基于STM32單片機(jī)的智能搬運(yùn)機(jī)器人的設(shè)計

黃鈺深 張曉培 梁金耀 趙明 范碧純

0 引言

智能機(jī)器人帶有多種傳感器，可以將傳感器得到的信息進(jìn)行融合，有效地適應(yīng)變化的環(huán)境[1]。本文設(shè)計的搬運(yùn)機(jī)器人只要在PC端上位機(jī)上設(shè)置搬運(yùn)停放的位置，搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行自主運(yùn)動，根據(jù)指定的路線行進(jìn)到指定位置。

1 智能搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計方案

系統(tǒng)設(shè)計中選用STM32單片機(jī)作為主控制器，負(fù)責(zé)接收指令和邏輯運(yùn)算。WI-FI模塊作為搬運(yùn)機(jī)器人與PC端上位機(jī)之間通訊的橋梁，負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)以及各種指令。使得PC端上位機(jī)可以實(shí)時控制搬運(yùn)機(jī)器人。電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動模塊及電機(jī)是系統(tǒng)的動力部分。超聲波模塊負(fù)責(zé)檢測搬運(yùn)機(jī)器人在前進(jìn)線路上是否有障礙[2]，并作出調(diào)整直到搬運(yùn)機(jī)器人道達(dá)指定位置。系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。

2 智能搬運(yùn)機(jī)器人硬件設(shè)計

2.1 控制模塊的選擇

STM32是一種常用的開發(fā)芯片，其運(yùn)算速度快、精度高、能耗小等，并且易于開發(fā)。本系統(tǒng)采STM32F103RCT6作為控制系統(tǒng)的主控制器，完成超聲波信息收集、避障、行進(jìn)、搬運(yùn)等任務(wù)。

2.2 超聲波傳感器模塊

本設(shè)計的避障采用的是超聲波測距離傳感器。超聲波測距是通過發(fā)射超聲波，在遇到障礙物后超聲波會被反射被接收器接收到[3]。其與單片機(jī)的接線圖如圖2所示。

2.3 電機(jī)驅(qū)動模塊

此系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動模塊采用L298N芯片。在單片機(jī)接上模塊相應(yīng)的控制引腳，通過單片機(jī)即可控制電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)以及速度。四個電機(jī)的不同狀態(tài)的配合完成小車的前進(jìn)、后退、左、右轉(zhuǎn)等功能。其與單片機(jī)的連接如圖3所示。

2.4 WIFI通信模塊

本設(shè)計上位機(jī)和下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸采用的無線傳輸WiFi模塊ESP8266。其電路連接如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計部分

3.1 UCOS操作系統(tǒng)

為了使得系統(tǒng)實(shí)時性良好，本設(shè)計在單片機(jī)上運(yùn)行了UCOS系統(tǒng)。實(shí)時操作系統(tǒng)可以運(yùn)行多任務(wù)，操作系統(tǒng)可以及時對任務(wù)進(jìn)行處理[4]。

3.2 上位機(jī)界面設(shè)計

該設(shè)計可以實(shí)現(xiàn)在上位機(jī)設(shè)置搬運(yùn)機(jī)器人停放的位置。本設(shè)計采用Qt Creator軟件編寫PC端上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面。

3.3 PID算法

為了有效地控制機(jī)器人的行進(jìn)，本設(shè)計采用PID算法控制電機(jī)的運(yùn)行[5]，減少誤差，停車機(jī)器人上裝超聲波測距傳感器，檢測行進(jìn)路線上是否存在障礙物，避免發(fā)生碰撞事故。

本設(shè)計只需要把貨物放到搬運(yùn)機(jī)器人上，機(jī)器人可以根據(jù)上位機(jī)設(shè)定的位置，自動行進(jìn)到指定位置，系統(tǒng)流程如圖5所示。

4 總結(jié)

本文根據(jù)碼頭智能搬運(yùn)機(jī)器人的功能需求，對搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行了硬件和軟件的設(shè)計。通過模擬實(shí)驗(yàn)測試，該機(jī)器人可以根據(jù)PC端上位機(jī)的不同操作指令，完成搬運(yùn)工作。該設(shè)計為碼頭智能搬運(yùn)提供了一個有效的解決方案。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王鐵軍.基于傳感器陣列的嗅覺機(jī)器人及搜尋算法研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2008.

[2]智能車行車線偏離和障礙物報警的實(shí)現(xiàn)[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2011.

[3]麥錦文.超聲波技術(shù)在汽車防撞系統(tǒng)設(shè)計的應(yīng)用[D].裝備制造技術(shù)，2010.

[4]實(shí)時操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度算法的硬件實(shí)現(xiàn)[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2011.

[5]譚加加.劉鴻宇，等.電子世界[J].PID控制算法綜述，2015，12（16）：78-79.

※基金項(xiàng)目：自治區(qū)級大學(xué)生創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項(xiàng)目（201811607074）。

作者簡介：黃鈺深（1997—），男，在讀本科生，北部灣大學(xué)機(jī)械與船舶海洋工程學(xué)院。

*通訊作者：張曉培（1984—），女，講師，北部灣大學(xué)機(jī)械與船舶海洋工程學(xué)院。