光電導(dǎo)引自主式搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)畢業(yè)論文張磊

1、 2015 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目：光電導(dǎo)引自主式搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器班 級： 測控1101姓 名：張磊指導(dǎo)老師：王鑫國起訖日期：年 月摘要機(jī)器人是一種復(fù)雜的智能機(jī)械，包含了電子、機(jī)械、傳感器、計(jì)算機(jī)、仿生學(xué)、控制技術(shù)、人工智能等學(xué)科。目前已成為世界各國的研究熱點(diǎn)之一，是衡量一國工業(yè)化水平的重要標(biāo)志。智能移動(dòng)機(jī)器人是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)規(guī)劃與決策、運(yùn)動(dòng)行為控制與執(zhí)行等多種功能與一體的綜合系統(tǒng)，可以說它是機(jī)器人的一個(gè)重要的分支。本文主要介紹了一種基于光電傳感的移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該機(jī)器人系統(tǒng)選用stm32f103zet6單片機(jī)作為微控制器，采用七路灰度傳感器循跡，三路舵

2、機(jī)控制的機(jī)械爪，一個(gè)紅外光電開關(guān)測距，一個(gè)觸碰開關(guān)，四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人直線行駛，轉(zhuǎn)彎。整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)涉及機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，灰度傳感器信號采集處理，機(jī)械爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，循跡算法和策略優(yōu)化等方面。經(jīng)過多次調(diào)試，比較各種方案的優(yōu)劣，不斷改進(jìn)和升級，確定了現(xiàn)在的方案。現(xiàn)在該機(jī)器人系統(tǒng)能夠完整完成自主導(dǎo)航及搬運(yùn)的任務(wù)，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)預(yù)期目的。關(guān)鍵詞：光電傳感器，搬運(yùn)機(jī)器人，自主導(dǎo)航，循跡ABSTRACTRobotics is a combination of mechanical, electronic, computer, sensors, control technology, artificial int

3、elligence, bionics and other disciplines of complex intelligent machinery, has become one of the hot spots around the world, as a measure of a countrys level of industrialization important symbol.Intelligent mobile robot is an important branch of the robot, is a versatile integrated system human-com

4、puter interaction, situational awareness, planning and decision-making, such as a set of motion control.This paper describes the design and implementation of mobile robot based handling of photoelectric sensors. The robot system selected stm32f103zet6 microcontroller as microcontrollers, sensors tra

5、cking the use of seven road gray, three-way servo-controlled mechanical claw, an infrared photoelectric switches ranging, a touch switch, four motor-driven robot straight, turning . Entire robot system involving body structure design, gray sensor signal acquisition and processing, structural design

6、of mechanical claw, control algorithms and strategies to optimize other aspects. After several rounds of testing, comparing the pros and cons of various options, continuous improvement and upgrading, determine the current program.The robot system can now complete the task of autonomous navigation an

7、d transportation, to achieve the intended purpose of the experiment.Keywords: photoelectric sensors, handling robots, autonomous navigation, tracking摘要IIABSTRACTIII第一章 緒論11.1 自主式搬運(yùn)機(jī)器人概述11.2 發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀11.2.1 國外發(fā)展11.2.2 國內(nèi)發(fā)展21.3 課題研究意義21.4 課題研究內(nèi)容2第二章 機(jī)器人總體設(shè)計(jì)42.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)42.2 導(dǎo)航方式52.3 機(jī)械手62.3.1 機(jī)械手功能62.3.2

8、機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式62.4 小車驅(qū)動(dòng)方式82.5 電源選擇92.6 微控制器選擇102.7 測距抓取102.8 機(jī)器人整體框圖10第三章 硬件電路設(shè)計(jì)123.1 微控制器123.2 程序下載123.3 電源模塊133.3.1 穩(wěn)壓芯片133.3.2 穩(wěn)壓電路133.4 驅(qū)動(dòng)模塊143.4.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選擇143.4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)153.5 灰度檢測模塊173.6 舵機(jī)控制電路183.7 碰撞開關(guān)193.8 紅外光電開關(guān)19第四章 軟件設(shè)計(jì)204.1 小車運(yùn)動(dòng)控制算法204.2 機(jī)械臂控制算法254.3 搬運(yùn)機(jī)器人關(guān)鍵函數(shù)264.4 軟件開發(fā)平臺(tái)27第五章 實(shí)地調(diào)試295.1 基于紅外傳

