汽修工具柜自動歸位裝置

周存芳

（江蘇聯(lián)合學(xué)院蘇州工業(yè)園區(qū)分院 江蘇省蘇州市 215123）

由于人工智能自2004年進入我國人們?nèi)粘Ｉ钜詠?，其設(shè)計理論和應(yīng)用技術(shù)日益成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷發(fā)展壯大，人們越來越多地離不開使用人工智能。本文中的設(shè)計方案與目前現(xiàn)有工業(yè)機器人智能定位系統(tǒng)中頻繁投入使用的智能航位自動推算法不同，本文主要提出一種通過定位加速度訊號傳感器和定位角度訊號傳感器分別進行定位路徑精度記憶、附加定位指南針即可進行初始方位準確自動定位，應(yīng)用合理的自動歸位推計算法進行設(shè)計，使“智能汽修工具柜”以最新和優(yōu)化的定位路線精度返回初始確定位置的一種智能自動歸位設(shè)計方案。通過對角度傳感器和路線上的加速度訊號信息和定位角度線加速度訊號信息分別進行二重積分即可獲得歸位汽修柜的初始位置準確信息這種智能創(chuàng)新設(shè)計思想的充分提出，降低方案設(shè)計操作難度，有利于大大減小設(shè)計成本。本文在方案設(shè)計中提出的一種智能自動歸位汽修柜，能夠在達到定位系統(tǒng)所在角距離定位精度2°，距離定位精度2-3cm 的最小誤差精度范圍內(nèi)，可廣泛應(yīng)用于企業(yè)日常生產(chǎn)中和生活中。

1 硬件系統(tǒng)

智能優(yōu)化電子汽修柜歸位控制系統(tǒng)核心電路控制部分系統(tǒng)設(shè)計方案以微芯mpstm32f103zet6 芯片為基的智能主控外部控制電路芯片，外部控制電路部分采用四節(jié)1.2V 的直流驅(qū)動電源蓄電池以及電流電路作為系統(tǒng)的驅(qū)動電源以及供電電路控制組成部分。其中，mpu9250 慣性驅(qū)動角度定位傳感器驅(qū)動模塊主要用于汽修柜縱向加速度和橫向運動角度的慣性驅(qū)動定位測量，gy-273 汽修柜輪速驅(qū)動指南針慣性驅(qū)動定位模塊主要工作用于偏向角的慣性驅(qū)動定位測量，l298n 驅(qū)動模塊主要用于汽修柜的橫向輪速慣性驅(qū)動，光電開關(guān)驅(qū)動模塊主要用于汽修柜橫向輪速的慣性驅(qū)動定位測量。通過設(shè)計采用汽修柜加速度路徑慣性驅(qū)動傳感器和汽修柜橫向慣性角度路徑慣性驅(qū)動傳感器使該模塊可以進行汽修柜橫向角度路徑驅(qū)動定位計算記憶，附加上的電子輪速指南針模塊可以進行自動設(shè)定汽修柜方位的計算準確度和方向定位，運用基于系統(tǒng)解決方案設(shè)計的智能優(yōu)化汽修柜歸位方向路線設(shè)計算法，使“智能汽修柜”以最簡單和可優(yōu)化的汽修柜歸位方向路線計算方式自動返回到原始系統(tǒng)設(shè)定路線位置。

系統(tǒng)軟件設(shè)計過程采用閉環(huán)控制，通過數(shù)字編碼和微處理器根據(jù)汽修柜測速及時對速度誤差數(shù)值進行自動計算后，使用一套pid不同測量參數(shù)算法對一臺智能自動汽修服務(wù)柜臺的速度路徑以及速度誤差進行自動測速調(diào)節(jié)。如表1所示，通過五組不同模型測量點的參數(shù)根據(jù)調(diào)試結(jié)果分析得到的三個不同數(shù)據(jù)，確定誤差值為，即kp=18; ki=5; kd=0.7。本次通過測試數(shù)據(jù)結(jié)果分析得到的三個不同數(shù)據(jù)，基本上都完全符合上次通過模擬模型測試結(jié)果，得到的三個不同數(shù)據(jù)之間的不同數(shù)值匹配關(guān)系。因此在本次五組pid 不同測量參數(shù)調(diào)試中，當三個不同測量點的參數(shù)恰好相同時就是上面的三個相同數(shù)值的這時候，智能汽修柜可以順利歸位。

