一種可自動循跡的智能印表機器人的製作方法

2023-06-05 05:49:31

本發明涉及信息與自動控制技術領域，具體涉及一種可自動循跡的智能印表機器人。

背景技術：

隨著電子信息技術的快速發展，室內定位技術、路徑規劃技術、多傳感器融合技術的成熟應用，具備自主導航循跡技術的產品開始進入了人們的視野，自動駕駛的汽車、智能快遞機器人分揀系統以及循跡搬運機器人的出現無不體現了智能循跡技術應用前景與價值。

相比較於室外定位技術，室內定位技術還不夠成熟，正是因為目前尚未出現統一的技術規範，市面上應用室內定位技術的產品存在著諸多解決方案，其中射頻識別(rfid)室內定位技術就是其中一種部署成本較低、定位精度較高的技術方案，rfid利用讀取器天線發射電磁波的方式與物體、路徑上的電子標籤進行雙向通信，達到目標識別與定位的技術，具有讀取速度快、非接觸、非視距的優點，是室內定位技術較理想的選擇。

循跡技術多用在自動化生產線的物料配送機器人、商場導遊機器人等領域，通過在機器人的作業區域規劃好給定的路線，這些路線上一般採用不同的顏色或者標記區分，機器人採用特定的傳感器掃描路線區域，並將感應信號反饋給主控單元進行信號處理，從而控制機器人驅動電機修正路線實現自動循跡。目前，利用紅外線對不同物質表面反射不同的特性實現室內自走機器人的循跡是一種較為成熟的解決方案。

超聲波具有良好的方向性，較強的穿透能力，利用這一特性可以達到測距、避障的目的。

在實際的使用環境中，使用單一的傳感器獲取的數據容易受環境因素、傳感器本身誤差影響而出現較大的偏差，隨著晶片數據處理能力的提升以及多傳感器數據融合技術的應用，可以使用若干同類型或者多類型傳感器進行錯誤控制，增加採集數據的精度。

通常情況下，為了提高網絡資源的利用率，一個區域網內的印表機往往被多臺主機共享使用。但是對於一些頻繁使用共享印表機的人員或者在大型的辦公區域，執行一次列印任務，相關的人員需要來回跑動，特別是在列印文檔需要多次修改列印或者列印時間較長時，存在著效率低下的問題。

技術實現要素：

本發明的目的是針對上述問題，提供一種可自動循跡的智能印表機器人，通過綜合應用rfid室內定位技術、紅外線循跡技術以及超聲波避障等技術實現了室內印表機的自主定位與循跡，智能移動化執行列印作業，用戶在發出列印請求後，無需現場等待或者收取列印材料，因而大大減少了區域網內用戶列印的人力浪費，提高了工作效率。

為實現上述發明目的，本發明提供的技術方案是：

本發明設計了一種可智能移動作業的印表機，通過採用紅外線、超聲波技術實現自主循跡避障，利用高效低成本的rfid技術實現機器的定點定位。整個系統的硬體電路由循跡主控電路和列印主控電路組成。循跡主控電路包括循跡主控制器、循跡傳感器電路、避障傳感器電路、電子標籤讀取器電路、電機驅動電路、電源電路；列印主控電路包括列印主控制器、無線網卡模塊、列印單元模塊、lcd顯示屏、按鍵電路、電源電路。下面對各部分電路分別介紹。

循跡主控電路：1)循跡主控制器是印表機器人實現自動循跡功能的核心控制電路，該控制器實時處理與循跡、避障相關的傳感器信號，輸出循跡避障算法控制信號至電機驅動電路，同時使用其can總線接口與列印主控制器通信。硬體上一般採用32位微控制器即可滿足需求；2)循跡傳感器電路成對使用紅外線收發傳感器，實現對標記路線的識別；3)避障傳感器電路以超聲波測距模塊為核心，實現對印表機器人四周障礙物距離信息的實時探測；4)電子標籤讀取器電路用於獲取標記路線上的電子位置標籤信息，其中電子位置標籤信息是整個路線內唯一的靜態位置碼，該位置碼與位置對應的主機ip綁定，當區域網內某個主機向印表機器人成功發送列印請求後，印表機器人會根據請求主機的ip查詢到對應的電子位置標籤位置碼，從而定位到主機位置；5)電機驅動電路主要作用是實現循跡主控制器對於機器人動力系統的精確控制，如啟停、正反轉等等；6)電源電路為該部分電路提供合適的電平與足夠的電流值。

列印主控電路：1)列印主控制器主要完成人機互動、控制列印單元電路、控制循跡主控電路等功能，因此是循跡主控電路的上位機，微控制器的處理性能要求要比循跡主控制器更高一些；2)無線網卡模塊是印表機器人為區域網內主機共享印表機的網絡通信電路，是印表機器人成為網絡共享印表機的物理設備；3)列印單元模塊是印表機器人實現列印作業的控制電路；4)lcd顯示屏用於印表機器人工作狀態與配置信息的顯示；5)按鍵電路實現用戶對印表機器人工作模式的配置；6)電源電路為該部分電路提供合適的電平與足夠的電流值。

