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摘 要：互联网的发展掀起了电商王朝，智能化的推进使智能制造成为新的趋势。随着省工程训练大赛的举办，物流小车走进了我们的视野之中。随着时代的发展物联网技术水平也在不断提高，早在10几年前就已有了通过物联网控制的智能化控制家具。在物流分拣与物联网的结合下物流分拣将变的越来越优化。所以基于物流小车和物联网技术我们将两者相结合做到一个能够帮助人工对包裹分拣的物流小车，在疫情的情况下无人包裹分拣更是变的尤为重要，同时无人分拣作业也符合当下发展的趋势。
关键词：物联网;智能;物流小车;物流分拣
一、正文
1.1研究背景
伴随着社会经济的发展，人们消费水平也在不断提高，物流行业的市场容量也在在不断的扩大。根据报道早在2018年“双11”期间，各大电商企业在双十一当天总共产生的快递物流订单有13.52亿件，就在当天各邮政、快递企业总共处理了包裹件数就达4.16亿件，创下新的物流记录[1]。随着物流市场的不断扩张这些企业每日所需处理的快递也越来越多，随之诞生的是对众多快递进行分拣的苦恼，现阶段的物流分拣大部分是通过人工来实现，这极大的造成了人力物力的浪费。根据不完全统计，物流的成本大概占商品成本的30%，而分拣作业成本大概占了配送中心总成本的15%～20%[2]，由此可见出现一种能够摆脱人力实现智能自动化物流分拣的机器的重要性。因此这款基于物联网下的物流分拣小车的产生为臃肿的物流分拣系统打开了新的大门。
当下对包裹分拣措施主要包括几种分别是快递分拣柜，物流分拣机等。对于快递的分拣也达到了一个相对较为完整的体系，但总体上分拣方式较为迟钝效率上依旧有上升的空间。菜鸟驿站早在2019年就已经在南京设立了第一个物物联网机器人分拨中心，在快递行业的蒸蒸日上的今天对于快递包裹的快速分拣将是未来快速发展的方向，那么基于物联网技术下的物流小车也将是在未来几年内快速发展的对象。
1.2结构设计
基于物联网下的物流小车由4轮驱动，底板，外壳、机械臂，、云台、机械抓和快递暂储旋转轮盘组成。底板形状采用运行反向为圆心，尾部为矩形设计。机械臂采用6自由度6轴结构设计，机械臂底盘成圆形与小车底板通过铜柱连接，机械臂第1轴采用连杆连接步近电机控制。支撑轴采用圆柱钢板作为支撑，步进电机固定于钢板上对第3轴进行运动控制。在第4轴前端装有舵机可以控制机械抓的上下摆动，机械抓的旋转运动将由第4轴钢管圈内微型型舵机控制。安装在机械爪上的进步电机，能够通过齿轮传动控制条形机械爪。快递暂储旋转盘有6个大小不同的暂储小隔间能够放置不同大小的包裹，通过步进电机与底板相连。
1.3控制装置设计：
针对于控制板选型问题采用MicroPython的开发板 ，MicroPython是汇编语言Python3编程语言的一个完整软件实现体现，主要可以利用较为基础的C语言编写，通过优化后能够很好的运行在微控制器之上，它是一种运行在微控制器硬件之上的完全的Python编译器和运行时的系统。它能够给予用户一个交互式提示符，并且可以立即执行所支持的命令。除了板子本身就含有的核心Python库，MicroPython还包括了可以能够让使用者去访问低层硬件的设计。
摄像头采用Openmv，对于Openmv介绍是这样介绍的，它是国外的一种基于MicroPython驱动的开源机器视觉模块，在机器的视觉算法上，已经做了很大的改进与优化，可以很好的在微型储存器上较快的运行，例如颜色跟踪，脸部检测等识别功能;在一定的基础上引出了相关的外设，比如SPI下载模块，IIC等，能够很好的方便客户进行其他的扩展。设计方还有一个与之能够配合的IDE（源码开源），具有调试终端，具有RGB直方图显示的帧缓冲区查看器等[3]。
其他外设包括履带装置，为了尽量减小滑动而产生的系统不能有效调节的误差，同時也能产生更大的牵引力，使小车能爬30度至35度的纵向坡，也能通过20度至25度的侧倾坡。
1.4工作流程：
首先运用汇编语言对目标识别与追踪算法的研究学习。利用图像的二值化、滤波、、膨胀和腐蚀等算法对摄像头采集的图像进行预处理[4];之后利用边缘检测和形状识别算法获取一定的引导线的路线信息，在通过线性回归曲线和最小二乘法拟合计算得到车运行的正面方向与地面轨道路线的相差角;将该角度数据传输到MicroPython开发板控制小车实现寻迹行驶[4]。