表1

當整個智能自動汽修柜終點到達初始終點時，計算機找出它的終點和初始的終點相對的垂直角度,以便于準確進行定位；同時利用mamdkh 庫中的mamath 庫算法進行綜合數(shù)學(xué)計算，設(shè)計研制出最優(yōu)化的算法，使整個智能自動汽修柜終點能自動地返回到初始點的位置。

2 智能汽修柜的功能特點

垂直物料回轉(zhuǎn)庫和垂直升降庫設(shè)備作為典型的工業(yè)物料自動回轉(zhuǎn)存取倉儲設(shè)備，可以有效提高倉儲空間的綜合利用率，具有設(shè)備高效率、高效益等功能特征，該類設(shè)備產(chǎn)品共同功能特點說明如下：

（1）產(chǎn)品高度可以充分的進行綜合利用。從目前我們工作現(xiàn)場使用情況分析來看，垂直高度升降回轉(zhuǎn)存儲庫和其他垂直高度升降回轉(zhuǎn)庫都已經(jīng)完全可以把傳統(tǒng)產(chǎn)品上的垂直高度充分的進行綜合利用。目前我們的各種存儲設(shè)備產(chǎn)品高度基本上都可以直接調(diào)節(jié)達到2 米以上，甚至有的可以達到更高，而傳統(tǒng)產(chǎn)品存儲占地面積很少，與我們目前傳統(tǒng)的其他各種靜態(tài)數(shù)據(jù)處理存儲設(shè)備上的產(chǎn)品高度相比，可以大大的的節(jié)省傳統(tǒng)產(chǎn)品存儲占地面積80%以上。

（2）作業(yè)效率高。根據(jù)作業(yè)指令，被人工揀選的作業(yè)物品直接、準確地運送到達現(xiàn)場操作作業(yè)人員的手中，節(jié)省了大量的人員行走和翻閱查詢資料時間，大大的可以提高物品作業(yè)管理效率并大大減少作業(yè)錯誤的可能發(fā)生。該數(shù)據(jù)統(tǒng)計與目前傳統(tǒng)的機械設(shè)備管理相比較它可以大大提高物品作業(yè)管理效率兩倍以上。

（3）箱斗和托盤有不同的規(guī)格尺寸滿足不同客戶的要求，從標準的檔案、光盤專用箱斗均有實際應(yīng)用的案例。其中箱斗長度可達3 米以上，高度和進深也可達2 米以上。

（4）設(shè)備是全封閉的，在一定程度上可以達到防塵、防盜的目的。

（5）系列化的設(shè)計可以為客戶提供更多的選擇。例如，箱斗有多種類型如隔板式、插板式、抽屜式等，取貨口門有普通門、上下對開門、電動門(可選配密碼保護)等等。托盤有多個尺寸規(guī)格供選用。

（6）模塊化的設(shè)計確保可以在最短的時間內(nèi)為客戶搭建出需要的產(chǎn)品，并可以針對客戶的需要及時定制特殊的產(chǎn)品。

（7）由于垂直回轉(zhuǎn)庫和升降庫的不同的結(jié)構(gòu)特點，兩者的應(yīng)用場合各有側(cè)重，智能汽修柜相對控制簡單，價格適中，適用于小批量多品種的中小工具的存儲。升降庫結(jié)構(gòu)緊湊,控制精確，在存儲尺寸規(guī)格差異較大的物品時更能發(fā)揮其空間的利用效率，相對回轉(zhuǎn)庫功耗較低。