9、感器的循跡方案試驗(yàn)295.2 基于高亮LED的循跡方案試驗(yàn)295.3 車速及轉(zhuǎn)彎調(diào)試305.3.1 車速調(diào)試305.3.2 轉(zhuǎn)彎調(diào)試31第六章 總結(jié)與展望326.1 創(chuàng)新與可取點(diǎn)326.2 不足和改進(jìn)32參考文獻(xiàn)34致謝36V南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章 緒論1.1 自主式搬運(yùn)機(jī)器人概述移動(dòng)機(jī)器人是能夠感知環(huán)境做出相應(yīng)行為控制并執(zhí)行的系統(tǒng)，是機(jī)器人學(xué)的重要組成部分。由于移動(dòng)機(jī)器人的智能性和對環(huán)境的適應(yīng)性，越來越多的移動(dòng)機(jī)器人被運(yùn)用于醫(yī)療服務(wù)、宇宙探測、軍事及深海偵察等領(lǐng)域。二十世紀(jì)六十年代斯坦福大學(xué)研制的一款自主移動(dòng)機(jī)器人SHAKEY拉開了移動(dòng)機(jī)器人研究序幕。 70年代末，計(jì)算機(jī)和

10、傳感器技術(shù)的發(fā)展將移動(dòng)機(jī)器人的研究帶向新的高度。別是在80年代中期，全世界刮起了一股機(jī)器人的浪潮，許多公司開始研制用于大學(xué)實(shí)驗(yàn)室和研究機(jī)構(gòu)的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，機(jī)器人研究開始向多領(lǐng)域發(fā)展。90年代以來，以研制高水平的環(huán)境信息傳感器和信息處理技術(shù)，高適應(yīng)性的移動(dòng)機(jī)器人控制技術(shù)， 真實(shí)環(huán)境下的規(guī)劃技術(shù)為標(biāo)志，開展了移動(dòng)機(jī)器人更高層次的研究。1.2 發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀1.2.1 國外發(fā)展20世紀(jì)60年代美國斯坦福大學(xué)研制了第一款自主移動(dòng)機(jī)器人Shakey，這款機(jī)器人可以在不同環(huán)境下識別路徑，做出推理并控制移動(dòng)功能。 70年代，傳感器和計(jì)算機(jī)技術(shù)開始運(yùn)用到移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域，帶動(dòng)了移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展。比如前蘇聯(lián)

11、研制的用于月球探測的輪式機(jī)器人Lunokhod；美國斯坦福大學(xué)研制的Stanford Cart移動(dòng)機(jī)器人能通過自身視覺傳感器來識別軌線；法國圖盧茲LAAS實(shí)驗(yàn)室研制了配有激光測距儀、超聲波傳感器等傳感設(shè)備的Hilare輪式移動(dòng)機(jī)器。70年代末80年代中期，許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)從事移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的研究，促進(jìn)了移動(dòng)機(jī)器人的多方向發(fā)展。 進(jìn)入90年代后，隨著科技進(jìn)步，移動(dòng)機(jī)器人開始向智能化發(fā)展。如CMU的Navlab系列移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)；德國Vamors-P和Caravelle系統(tǒng)；由日本本田公司研制的P系列和ASIMO人型機(jī)器人；日本索尼的SDR-3X人型機(jī)器人和AIBO娛樂型機(jī)器人等，展示了移動(dòng)機(jī)器

12、人各方面的先進(jìn)成果10。1.2.2 國內(nèi)發(fā)展我國移動(dòng)機(jī)器人研究開始于八五期間。雖然起步較晚，但是發(fā)展迅速。在863計(jì)劃的支持下，機(jī)器人研究的各領(lǐng)域都取得了顯著成績。比較著名的有清華大學(xué)的移動(dòng)護(hù)理機(jī)器人，它具有七自由度；香港城市大學(xué)研制的自動(dòng)導(dǎo)航車和服務(wù)機(jī)器人；中科院自動(dòng)化所通過研究，開發(fā)了具有全方位視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)器人；上海交通大學(xué)設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人 “小蜘蛛”，它具有輪式結(jié)構(gòu)可以用于登月研究。1.3 課題研究意義本選題主要研究移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。搬運(yùn)機(jī)器人具有智能性，它可以按照人類設(shè)計(jì)好的路線搬運(yùn)貨物。資料顯示：在工廠生產(chǎn)過程中，只有5%的時(shí)間是用來生產(chǎn)產(chǎn)品，產(chǎn)品的裝卸、運(yùn)輸卻要占

