。搬运机器人可以实现按照预先规划好的路线，自动循迹、装夹、搬运，将生产所需的物料或者工具等送达到指定的位置，搬运机器人是现代工业生产自动化体系中物流系统的关键设备之一[2]。
随着生产自动化水平的高速发展，越来越多的企业开始重视物料链的对接，随之提出的一种综合化的组织方式和管理技术—物流。物流是企业生产活动中不容小觑的重要环节。有一个高效运行、规划合理的物流系统，已经成为很多企业提高市场竞争力、降低生产成本的重要手段之一[3]。在企业的日常生产活动中，需要将物流看作极其重要的一环来围绕之组织生产，特别是今时今日人们对速度和效率更为看重，更需要企业高度重视提高物流系统的效率。 而物流线效率的提高在于两个方面：一方面在于提高物流运输速度，另一方面是提高仓储中货物运转速度[4]。
“十二五”以来，铁路、航空等物流相关行业快速发展。而仓储是物流过程中的关键节点，所以提高货物在仓储过程中的运转速度也就成为了提高物流速度的关键因素之一，而仓储过程中货物的转运根本上就是对货物进行一定规则的搬运和堆放，搬运作业贯穿于仓储中的入库、分类、堆放、出库等多个环节[5]。在目前，多数企业依然采用人工堆放或者叉车作业堆放这类仓储搬运方式，但这种方式存在成本高、效率低的问题，并且存在一定的安全隐患。据早前调查研究统计数据显示，美国工业生产过程中，平均搬运费用占生产成本的二至三成，德国企业平均物流搬运费占到总成本的1/3[6]。但是经常由于各种原因，例如天气或者货物自身限制而导致人工无法搬运。同时许多企业盲目追求效率，而忽略对职工的安全培训，导致安全事故频发，更降低了物流系统的执行效率。传统的物流搬运模式已经越来越难以适应目前物流领域的高速发展[7]。所以，现代物流体系迫切需要一种可以智能化、高效率、高可靠性、可重复的搬运设备，因此，搬运机器人应运而生。
1.2 搬运机器人国内外研究现状
早在上个世纪50年代初，国外就开始了对于搬运机器人的研究。美国 Barrett 电气公司于1953年研发出世界上首台智能搬运小车，这意味着搬运机器人技术的开始。次年，英国开发出一种基于电磁感应的搬运小车。上世纪六七十年代，欧洲针对搬运机器人进行了标准化定义，这推进了搬运机器人技术的快速发展。这一时期，除了美国的Barrett， HJC、BT、Wagner、ACS 等大批制造商纷纷加入到搬运机器人的研发大军中。到七十年代中期，欧洲配备的搬运机器人就已达四千多台，八十年代中期的配备总数就已经超过一万台。80 年代末期，国外的搬运机器人技术已经趋于成熟。除美国外，欧洲、日本的搬运机器人也在同一时期得到高速的发展。日本在1966成立首家合资的搬运机器人生产企业。1981年，日本搬运机器人总产值已达到60亿日元，并以每年平均20%的增长率飞速增长。同样是80年代中期，日本在搬运机器人上的总产值已经突破200亿日元[8]。而截止目前，全世界的搬运机器人总装备量达到 10万台以上。
放眼国内，八十年代中后期，改革开放不断深入，我国的机器人研究领域逐步受到政府的重视[9]。1976年由北京起重机械研究所研发的国内首台搬运小车是我国搬运小车研发开始的重要标志，紧随其后，清华、国防科技大等知名高校都纷纷加入搬运机器人的研发大军中[10]。北京邮政科学技术研究所在1988年成功研制出邮政枢纽专用的搬运机器人。中科院沈阳自动化研究所也在同年生产出 6 台汽车装配线使用的搬运机器人，这是国内首次将搬运机器人用到汽车制造工业，是国内搬运机器人运用的较为成功的案例之一。搬运机器人技术在国内运用逐步普及，这个行业渐渐呈现出健康、良好的发展前景。随着国内搬运机器人行业的快速发展，很多公司都开始使用搬运机器人取代人工搬运，以此来降低生产成本和安全风险。
2011 年，在“机器人
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