（8）智能汽修柜使用、操作方面的特點：

1.自動最短運輸路徑的安全設(shè)定系統(tǒng)可以有效保證一件物品在最短的操作時間內(nèi)安全到達每個操作者的手中。

2.箱斗內(nèi)部可以針對不同的存儲物品設(shè)計不同的形式，已充分利用存儲的空間，提高人員的可操作性。

3.柜門取口的采用紅外線安全保護裝置設(shè)計可以確保操作中的人員和其他物品安全避免不必要的意外傷害。

4.安全急停開關(guān)的安裝滿足特殊狀況的需要。

5.緩啟、緩?fù)Ｑb置確保設(shè)備避免沖擊，運行平穩(wěn)，降低噪音。

6.不平衡指示調(diào)整系統(tǒng)確保設(shè)備安全可靠的運行。

7.應(yīng)急手搖裝置確保設(shè)備在特殊狀態(tài)下使用。

8.可選配的防靜電系統(tǒng)可以滿足特殊應(yīng)用場合的要求。

9.多種操作界面可供選擇：數(shù)碼、液晶、觸摸屏。

10.多種操作方式（單機自動、手動、聯(lián)網(wǎng)）可供使用。

11.單臺設(shè)備可以配置多個取貨口，可以多功能使用。

12.設(shè)備具有聯(lián)網(wǎng)接口，多臺設(shè)備通過總線方式連接，通過專用的控制管理軟件保證設(shè)備發(fā)揮最大的效能，軟件可與企業(yè)的ERP聯(lián)網(wǎng)。

13.系統(tǒng)可以選擇無線手持終端進行操作（聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)），保證設(shè)備有效無縫的融入企業(yè)的物流系統(tǒng),提高系統(tǒng)的整體水平。

3 軟件系統(tǒng)

3.1 軟件設(shè)計

設(shè)計方案采用stm32f103zet6 作為智能汽修柜主控控制芯片，利用其內(nèi)部的兩個spi 和c 接口與mpu9250 進行實時自動通信；i2c和c 和d 兩個接口與控制汽修柜通過gy-273 進行實時自動通信，并且將控制智能汽修柜路徑傳感器數(shù)據(jù)進行自動采樣后的自動數(shù)據(jù)處理實時自動存儲在一個自動靜態(tài)數(shù)據(jù)處理存儲器中，用于控制智能汽修柜路徑歸位時的自動采樣并對數(shù)據(jù)實時進行自動存儲、計算、提取。mpu9250 對控制智能汽修柜采樣路徑偏離歸位時間，進行智能汽修柜實時路徑歸位自動記錄，采樣路徑歸位后的時間自動控制范圍為0.2s，將智能汽修柜采樣后的數(shù)據(jù)計算準確度和經(jīng)過計算后來的數(shù)據(jù)，實時存儲在一個智能汽修柜自動靜態(tài)數(shù)據(jù)處理存儲器中；gy-271 測出準確的控制智能汽修柜軌道偏離路徑歸位運動角度，使一個智能汽修柜通過主控運動控制模塊芯片自動控制產(chǎn)生一個相應(yīng)的spwmdc 運動波形信號來對其實現(xiàn)自動控制如對智能汽修柜路徑歸位，進行運動時的智能汽修柜路徑偏離歸位自動控制等；同時實現(xiàn)當藍牙hc-05 發(fā)送控制智能汽修柜路徑歸位自動控制算法信號時，智能汽修柜通過自動路徑歸位控制算法自動停車進行控制路徑歸位，在控制路徑歸位的自動運行控制過程中還對智能汽修柜自動進行了一個spidc 的自動調(diào)速。

3.2 自動定位、歸位算法設(shè)計

自動定位采集智能汽修柜角度測量，通過軟件ssmpu9250 傳感器自動采集智能汽修柜定位運動加速度和定位運行角度，測量每次定位角度過程中每0.2s 自動隨機采集一次新的定位角度數(shù)據(jù)，并將本次自動測量定位過程中所得到的每次定位角度數(shù)據(jù)自動采集存儲在軟件sssdram 中。自動定位確定智能汽修柜歸位速度計算本次采用已成功進行計算并自動給出的各定位數(shù)值為x、y，通過自動計算給出相應(yīng)的在每個智能汽修柜中的實際占空比定位速度以及對應(yīng)的實際歸位運行速度，計算并自動給出每個用戶定位需要的實際歸位速度時間，在每個用戶需要指定的實際歸位速度時間內(nèi)通過使用該智能定制設(shè)計柜對汽修柜進行用戶定位，可以自動定位到準確的指向位置，并且自動正確調(diào)整好指向行駛道的方向。經(jīng)過反復(fù)定位測試，本次采用智能定制設(shè)計柜在每個智能汽修柜中的實際占比，周期定位速度控制為20ms。