13、用95%的時(shí)間。有研究顯示在美國，直接生產(chǎn)成本只占總成本的10%，40%成本要用于產(chǎn)品的存儲(chǔ)、運(yùn)輸。所以現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)該把優(yōu)化物流結(jié)構(gòu)、降低物流費(fèi)用作為企業(yè)的核心競爭力之一。移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)用于企業(yè)生產(chǎn)，不僅能提高效率，實(shí)現(xiàn)物流的集成化和自動(dòng)化，而且把人從危險(xiǎn)、惡劣、繁重的工作環(huán)境下解放出來，顯示出極大的優(yōu)越性。因此對自主搬運(yùn)機(jī)器人的研究對現(xiàn)代工業(yè)的產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，具有實(shí)用價(jià)值。同時(shí)本課題開發(fā)的機(jī)器人系統(tǒng)適應(yīng)于一般競賽機(jī)器人要求，在其基礎(chǔ)上可以擴(kuò)展更多功能，滿足更多需求。1.4 課題研究內(nèi)容本文在全國大學(xué)生機(jī)器人大賽的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一款以光電導(dǎo)引方式循跡的搬運(yùn)機(jī)器人。具體研究內(nèi)容如下： 機(jī)器人整體

14、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括小車的大小，機(jī)械爪的結(jié)構(gòu)，電池的安裝等。 機(jī)器人硬件電路設(shè)計(jì)。包括單片機(jī)的選取，電源模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、灰度檢測模塊等模塊的設(shè)計(jì)。 機(jī)器人軟件設(shè)計(jì)。包括整個(gè)系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺(tái)，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)械爪舵機(jī)控制算法的設(shè)計(jì)，信號數(shù)據(jù)的采集與處理等。 機(jī)器人調(diào)試。包括場地的鋪設(shè)，不斷讓機(jī)器人在現(xiàn)場調(diào)試，觀察數(shù)據(jù)，修改參數(shù)最終獲得最佳狀態(tài)。35第二章 機(jī)器人總體設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)本課題旨在完成一個(gè)小型的光電導(dǎo)引式自主搬運(yùn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)，并能夠自主完整的完成以下規(guī)定動(dòng)作：（1）機(jī)器人查病房；（2）機(jī)器人為病人端茶水。（1）機(jī)器人查病房。從起點(diǎn)出發(fā)，機(jī)器人沿著白線循跡，到達(dá)指定甲、乙兩處，并且

15、機(jī)器人輕觸甲、乙兩處的擋板即可。（2）機(jī)器人為病人端茶水。機(jī)器人模擬人手抓住杯子，將S1處的杯子放到指定地點(diǎn)1，將S2處的杯子放到指定地點(diǎn)2，然后回到起點(diǎn)。場景示意圖如下：圖2.1場地示意圖2.2 導(dǎo)航方式移動(dòng)機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自主行駛，最重要的技術(shù)就是導(dǎo)航和導(dǎo)引，沒有可靠的導(dǎo)航系統(tǒng)就無法實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的最初目的，所以對移動(dòng)機(jī)器人的研究很大程度上是對導(dǎo)航技術(shù)的研究。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，為了讓移動(dòng)機(jī)器人適應(yīng)不同工作環(huán)境開發(fā)了各種導(dǎo)航技術(shù)，目前的導(dǎo)航/導(dǎo)引技術(shù)主要有以下幾種：慣性導(dǎo)航慣性導(dǎo)航是利用慣性元件來測量運(yùn)載體的加速度進(jìn)而計(jì)算出位置和速度，達(dá)到機(jī)器人導(dǎo)航目的。這種方法運(yùn)用到了牛頓慣性運(yùn)動(dòng)定律。慣性

16、導(dǎo)航系統(tǒng)的缺點(diǎn)是誤差會(huì)隨著時(shí)間漂移而增長，因此不適合于長時(shí)間準(zhǔn)確定位。（18）電磁導(dǎo)航電磁導(dǎo)航是讓一定頻率電流流過電纜，產(chǎn)生磁場信號，機(jī)器人上安裝的傳感器檢測磁場信號，并判斷路徑。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是原理簡單，聲光對其無干擾，缺點(diǎn)路徑改變麻煩，鋪設(shè)電纜工作量大，維護(hù)困難。激光導(dǎo)航 該方法需要在移動(dòng)機(jī)器人身上安裝激光發(fā)射器，激光發(fā)射器發(fā)射激光，激光反射并被接收，通過計(jì)算發(fā)射光束與反射光束之間的信息可以對移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行位置導(dǎo)引。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是定位精確，缺點(diǎn)是算法復(fù)雜。光學(xué)反射導(dǎo)引在深色地面鋪設(shè)淺色條帶或者在淺色地面鋪設(shè)深色條帶，移動(dòng)機(jī)器人攜帶的光學(xué)發(fā)射元件對路面進(jìn)行照射，光學(xué)信號被反射或吸收以此來判