分数阶滑模控制方法作为小车机械臂控制程序基础算法，将新型的滑模函数趋近律加入到算法当中，通过上面的优化多关节机械臂轨迹跟踪控制系统的鲁棒性和响应速度也有提升了[5]。但机械臂在运作的时候还是会受到各种各样的误差，并且需要考虑和计算很多的系统参数，如果控制采用PID时可以不涉及系统参数，但缺点就是系统参数发生变化系统可能会不稳定。与此相比滑模往往包含系统的参数或者公式，当系统参数发生变化，只需要跟随参数就能稳定，但对于PID算法来说就需要重新调参数了，它的输出更像是一个占空比，在提取了基波之后是理想的输出。但是解决小车实际问题时候往往涉及的是不可控物理量，所以最终采用方案还是PID控制能够自动调整变化了物理量。
设置P参数，在接受误差后采取比例放大后转换成舵机角度数据，扭转机械臂调整方案，但会出现相应的稳态误差，只能调节D参数，将单位时间舵机角度误差变化值转换成舵机角度待修正值传入MCU，达到减少震荡的效果。最终通过调节I参数，调节I的目的是为了减小静态情况下的误差情况，让受控物理量尽可能逼近设定的目标值。通过不断对参数进行调整配置后达到机械臂控制系统的较为稳准快的效果。
1.5创新点及特色
我们将智能控制系统的基础上将小车与物流分拣相结合，实现一种自动化智能物流分拣的功能。这将有效的帮助快递行业解决了现在越来越多、快递分拣难度越来越大的问题。解放了大量的劳动力，大大减轻了现代物流人工分拣所造成的人力资源浪费与低效率的状况。通过单片机的与摄像机的配合将摄像机获取的信息转化为机械语言控制机械臂与小车运动。从而对包裹进行分拣，所利用汇编语言为Python语言。所设计小车整体大小在地面投影大小为一般的A4纸尺寸通过机械设计分析将重心固定在小车中点。
参考文献
[1]赵宝刚. 自动分拣系统技术及其应用分析[N]. 现代物流报，2020-05-11（A06）.
[2]喜崇彬.自动分拣系统市场现状与发展趋势[J].物流技术与应用，2019，24（01）：82-84.
[3]林豪，王新雨，徐玥.基于高性能单片机的智能物流小车研究与设计[J].河南科技，2020（05）：24-28.
[4]庄琼云.基于OpenMV的智能寻迹小车设计与实现[J].黎明职业大学学报，2018（04）：80-84.
[5]王心，郭伟，魏妙.基于粒子群优化的分数阶PID滑模控制参数整定[J].测控技术，2017，36（12）：63-66.
关键词：物联网;智能;物流小车;物流分拣
一、正文
1.1研究背景
伴随着社会经济的发展，人们消费水平也在不断提高，物流行业的市场容量也在在不断的扩大。根据报道早在2018年“双11”期间，各大电商企业在双十一当天总共产生的快递物流订单有13.52亿件，就在当天各邮政、快递企业总共处理了包裹件数就达4.16亿件，创下新的物流记录[1]。随着物流市场的不断扩张这些企业每日所需处理的快递也越来越多，随之诞生的是对众多快递进行分拣的苦恼，现阶段的物流分拣大部分是通过人工来实现，这极大的造成了人力物力的浪费。根据不完全统计，物流的成本大概占商品成本的30%，而分拣作业成本大概占了配送中心总成本的15%～20%[2]，由此可见出现一种能够摆脱人力实现智能自动化物流分拣的机器的重要性。因此这款基于物联网下的物流分拣小车的产生为臃肿的物流分拣系统打开了新的大门。
当下对包裹分拣措施主要包括几种分别是快递分拣柜，物流分拣机等。对于快递的分拣也达到了一个相对较为完整的体系，但总体上分拣方式较为迟钝效率上依旧有上升的空间。菜鸟驿站早在2019年就已经在南京设立了第一个物物联网机器人分拨中心，在快递行业的蒸蒸日上的今天对于快递包裹的快速分拣将是未来快速发展的方向，那么基于物联网技术下的物流小车也将是在未来几年内快速发展的对象。
1.2结构设计
基于物联网下的物流小车由4轮驱动，底板，外壳、机械臂，、云台、机械抓和快递暂储旋转轮盘组成。底板形状采用运行反向为圆心，尾部为矩形设计。机械臂采用6自由度6轴结构设计，机械臂底盘成圆形与小车底板通过铜柱连接，机械臂第1轴采用连杆连接步近电机控制。支撑轴采用圆柱钢板作为支撑，步进电机固定于钢板上对第3轴进行运动控制。在第4轴前端装有舵机可以控制机械抓的上下摆动，机械抓的旋转运动将由第4轴钢管圈内微型型舵机控制。安装在机械爪上的进步电机，能够通过齿轮传动控制条形机械爪。快递暂储旋转盘有6个大小不同的暂储小隔间能够放置不同大小的包裹，通过步进电机与底板相连。