梨黑星病能夠侵染梨樹地上部分所有綠色幼嫩組織，包括花序、葉片、葉柄、新梢和果實，以葉片和果實受害最重。其癥狀的共同特點是病部形成明顯的黑色霉層。

4 調(diào)試及結(jié)果分析

4.1 位移計算

通過對本次移動實驗傳感器通過采集本次測試所得到的所有數(shù)據(jù)結(jié)果進行綜合分析后就可以明顯發(fā)現(xiàn)，為了完全能夠地確保本次移動實驗所得到需要的和采集本次測試所得數(shù)據(jù)的準確性和一致性，需要先重新調(diào)整橫軸移動時的加速度并調(diào)整使移動傳感器的橫和y 軸移動行進的加速度移動方向與橫軸移動，并使傳感器的y 軸移動方向x 和y 軸移動行進速度方向移動速度相對保持一致，同時它還根據(jù)需要將在y 軸移動方向和x 軸移動行進速度方向相對保持一致。

在數(shù)據(jù)存儲的過程中，應(yīng)先對采集的數(shù)據(jù)進行計算。對于數(shù)據(jù)的計算，采用下示方法分別對加速度和角度進行計算。

4.2 智能汽修柜自動歸位檢測及調(diào)試

本次關(guān)于工程設(shè)計的數(shù)據(jù)計算原理數(shù)據(jù)總共主要分為有三種不同設(shè)計芯片來源，第一種不同設(shè)計芯片是源的數(shù)據(jù)主要來自實際上的設(shè)計測量，這類不同設(shè)計芯片數(shù)據(jù)主要目的是在每次進行設(shè)計測量之前在區(qū)域內(nèi)只要同時放置一個設(shè)計坐標和一條轉(zhuǎn)軸后就已經(jīng)可以實時的對其進行設(shè)計檢測；第二種不同設(shè)計芯片數(shù)據(jù)，是通過一個串口測量傳感器對其進行綜合測量的這類設(shè)計數(shù)據(jù)經(jīng)過串口傳輸后會發(fā)送到我的設(shè)計串口一個物理科學(xué)助手，經(jīng)過這個串口我的物理助手人工智能計算之后進行更新計算得到的不同設(shè)計芯片數(shù)據(jù)，此類不同設(shè)計芯片數(shù)據(jù)都是通過借助于設(shè)計matlab 中所需要進行的各種人工智能計算的，但是其中同時引入了一些基于人工智能計算出的誤差；第三種不同設(shè)計芯片數(shù)據(jù)的則主要是通過在工程設(shè)計中對芯片內(nèi)部的每次設(shè)計更新算法的進行更新計算得到的，將每次設(shè)計數(shù)據(jù)進行更新后計算輸出的δx、δy，得到最終的計算參數(shù)設(shè)計x和數(shù)據(jù)x 和參數(shù)y。對三種不同設(shè)計芯片數(shù)據(jù)分別需要進行一次綜合設(shè)計測量，分別目的是在綜合測量四組不同設(shè)計芯片數(shù)據(jù)后并對其進行一次綜合測量分析和最后做出設(shè)計算法上的設(shè)計修正。

5 展望

結(jié)合銷售案例和市場目前的表現(xiàn),智能汽修柜的應(yīng)用和發(fā)展目前有以下幾個特點：

（1）產(chǎn)品逐漸被接受，開始進入應(yīng)用階段。同國外三、四十年的應(yīng)用市場推廣發(fā)展的新階段以及歷史背景情況相比，智能小型企業(yè)汽修柜在國內(nèi)的應(yīng)用市場推廣發(fā)展尚且還只是處于一個行業(yè)起步初期的新階段，開始被國內(nèi)企業(yè)用戶所廣泛和可接受只有幾年的短短一段時間。從上世紀末八九十一百年代中葉左右發(fā)展開始到2010年進入我國本世紀初的頭兩年，智能小型企業(yè)汽修柜應(yīng)用市場推廣業(yè)務(wù)上的發(fā)展一直處于針對企業(yè)概念有效宣傳市場推廣的新發(fā)展階段，產(chǎn)品的主要功能應(yīng)用種類和具體應(yīng)用促使市場在特定的一個市場區(qū)域或者范圍內(nèi)快速健康發(fā)展。隨著近年我國市場經(jīng)濟的快速健康發(fā)展和滿足實際小型企業(yè)應(yīng)用客戶實際需求以及管理水平的進一步提高，最近3年國內(nèi)企業(yè)智能小型企業(yè)汽修柜的應(yīng)用市場推廣發(fā)展情況已經(jīng)開始逐漸得到出現(xiàn)明顯的基本情況好轉(zhuǎn)，產(chǎn)品的主要功能應(yīng)用種類由單一化的發(fā)展方向變?yōu)槎鄻?，客戶的?yīng)用產(chǎn)品種類以及需求范圍開始得到不斷擴大，產(chǎn)品由針對企業(yè)概念的有效推廣宣傳性的推廣方式轉(zhuǎn)為對實際小型企業(yè)應(yīng)用市場客戶實際需求的有效宣傳解決。

