金兆東　孟祥斌　毛紅艷　王德君

摘要：針對傳統(tǒng)快遞倉儲依靠人工手持條碼識別器分類效率不高的問題，采用MJ-2060 CCD條碼掃描識別模塊，利用串行調(diào)試進行掃描碼信息量的讀取和傳遞。使用STM32微處理器作為主控器，接收掃描信號后，控制機械手臂抓取、上下提升，并運送貨品到指定區(qū)域。實驗仿真及實測結(jié)果顯示，該設(shè)計分類機器手臂裝置可以準確地進行分類和傳送，是一種性能可靠的智能包裹分類設(shè)備。

關(guān)鍵詞：機械手臂；STM32微處理器；CCD條碼掃描識別模塊；串行通信

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）27-0145-02

Abstract： Handheld bar code reader for express delivery， warehousing rely on traditional artificial classification efficiency is not high， the MJ - 2060 CCD barcode scanning recognition module， using serial debugging to scan code reading and transmission of information. As the host controller based on STM32， after receiving scanning signal， control robotic arm grab， ascending， up and down and deliver goods to the designated region. The experimental simulation and measured results show that the design classification machine arm device can accurately category and transmission， is a kind of reliable performance of the intelligent parcel sorting device.

Key words： Mechanical arm； STM32； CCD module； serial communication

伴隨網(wǎng)絡消費模式的普及，倉儲快遞也逐漸壯大，大量的貨物接收、分發(fā)需要眾多的工作人員，在大型倉儲中心容易發(fā)生貨品分發(fā)錯誤的現(xiàn)象，就需要具有智能化的設(shè)備，迅速且精準的配發(fā)包裹。傳統(tǒng)的貨品分類大部分需要人工手持條碼識別器進行逐一分類，耗時費力，需要大量的人工，成本較高。針對以上諸多問題，提出一種基于STM32微處理器，采用CCD條碼掃描識別模塊進行掃描測量，微處理器智能控制機械手臂進行物品識別、提升及運輸?shù)街付▍^(qū)域。該方案具有動態(tài)實時掃描、測量精度高、智能傳輸且可以將輸送包裹信息資料自動傳送到電腦中優(yōu)點，電路簡單實用，便于立體空間進行線性傳送，減輕工作人員負荷，節(jié)省人力成本。

1 整體設(shè)計方案

智能包裹分類機械手臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示，主要包括顯示模塊、位置識別模塊、條碼識別模塊、滑輪電機部分、手臂電機部分、主控模塊和電源模塊等。

系統(tǒng)使用MJ-2060 CCD條碼掃描識別模塊，在指定區(qū)域識別貨物的基本信息，包括運貨單的購買人、賣方姓名，提交的地址和聯(lián)系電話等。該信息需要動態(tài)實時傳遞給電腦資源庫，而具體地址信息需要傳遞給控制模塊STM32F103?？刂破鞲鶕?jù)地址信息，依據(jù)查找表固化的地址信息，兩者進行匹配，一旦匹配成功，則控制器控制機械手臂拾取包裹，運送到貨品制定的配貨地點區(qū)域，如果沒有找到指定的區(qū)域，則提醒配貨人員處理，需要分類人員進行人工設(shè)定新的配貨區(qū)域。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 主控芯片

STM32F103是中等容量增強型微處理器，它是基于ARM核心的帶有64K字節(jié)的，通信接口多達9個。該處理器具有低功耗，可分睡眠、停機和待機等待模式。含有2個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換的時間在1us內(nèi)。多達80個快速I/O端口，所以端口都可以映像到16個外部中斷。

STM32F103增強型產(chǎn)品內(nèi)置嵌套的向量式中斷控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)至少43個可屏蔽中斷通道和16個優(yōu)先級。

2.2 電源設(shè)計

開關(guān)電源是應用電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比，維持輸出穩(wěn)定電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制芯片（TL494）和MOSFET開關(guān)管構(gòu)成。TL494的1、2管腳是誤差放大器I的同相和反相輸入端；3管腳是相位校正和增益控制端；4管腳是間歇期調(diào)整，可改變截止時間；8、9管腳和10、11管腳分別是兩個末級三極管集電極和發(fā)射機。如圖2，可有效地實現(xiàn)開關(guān)電源設(shè)計。

2.3 條碼識別模塊工作原理

MJ-2060條碼掃描模塊是一個緊湊的遠距離高敏感的CCD線性圖像傳感器掃描模塊，高達500次/秒的條形碼掃描速率，是CCD類型的條碼掃描模塊的最佳選擇，它具有高性能、外形小巧和可靠運行，這為包裹條碼的掃描提供強大的助力。MJ-2060 CCD掃描模塊擁有強大的條碼解碼能力。解碼板處理器是由一個ARM Cortex 32位處理器系統(tǒng)組成，能解碼多種一維條形碼。解碼板兼容各種實用程序，基于PC機的可配置的軟件，實物如圖3。

條碼模塊的光源是LED發(fā)出的波長632nm的紅光 ，CCD線性傳感器處理器為ARM Cortex?-M3，其工作頻率為8 MHz掃描速率，智能檢測多達500次掃描/秒。

3 軟件實現(xiàn)

這個項目我采用的是C語言編程，首先初始化程序的配置，配置包括手臂的初始位置，滑輪所在位置，條碼模塊的啟動，顯示模塊的初始化等。電機的動作是通過主控芯片控制電機驅(qū)動完成的，而每個舵機則需要多個PWM通道去控制舵機的旋轉(zhuǎn)角度，這需要程序一步一步來實現(xiàn)。程序的流程圖描述了整個機械動作，如圖4。

4 試驗結(jié)果

為了驗證包裹機器人的效率，采取了五組包裹來讓機器人完成分類，其中統(tǒng)計的數(shù)據(jù)有幾種，動作的執(zhí)行時間，條碼掃描數(shù)據(jù)的準確性。為了驗證包裹機器人的效率，采取了五組包裹來讓機器人完成分類，其中統(tǒng)計的數(shù)據(jù)有幾種，動作的執(zhí)行時間，條碼掃描數(shù)據(jù)的準確性，統(tǒng)計如表1。

從測試結(jié)果上來說機械手臂可以在較短的時間內(nèi)完成任務，每一次動作都可以實現(xiàn)想用的功能。

5 結(jié)束語

本文所設(shè)計基于STM32f103開發(fā)出來的，可以很好地其功能，完成貨物的提取與傳送。針對機器人手臂精度調(diào)節(jié)，采用先粗調(diào)后細調(diào)的方案，條碼識別模塊與主控芯片的通信采用的是串口通信，通過掃描模塊讀取包裹上信息后通過串口與芯片通信，實現(xiàn)手臂與各模塊相協(xié)調(diào)動作，這在實際中區(qū)域放置時間和準確性都得到滿足，該設(shè)計具有良好的可行性。

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