17、斷機(jī)器人和條帶的相對位置。這種方法操作簡單，但是容易受外界光線影響。（29）視覺導(dǎo)航 通常采用CCD敏感元件拍攝路面信息，運(yùn)用相關(guān)視覺技術(shù)識別路徑。移動(dòng)機(jī)器人利用視覺技術(shù)導(dǎo)航具有很大的發(fā)展前景，是未來移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的發(fā)展趨勢。超聲波導(dǎo)航 超聲波導(dǎo)航是利用超聲波傳感器發(fā)射超聲波遇到物體反射進(jìn)行定位。這種方法原理簡單，硬件陳本低，缺點(diǎn)是當(dāng)超聲波束與檢測物體表面不垂直或者物體距離太遠(yuǎn)時(shí)檢測結(jié)果不夠準(zhǔn)確。通過對以上導(dǎo)航方式的優(yōu)劣進(jìn)行對比，并考慮到實(shí)際操作需要，我選擇了光學(xué)反射導(dǎo)引的方式循跡。2.3 機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)器人已經(jīng)逐漸被運(yùn)用各個(gè)領(lǐng)域成為重要的生產(chǎn)力。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人都需要有自己的機(jī)械手作

18、為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)合理的機(jī)械手可以大大提高機(jī)器人的工作效率，所以對機(jī)械手功能和結(jié)夠的研究就很有現(xiàn)實(shí)意義。2.3.1 機(jī)械手功能機(jī)器人手爪功能是當(dāng)機(jī)器人收到抓取物件信號，按指定路徑抓放物件的能力。為了完成這一系列動(dòng)作，機(jī)械手應(yīng)具備一定運(yùn)動(dòng)范圍、物件定位、適當(dāng)夾緊力等功能。2.3.2 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式機(jī)器人手爪按照驅(qū)動(dòng)源的方式可以分為電機(jī)、液壓、氣動(dòng)、形狀記憶記憶合金等，機(jī)器人靈巧手傳動(dòng)系統(tǒng)把驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)和力以一定的方式傳遞到手指關(guān)節(jié)，從而使關(guān)節(jié)做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)方式可以分為以下幾種類型：腱傳動(dòng)方式第一類是由腱，一般是繩索、鋼絲繩之類配上滑輪。其特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)多自由度遠(yuǎn)距離傳輸，但是由

19、于摩擦和腱的布局產(chǎn)生的力矩耦合等，手爪的抓取控制變得復(fù)雜。連桿傳動(dòng)方式利用各種連桿結(jié)構(gòu)傳動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力大，結(jié)構(gòu)牢固，能抓取很重的物體，但是需要用到動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)復(fù)雜。人工肌肉驅(qū)動(dòng)方式近年來產(chǎn)生一種驅(qū)動(dòng)方式是模擬人肌肉工作方式，比較典型的是氣動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式和液壓驅(qū)動(dòng)，但是這種技術(shù)還不夠成熟，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到和人類肌肉一樣工作的高度。形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)方式還有一種方式是利用某些合金的記憶效應(yīng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)方式負(fù)載能力強(qiáng)，但是不夠靈活，容易產(chǎn)生衰耗。欠驅(qū)動(dòng)方式空間機(jī)器人研究的一個(gè)課題是欠驅(qū)動(dòng)手爪。通過欠驅(qū)動(dòng)手指機(jī)構(gòu)、 機(jī)械限位和彈簧實(shí)現(xiàn)無動(dòng)力關(guān)節(jié)對被抓取形狀的被動(dòng)自適應(yīng)，具有驅(qū)動(dòng)元件少，抓取范圍廣泛、控

20、制簡單、出力大、負(fù)載能力好等特點(diǎn)。由于其他幾種方式機(jī)械手結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且價(jià)格較高，本設(shè)計(jì)采用舵機(jī)配合機(jī)械手臂實(shí)現(xiàn)抓取物體。一個(gè)舵機(jī)一般包括控制電路、傳感器、直流電機(jī)和減速齒輪組四部分，輸出不同信號則舵機(jī)旋轉(zhuǎn)不同角度。本設(shè)計(jì)選用舵機(jī)如下圖：圖2.2 MG996R舵機(jī) 舵機(jī)參數(shù)如下：工作電壓4.8-7.2V產(chǎn)品拉力12kg/cm(6V)反應(yīng)速度0.17sec/60度(4.8V無負(fù)載)0.14sec/60度（6V無負(fù)載）工作溫度0-55齒輪形式金屬齒輪接線定義黃信號 紅正極 褐負(fù)極本設(shè)計(jì)采用的是金屬對稱抓取機(jī)械手，實(shí)物圖如圖2.3所示。機(jī)械手長161.8mm，寬72mm，由一只舵機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)