（2）市場競爭開始加劇，多個企業(yè)開始或準備進入智能汽修柜的市場。在2000年以前，在國內(nèi)具備生產(chǎn)和銷售能力的廠家只有幾個，客戶基本上沒有太多的選擇。在2000年以后，多個國際公司開始關(guān)注中國市場，頻繁參加行業(yè)展會，通過多個渠道加強宣傳，并在最近2年紛紛成立辦事機構(gòu)，加大銷售的手段和力度。國內(nèi)的多個企業(yè)也開始在宣傳的資料中加入此類信息，個別公司把此作為主要業(yè)務(wù)開展。

（3）客戶需求開始理智，需求多樣，全面注重產(chǎn)品的質(zhì)量和服務(wù)。

在智能汽修柜應(yīng)用的初期，客戶對產(chǎn)品的理解限于對產(chǎn)品能否滿足一些必要條件，對相關(guān)產(chǎn)品還不是十分的了解。隨著產(chǎn)品應(yīng)用范圍的擴大和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，客戶對產(chǎn)品的要求開始提高，由簡單的要求提供單一產(chǎn)品開始向提供解決方案轉(zhuǎn)變。

（4）小批量化和多樣化品種的生產(chǎn)特點，要求生產(chǎn)企業(yè)必須加快產(chǎn)品研發(fā)，加強經(jīng)營管理，以盡快適應(yīng)國際市場的發(fā)展需求。

從目前統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來看，智能汽修柜為典型小批量多品種的產(chǎn)品，不同的客戶群體不同的應(yīng)用場合有不同的需求，如何保證產(chǎn)品保質(zhì)保量的快速交付是企業(yè)下一步生存發(fā)展的關(guān)鍵。所以企業(yè)從產(chǎn)品的研發(fā)到生產(chǎn)交付的全過程都需要控制,加快市場的反應(yīng)能力，在第一時間滿足客戶的需要。

（5）新技術(shù)的應(yīng)用以及行業(yè)的發(fā)展對智能汽修柜提出新的要求。

企業(yè)在技術(shù)上的領(lǐng)先是必要的，給客戶提供符合現(xiàn)代社會狀況的產(chǎn)品是有效競爭的重要手段，產(chǎn)品的每一次的更新都給市場帶來新的沖擊。智能汽修柜行業(yè)每年都有一些新產(chǎn)品新技術(shù)推出和應(yīng)用，或者一些新概念的創(chuàng)建，推動市場快速發(fā)展。

6 結(jié)束語

本文通過分析研究設(shè)計的室內(nèi)室外智能自動汽修柜定位系統(tǒng)使其能夠像自動駕駛行車機器人一樣自動快速完成室內(nèi)自動歸位，具有廣泛應(yīng)用發(fā)展前景。創(chuàng)新的特點是向系統(tǒng)設(shè)計者首先提出一種通過智能汽修柜的方向加速度、角度、指南針三種自動傳感器通過技術(shù)作用來自主手動控制實現(xiàn)智能汽修柜自動定位記憶、智能自動汽修柜歸位的設(shè)計方案，在很在較大化的程度上有效率地降低了設(shè)計方案產(chǎn)品成本。臨床實驗研究結(jié)果表明，本文通過分析研究設(shè)計的室內(nèi)室外智能自動行車汽修柜與國內(nèi)其他現(xiàn)有類似工業(yè)設(shè)計方案產(chǎn)品解決方案系統(tǒng)相比，設(shè)計簡單，價格低廉，系統(tǒng)設(shè)計工作量和可靠性高，具有很強的設(shè)計技術(shù)性和通用性，非常適合在大型企業(yè)等場所廣泛應(yīng)用，設(shè)計方案操作思路和實際應(yīng)用方案概念簡單化，并可廣泛應(yīng)用于各種實踐中。