1.3控制装置设计：
针对于控制板选型问题采用MicroPython的开发板 ，MicroPython是汇编语言Python3编程语言的一个完整软件实现体现，主要可以利用较为基础的C语言编写，通过优化后能够很好的运行在微控制器之上，它是一种运行在微控制器硬件之上的完全的Python编译器和运行时的系统。它能够给予用户一个交互式提示符，并且可以立即执行所支持的命令。除了板子本身就含有的核心Python库，MicroPython还包括了可以能够让使用者去访问低层硬件的设计。
摄像头采用Openmv，对于Openmv介绍是这样介绍的，它是国外的一种基于MicroPython驱动的开源机器视觉模块，在机器的视觉算法上，已经做了很大的改进与优化，可以很好的在微型储存器上较快的运行，例如颜色跟踪，脸部检测等识别功能;在一定的基础上引出了相关的外设，比如SPI下载模块，IIC等，能够很好的方便客户进行其他的扩展。设计方还有一个与之能够配合的IDE（源码开源），具有调试终端，具有RGB直方图显示的帧缓冲区查看器等[3]。
其他外设包括履带装置，为了尽量减小滑动而产生的系统不能有效调节的误差，同時也能产生更大的牵引力，使小车能爬30度至35度的纵向坡，也能通过20度至25度的侧倾坡。
1.4工作流程：
首先运用汇编语言对目标识别与追踪算法的研究学习。利用图像的二值化、滤波、、膨胀和腐蚀等算法对摄像头采集的图像进行预处理[4];之后利用边缘检测和形状识别算法获取一定的引导线的路线信息，在通过线性回归曲线和最小二乘法拟合计算得到车运行的正面方向与地面轨道路线的相差角;将该角度数据传输到MicroPython开发板控制小车实现寻迹行驶[4]。
分数阶滑模控制方法作为小车机械臂控制程序基础算法，将新型的滑模函数趋近律加入到算法当中，通过上面的优化多关节机械臂轨迹跟踪控制系统的鲁棒性和响应速度也有提升了[5]。但机械臂在运作的时候还是会受到各种各样的误差，并且需要考虑和计算很多的系统参数，如果控制采用PID时可以不涉及系统参数，但缺点就是系统参数发生变化系统可能会不稳定。与此相比滑模往往包含系统的参数或者公式，当系统参数发生变化，只需要跟随参数就能稳定，但对于PID算法来说就需要重新调参数了，它的输出更像是一个占空比，在提取了基波之后是理想的输出。但是解决小车实际问题时候往往涉及的是不可控物理量，所以最终采用方案还是PID控制能够自动调整变化了物理量。
设置P参数，在接受误差后采取比例放大后转换成舵机角度数据，扭转机械臂调整方案，但会出现相应的稳态误差，只能调节D参数，将单位时间舵机角度误差变化值转换成舵机角度待修正值传入MCU，达到减少震荡的效果。最终通过调节I参数，调节I的目的是为了减小静态情况下的误差情况，让受控物理量尽可能逼近设定的目标值。通过不断对参数进行调整配置后达到机械臂控制系统的较为稳准快的效果。
1.5创新点及特色
我们将智能控制系统的基础上将小车与物流分拣相结合，实现一种自动化智能物流分拣的功能。这将有效的帮助快递行业解决了现在越来越多、快递分拣难度越来越大的问题。解放了大量的劳动力，大大减轻了现代物流人工分拣所造成的人力资源浪费与低效率的状况。通过单片机的与摄像机的配合将摄像机获取的信息转化为机械语言控制机械臂与小车运动。从而对包裹进行分拣，所利用汇编语言为Python语言。所设计小车整体大小在地面投影大小为一般的A4纸尺寸通过机械设计分析将重心固定在小车中点。
参考文献
[1]赵宝刚. 自动分拣系统技术及其应用分析[N]. 现代物流报，2020-05-11（A06）.
[2]喜崇彬.自动分拣系统市场现状与发展趋势[J].物流技术与应用，2019，24（01）：82-84.
[3]林豪，王新雨，徐玥.基于高性能单片机的智能物流小车研究与设计[J].河南科技，2020（05）：24-28.
[4]庄琼云.基于OpenMV的智能寻迹小车设计与实现[J].黎明职业大学学报，2018（04）：80-84.
[5]王心，郭伟，魏妙.基于粒子群优化的分数阶PID滑模控制参数整定[J].测控技术，2017，36（12）：63-66.