21、可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的張開與閉合，能穩(wěn)定的抓取大型圓球，圓柱體。圖2.3 機(jī)械手2.4 小車驅(qū)動(dòng)方式移動(dòng)機(jī)器人要想完成移動(dòng)、搬運(yùn)的功能必須要有運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，一個(gè)完善、高效的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能夠讓機(jī)器人完整、穩(wěn)定的行駛。本文研究的機(jī)器人主體類似于小型智能車，小車按照驅(qū)動(dòng)方式可以分為單輪驅(qū)動(dòng)、差速驅(qū)動(dòng)和全方位驅(qū)動(dòng)。三輪式小車是單輪驅(qū)動(dòng)小車最常見的形式，小車的驅(qū)動(dòng)輪和轉(zhuǎn)向輪都是前輪，兩個(gè)后輪起從動(dòng)作用。差速驅(qū)動(dòng)小車,采用兩個(gè)或四個(gè)航輪,分置在車體四周增加小車的穩(wěn)定性,當(dāng)每組航輪轉(zhuǎn)速不同時(shí)執(zhí)行車體轉(zhuǎn)向動(dòng)作,當(dāng)速度相同時(shí),車體執(zhí)行直線行動(dòng)或原地旋轉(zhuǎn)。全方位小車安裝有三個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向組合輪,能夠朝任意方向行駛而不

22、改變車體姿態(tài)?？紤]到小車必須要能支撐起機(jī)械臂和整個(gè)硬件系統(tǒng)，所以小車應(yīng)該是三輪或者四輪形式，由于三輪小車只有后面兩輪是驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力不足，所以最終采用四輪的結(jié)構(gòu)，并且是四輪差速驅(qū)動(dòng)方式，通過調(diào)節(jié)左右兩組航輪的速度可以做到直線行動(dòng)和轉(zhuǎn)彎。這種結(jié)構(gòu)承載能力強(qiáng)，易于控制，調(diào)速能力優(yōu)良。四輪構(gòu)型如下圖：圖2.4 四輪構(gòu)型2.5 電源選擇機(jī)器人驅(qū)動(dòng)需要有電池供電。普通干電池價(jià)格便宜，但是放電快，只能使用一次不符合循環(huán)使用的要求，因此決定采用充電電池，充電電池分為鋰電池和鎳氫電池，鎳氫電池高容量，大電流，可循環(huán)使用，且價(jià)格更便宜，所以使用鎳氫充電電池。我使用的是VB品牌的鎳氫電池，電壓7.2V，容量3600毫

23、安，電池規(guī)格134.5x46.5x23mm，電池實(shí)物圖如圖2.5：圖2.5 鎳氫電池實(shí)物圖2.6 微控制器選擇目前我們的課程學(xué)習(xí)了51系列單片機(jī)和stm32系列單片機(jī)，51單片機(jī)較簡單，控制方便但是速度、功能沒有stm32強(qiáng)大，搬運(yùn)機(jī)器人涉及大量數(shù)據(jù)處理，所以單片機(jī)速度越快越好，而且stm32外圍接口豐富能滿足機(jī)器人的各種設(shè)計(jì)要求，為了將課堂學(xué)習(xí)的知識運(yùn)用到實(shí)際，本設(shè)計(jì)選擇了增強(qiáng)型stm32單片機(jī)stm32f103zet6作為機(jī)器人的微控制器。2.7 測距抓取機(jī)器人搬運(yùn)物體需要知道在什么地方停下抓取物體，所以機(jī)器人和物體之間的測距是必要的。本設(shè)計(jì)剛開始使用的方案是超聲波測距，圖2.6為超聲波傳

24、感器。但是實(shí)際測試過程中發(fā)現(xiàn)超聲波測距精度不高，機(jī)器人不能到達(dá)正確位置抓取物體，所以拋棄此方案。我轉(zhuǎn)而采用紅外測距，圖2.7為紅外光電開關(guān)，事實(shí)證明紅外測距具有探測距離遠(yuǎn)，精度高的優(yōu)點(diǎn)，滿足設(shè)計(jì)要求。 圖2.6 超聲波傳感器 圖2.7 紅外光電開關(guān)2.8 機(jī)器人整體框圖搬運(yùn)機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)如圖2.8所示：圖2.8 機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)組建好的搬運(yùn)機(jī)器人硬件平臺(tái)如圖2.9所示：圖2.9 搬運(yùn)機(jī)器人第三章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 微控制器MCU主控制器選用的是意法半導(dǎo)體公司出品的stm32f103zet6芯片，其內(nèi)核是Cortex-M3。該芯片是增強(qiáng)型的32位單片機(jī)，具有64KB SRAM、512KB FLA

