基于树莓派的快递配送机器人
摘要：为了分担基层物流的配送压力，提高物流的配送效率，设计基于树莓派为主板开发，运用Python/C/JavaScript等语言编程，设计了这款能够替代普通物流配送的物流机器人。机器人搭载了机械臂、摄像头、温湿度传感器、GPS positioning、GPS定位，通过Websocket通信，有着优秀的Web网页控制系统。让物流配送更加智能。
关键词：树莓派；智能小车；机械臂；WIFI图像传输；Websocket
万物互联是社会科学发展的必然趋势，通过网络远程控制来配送快递更是一种大胆的尝试，本次的设计目的是为了让快递能够在远程控制的情况下顺利的到达目的地并对其进行签收出库。在硬件编程方面采用了Python，实现了移动控制、机械臂控制、画面实时传输，二维码在线解析等。网页端则运用了MVC架构实现物流机器人的控制，数据库处理。
1设计预期与技术要求
1.1预期功能
机器人通过远程控制，其拥有的机械臂可以精确地对快递物品进行搬运、装卸，当机器人扫描快递的信息后，物流信息会生成，在GPS定位下将快递送至接收地址后，可以通过扫描二维码对物品进行出库处理。机器人拥有灵活的视频监控功能，视频在移动WIFI下实时的传输至web端，同时摄像机跟随机械臂控制运动。
网页端控制系统：可以在Web登录物流控制台查看监控视频、所有的物流数据，并对机器人进行控制，包括机械臂动作指令，机器人移动指令，摄像头控制指令。
2硬件组成
2.1树莓派4B
树莓派4B 属于BCM2711型号的CPU架构，它是基于ARM的微型电脑主板，比起上一代的3B+拥有更加优秀的处理能力，它的散热同时也得到了优化，让树莓派在高性能工作下能够更加稳定。无论是通过WIFI还是其千兆网线接口都能够很便捷的与其他主机进行通信，并且还增设了USB 3.0接口。
2.2机械臂模块
机械臂由4个Mg90s舵机控制，一个负责底盘转动的角度，两个分别负责小臂和大臂的起落，最后一个舵机负责控制机械臂的爪钳。Mg90s属于金属结构的数字舵机，它不仅有着良好的顺滑度，在转动精度方面也很优秀。工作电压通常为3.5V~6V，扭矩可达到1.6kg·cm（4.8V），尺寸为23x12.2x29mm，适用于很多的机械结构中。
2.3电机驱动模块
机器人的移动结构由4个直流减速驱动电机构成，考虑到移动负载较大，这里电机的驱动电压为9V~12V,远高于树莓派输出电压，使用IO口无法驱动电机，因此采用2块TB6612FNG电机驱动板作为驱动芯片，11V纳米聚合物电池作为外部电源为其供电[1]。
3软件设计
3.1上机位软件设计
Web服务器端需要进行数据的处理和数据存储，在数据处理方面采用了Java平台上的一种开源框架--SSM框架,是spring MVC ,spring和mybatis框架的整合,是标准的MVC模式，使用此三层架构，首先是处理业务逻辑controller层，其次是service层，最后是和数据库打交道的m
apper层。
3.2下机位软件设计
3.2.1网络协议
在树莓派和浏览器之间的通信协议选择了Websocket，Websocket属于响应很迅捷的TCP协议，它可以实现主机与浏览器的全双工通讯，相比传统的同步异步轮询协议，Websocket更加的高效，不会造成http轮询的泛滥[3]。
3.2.2机械臂抓取控制
树莓派的机械臂部分定义了数个舵机控制函数，分别为底盘的左右转动，大小臂的抬升与下降，爪钳的打开和闭合，下机位树莓派通过接收websocket传递的命令，来控制舵机的转向，完成机械臂的各种动作。
3.2.3视频传输及二维码识别
视频传输功能主要基于视频流的处理，首先在循环中不断的获取树莓派相机得到的画面，因
为树莓派核心处理能力与带宽有限，需要对每一帧通过opencv进行处理，将其图片像素降低。二维码识别解码依赖于opencv和zbar的共同工作，首先由opencv对图像进行处理，运用图像处理的算法定位到二维码的具体位置，随后提取到zbar中进行识别解码。
3.2.4机器人的移动控制
要在web上控制小车移动，关键是数据通信，Websocket是个很好的方案，建立了本地计算机的连接后，想到要使用web远程控制，需要公网地址，所以需要购买一个服务器来部署才行。机器人的移动由四个函数控制，分别为前进、后退、左转、右转，当网页端控制图形界面通过Websocket发送命令到树莓派时，树莓派会依据命令调用控制函数。
5结语
经过测试机器人能够很快的响应web端的命令，GPS需要三分钟能够正确定位到，机械臂的控制也很准确，视频的帧数由于树莓派的处理速度有限，大概为30帧。设计的预期已经达到，机器人能够灵活移动并能够长时间续航，远程控制能够得到足够的反馈信息，而在快递的出库管理及用户管理也做得同样出，是物联网的具象化，能够充分体现物联网精神。具有可推广性、商业性。
参考文献
1.
姜俊鹏，汪志宏，刘伟忠，等.基于机器视觉的蒸馏用升降平台[J].电子世界，2020(3):114-115.
2.
满红，郑富荣，胡伟华，等.基于STM32单片机的教学用寻迹平衡车的设计与实现[J].机器人技术与应用，2018(4):39-42.
ssm框架实现登录功能3.
单薇薇，宁仕涌，吴侃.移动指挥办公系统设计与实现[J].电脑知识与技术,2016,12(6):58-59.
4.
江永池.基于百度地图API的主动定位研究与实现[J].韩山师范学院学报,2021,42(3):66-72.

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