所述智能印表機器人包括循跡移動裝置、印表機裝置和地面顏色標記軌跡帶；所述地面顏色標記軌跡帶上設有電子位置標籤；所述印表機裝置包括列印紙倉、列印主機、列印出紙口和具有lcd顯示屏和按鍵的系統控制面板；所述循跡移動裝置包括避障、循跡傳感器探測窗、rfid位置標籤讀取器、自動循跡主控電路以及鋰電池倉、電機及驅動輪。

所述印表機裝置安裝於循跡移動裝置上，在所述印表機裝置和循跡移動裝置之間設有彈性緩衝裝置。

本發明綜合應用了rfid室內定位技術、紅外線循跡技術以及超聲波避障等技術實現了可自動循跡移動作業的印表機器人。通過在工作區域標記好路線與位置電子標籤，電子位置標籤中的位置碼信息與相近主機ip地址一一對應，印表機器人通過無線網卡接入網絡並共享印表機，當區域網內某臺主機成功發送列印任務後，印表機器人執行列印作業的同時通過目標主機ip地址找到位置碼，與當前位置碼比對後確認是否開始循跡移動，確保列印完成的紙質材料安全送至請求列印的主機處。列印過程中無需人員來回跑動和等待印表機作業完成，大大減少了人力投入，提升了辦公自動化程度，具有較強的發明價值與推廣意義。

附圖說明

圖1是智能印表機器人電路組成框圖。

圖2是智能印表機器人結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。

如圖1所示，循跡主控制器、列印主控制器可採用意法半導體公司arm系列stm32微控制器，前者是下位機(從機)，使用103系列，後者是上位機(主機)，使用407系列以提高處理器性能，均為32位微控制器滿足本系統的控制需求，另外主從機之間使用can總線進行雙機通信；循跡傳感器以及避障傳感器分別使用工業級紅外線收發檢測傳感器和超聲波測距傳感器；無線網卡模塊使用支持ieee802.11無線區域網接入標準的無線網絡數據機。

如圖2所示，一種可自動循跡的智能印表機器人，所述智能印表機器人包括循跡移動裝置1、印表機裝置2和地面顏色標記軌跡帶3；所述地面顏色標記軌跡帶3上設有電子位置標籤4；所述印表機裝置2包括列印紙倉5、列印主機6、列印出紙口7和具有lcd顯示屏和按鍵的系統控制面板8；所述循跡移動裝置1包括避障、循跡傳感器探測窗9、rfid位置標籤讀取器10、自動循跡主控電路以及鋰電池倉11、電機及驅動輪12。

所述印表機裝置2安裝於循跡移動裝置1上，在所述印表機裝置2和循跡移動裝置1之間設有彈性緩衝裝置13。

印表機器人採用分體式設計，將印表機體與循跡控制箱體相對獨立，使用彈性緩衝裝置隔離，以降低印表機器人運動時驅動部分產生的機械振動對印表機造成的幹擾，供給印表機的電源以及兩者間的數據通信使用高強度杜邦排線連接；列印主機的控制面板是整個印表機器人與用戶交互的控制中心，包括lcd顯示屏和鍵盤，用戶可以通過控制面板查看或者配置印表機器人；列印主機下的循跡控制箱體四個側面均安裝循跡、避障傳感器的探測窗，使得印表機器人可以全角度避障，同時配合驅動系統能夠實現無需轉動機身角度即可橫向、縱向循跡；電機及驅動輪是印表機器人驅動系統的重要組成部分，驅動輪可以精確的前進與後退，同時需要切換方向循跡時，驅動輪在舵機的控制下實現90度調整；rfid位置標籤讀取器需要實時掃描地面標記路線上每臺主機的電子位置標籤，因此讀取器的探測窗位於印表機器人底部下表面中央位置以獲取機器最佳定位狀態；為了降低印表機器人重心，增強自穩定性，自動循跡主控電路以及整個機器的鋰電池組置於循跡控制箱體中心位置；印表機器人移動作業時，其循跡路線可使用黑色標記，電子位置標籤可使用被動式rfid標籤，機器與路線平行對應的兩個側面的循跡避障探測窗以及rfid位置標籤讀取器應在路線正上方。

本發明所述的自動循跡智能印表機器人實現了移動列印作業功能，通過在區域網內共享該印表機器人，用戶無線連接並發送列印任務後，無需前往等候列印作業以及取回列印材料，印表機器人在執行列印作業的同時確定請求列印的那臺主機的實際位置，利用紅外線、超聲波循跡避障技術以及rfid室內定位技術將列印好的紙質材料自動循跡送到用戶主機工作位附近，這完全避免了用戶列印時來回跑動，等待列印等造成的人力、時間浪費，大大提升了辦公效率，迎合市場需求，體現了辦公自動化、智能化的發展方向，發明意義與市場推廣前景巨大。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限制，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，依據本發明的技術實質，對以上實施例所作的任何簡單的修改、等同替換與改進等，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍之內。