25、SH、基本定時(shí)器和高級定時(shí)器各2個(gè)、通用定時(shí)器4個(gè)、3個(gè)SPI、2個(gè)IIC、5個(gè)串口、1個(gè)USB、1個(gè)CAN、3個(gè)12位ADC、1個(gè)12位DAC、1個(gè)SDIO接口、1個(gè)FSMC接口以及112個(gè)通用IO口。其主要特點(diǎn)如下：a) 超低的價(jià)格。雖然是32位機(jī)卻只有8位機(jī)的價(jià)格。b) 72MHz的工作頻率，具有快捷強(qiáng)力的的數(shù)值運(yùn)算和邏輯運(yùn)算能力。c) 超多的外設(shè)。擁有包括FSMC、TIMER、SPI、USB、CAN、IIC、IIS、SDIO、ADC、DAC、RTC、DMA等眾多外設(shè)及功能，具有極高的集成度。d) 優(yōu)異的實(shí)時(shí)性能。84個(gè)中斷，16級可編程優(yōu)先級，并且所有的引腳都可以作為中斷輸入。e) 杰

26、出的功耗控制。STM32擁有獨(dú)立時(shí)鐘開關(guān)控制各個(gè)外設(shè)，不需要的外設(shè)可以關(guān)閉相應(yīng)時(shí)鐘來降低功耗。f) 極低的開發(fā)成本。STM32的開發(fā)不需要昂貴的仿真器，只需要一個(gè)串口即可下載代碼，并且支持SWD和JTAG兩種調(diào)試口。在本設(shè)計(jì)中采用stm32f103zet6正是利用了它的快速運(yùn)算處理能力以及豐富的片上資源，從而有效、快速、準(zhǔn)確地控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。3.2 程序下載本設(shè)計(jì)下載程序使用德國SEGGER公司推出的Jlink仿真器，該仿真器配合IAR EWAR，ADS，KEIL，WINARM，RealView等集成開發(fā)環(huán)境支持所有ARM7/ARM9/ARM11,Cortex M0/M1/M3/M4,Cort

27、ex A4/A8/A9等內(nèi)核芯片的仿真適用于Keil、IAR等編譯環(huán)境，操作起來非常方便，學(xué)習(xí)也很簡單，是很好的學(xué)習(xí)開發(fā)ARM的開發(fā)工具。3.3 電源模塊本設(shè)計(jì)采用兩塊7.2V、3600mah的鎳氫電池供電，由于系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，各模塊供電要求不同，所以將電壓分為3.3V，5V，7.2V三個(gè)檔位。3.3.1 穩(wěn)壓芯片由于STM系列芯片需要3.3V供電，供電電壓任何時(shí)刻都不能超過3.6V，否則會(huì)導(dǎo)致主芯片燒毀，采用低壓線差線性穩(wěn)壓器AMS1117-3.3提供3.3V電壓?；叶葌鞲衅?、紅外光電開關(guān)、觸碰開關(guān)、舵機(jī)都需要5V供電，如果還采用單片的線性穩(wěn)壓器件，當(dāng)輸入輸出壓差較大時(shí)器件就會(huì)因電流過大而被擊

28、穿，所以最后決定采用開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片LM2596，該器件功耗很低，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)75%88%。3.3.2 穩(wěn)壓電路輸入5V電壓，通過AMS1117-3.3穩(wěn)壓芯片轉(zhuǎn)換輸出3.3V電壓給單片機(jī)供電，其電路圖如圖3.0所示。圖3.0 3.3V穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓芯片LM2596輸出5V電壓供給各個(gè)模塊使用，其電路圖如圖3.1所示。圖3.1 LM2596穩(wěn)壓電路3.4 驅(qū)動(dòng)模塊本設(shè)計(jì)采用直流減速電機(jī)為系統(tǒng)提供必須的的驅(qū)動(dòng)力。單片機(jī)的I/O口能輸出的電流很小無法驅(qū)動(dòng)電機(jī)這種大功率器件，通過添加驅(qū)動(dòng)電路可以解決這一問題。3.4.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選擇有兩種方案可供考慮：方案1：設(shè)計(jì)由分離元件組成的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)，但

29、是設(shè)計(jì)反鎖，使用不便。方案2：采用專用的驅(qū)動(dòng)芯片加以實(shí)現(xiàn)。由于專用的驅(qū)動(dòng)芯片結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、價(jià)格便宜，所以決定采用方案2。設(shè)計(jì)選擇L298N專用芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該芯片是ST公司生產(chǎn)的一種工作電壓高，輸出電流大的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。其主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V，輸出電流大，最大電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A，內(nèi)部集成了兩個(gè)H橋，能同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)。圖3.2為L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。圖3.2 L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)3.4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)圖3.3為典型的H橋電路，H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路由四個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)組成。當(dāng)對角線上的一對三極管導(dǎo)通時(shí)電機(jī)工作。電流流向隨不同三極管對導(dǎo)通而改變，

30、以此來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。圖3.3 H橋電路例如，如圖3.4所示，當(dāng)三極管對Q1、Q4導(dǎo)通時(shí)，電流從電源正極經(jīng)過Q1，流過電機(jī)，最后經(jīng)過Q4流向負(fù)極，電流流向是從左至右，驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；當(dāng)三極管對Q2、Q3導(dǎo)通時(shí)，電流從電源正極經(jīng)過Q3，流過電機(jī)，最后經(jīng)過Q2流向負(fù)極，電流流向是從右至左，驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 圖3.4 電機(jī)正轉(zhuǎn) 圖3.5 電機(jī)反轉(zhuǎn)可以直接用單片機(jī)的I/O口給L298N提供控制信號。IN1、IN2和IN3、IN4分別接在兩組單片機(jī)引腳上控制邏輯信號，然后單片機(jī)輸出PWM來控制使能端ENA和ENB的占空比從而調(diào)整轉(zhuǎn)速，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4分別接兩個(gè)電機(jī)輸出。

31、L298N電機(jī)控制引腳功能表如圖3.6所示。直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)方式IN1IN2IN3IN4調(diào)速PWM信號調(diào)速端A調(diào)速端BM1正轉(zhuǎn)高低/高/反轉(zhuǎn)低高/高/停止低低/高/M2正轉(zhuǎn)/高低/高反轉(zhuǎn)/低高/高停止/低低/高圖3.6 L298N邏輯功能圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電路圖如圖3.7所示，IN1、IN2、IN3、IN4直接接單片機(jī)引腳，單片機(jī)輸出兩路PWM給ENA和ENB端，VS引腳接電源電壓，電壓范圍為+2.546V，VSS引腳接5V電壓，引腳1和15接地。圖3.7 L298N電路圖3.5 灰度檢測模塊灰度傳感器包含高亮LED和光敏電阻兩部分。其基本電路是讓LED串聯(lián)一個(gè)限流電阻接在電源兩端，在電路中并聯(lián)的電

32、阻起到分壓作用，LED是光源，光敏電阻阻值隨光照強(qiáng)度變化而變化。電路圖如圖3.8所示。地面顏色越深，吸收光線的能力越強(qiáng)，則光敏電阻接受到的反射光越弱，光敏電阻值越大，灰度傳感器的輸出電壓也越大；反之，地面灰度淺，輸出電壓小。圖3.8 灰度檢測電路本設(shè)計(jì)選用的灰度傳感器實(shí)物圖如圖4.1所示，該模塊內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換模塊，輸出方式為數(shù)字輸出，即1或0輸出，可以直接接單片機(jī)引腳根據(jù)電平高低判斷線路。3.6 舵機(jī)控制電路舵機(jī)連接到單片機(jī)的電路如圖3.9所示：圖3.9 舵機(jī)和單片機(jī)連接電路舵機(jī)有三條線，一條電源線，一條底線，一條信號線，由單片機(jī)產(chǎn)生周期為20ms，脈寬12ms的信號，通過PWM設(shè)置占空比改變脈

33、寬從而改變舵機(jī)旋轉(zhuǎn)角度。舵機(jī)角度和脈寬的要求如圖4.0所示。圖4.0 舵機(jī)控制要求3.7 碰撞開關(guān)碰撞開關(guān)即微動(dòng)開關(guān)，它具有很小間隔的接點(diǎn)機(jī)構(gòu)，用一定的力可以連接接點(diǎn)完成開關(guān)動(dòng)作。本設(shè)計(jì)利用車體前安裝的微動(dòng)開關(guān)檢測觸碰病床并返回。下圖是碰撞開關(guān)原理結(jié)構(gòu)圖：圖4.1 碰撞開關(guān)原理結(jié)構(gòu)3.8 紅外光電開關(guān)紅外光電開關(guān)是一種光電傳感器，可以發(fā)射和接受光信號。檢測距離可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，本設(shè)計(jì)選用的傳感器工作電壓5V，長5cm，直徑17mm，有效距離3-80cm可調(diào)。具有探測距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，由于是數(shù)字輸出可以直接接單片機(jī)引腳，前方無障礙輸出高電平，有障礙輸

34、出低電平。紅外光電開關(guān)與單片機(jī)連接圖如下：圖4.2 光電開關(guān)和單片機(jī)連接電路第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1 小車運(yùn)動(dòng)控制算法搬運(yùn)機(jī)器人是由車體和機(jī)械臂兩部分組成。小車要循跡完整跑完賽道就需要有算法，依靠車體前方安裝的七路循跡傳感器和車體中間安裝的兩路循跡傳感器可以檢測道路信息并反饋給單片機(jī)，單片機(jī)對數(shù)據(jù)做出處理并控制小車行駛。(1)直線行駛只有傳感器3在白線上放,傳感器1、2、4、5都不在白線上當(dāng)只有傳感器3引腳輸出低電平時(shí)，則傳感器3檢測到白線，此時(shí)傳感器分布如圖4.3所示，小車保持直線行駛。圖4.3 傳感器3在白線上只有傳感器2或1在白線上方當(dāng)只有傳感器2或1引腳輸出低電平時(shí)，則傳感器2或1檢測到

35、白線，此時(shí)傳感器分布如圖4.4、4.5所示，小車右偏，單片機(jī)控制左輪電機(jī)減速同時(shí)右輪電機(jī)加速，小車向左修正。 圖4.4 傳感器2在白線上 圖4.5 傳感器1在白線上只有傳感器4或5在白線上方當(dāng)只有傳感器4或5引腳輸出低電平時(shí)，則傳感器4或5檢測到白線，此時(shí)傳感器分布如圖4.6、4.7所示，小車左偏，單片機(jī)控制左輪電機(jī)加速右輪電機(jī)減速，小車向右修正。 圖4.6 傳感器4在白線上 圖4.7 傳感器5在白線上走直線的算法流程圖如圖4.8所示：圖4.8 走直線算法流程圖（2）十字路口和T型路口辨別當(dāng)小車沿白線循跡時(shí)只有辨別出十字路口和T型路口才能做出正確判斷。十字路口傳感器1、2、4、5都輸出低電平，

36、并且隔一段時(shí)間傳感器3也輸出低電平。如圖所示： 圖4.9 傳感器1、2、4、5在白線上 圖5.0 傳感器3在白線上T型路口傳感器1、2、4、5都輸出低電平，但是隔一段時(shí)間傳感器3輸出高電平。如圖所示： 圖5.1 傳感器1、2、4、5都在白線上 圖5.2 傳感器3不在白線上（3）左轉(zhuǎn)路口和分叉路口分辨在小車實(shí)際行駛中會(huì)遇到兩條相似的道路如圖所示。所以要有算法分辨這兩種道路。 圖5.3 左轉(zhuǎn)路口 圖5.4 分叉路口左轉(zhuǎn)路口傳感器9和1輸出低電平，但是隔一段時(shí)間后傳感器3輸出高電平。如圖所示： 圖5.5 傳感器9和1在白線上 圖5.6 傳感器3不在白線上分叉路口傳感器9和1輸出低電平，過一段時(shí)間后傳

37、感器3也輸出低電平。如圖所示： 圖5.7 傳感器9和1在白線上 圖5.8 傳感器3在白線上（4）右轉(zhuǎn)路口和分叉路口分辨在小車實(shí)際行駛中會(huì)遇到兩條相似的道路如圖所示。所以要有算法分辨這兩種道路。 圖5.9 左轉(zhuǎn)路口 圖6.0 分叉路口右轉(zhuǎn)路口傳感器10和5輸出低電平，但是隔一段時(shí)間后傳感器3輸出高電平。如圖所示： 圖6.1 傳感器10和5在白線上 圖6.2 傳感器3不在白線上分叉路口傳感器10和5輸出低電平，并且隔一段時(shí)間后傳感器3也輸出低電平。如圖所示： 圖6.3 傳感器10和5在白線上 圖6.4 傳感器3在白線上4.2 機(jī)械臂控制算法搬運(yùn)機(jī)器人的機(jī)械臂整體是由三個(gè)舵機(jī)和鋁質(zhì)支架組裝成的，具有

38、三個(gè)自由度。通過單片機(jī)的定時(shí)器2的三個(gè)通道輸出三路PWM控制舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，車前的紅外光電開關(guān)用來檢測物體距離，相互配合從而完成抓住物體，搬運(yùn)物體，放下物體的整個(gè)過程。具體做法如下：首先對三個(gè)舵機(jī)初始化：TIM2_PWM_Init(199,7199); /定時(shí)器2產(chǎn)生20ms的周期信號TIM_SetCompare2(TIM2,8); /設(shè)置通道2占空比TIM_SetCompare3(TIM2,7); /設(shè)置通道3占空比TIM_SetCompare4(TIM2,10); / 設(shè)置通道4占空比 當(dāng)光電開關(guān)第一次檢測到物體時(shí)輸出口電平會(huì)從高電平變成低電平，單片機(jī)接受到信號設(shè)置三個(gè)舵機(jī)的占空比完成抓住

39、物體的過程：if(LED11=0) /紅外光電開關(guān)輸出低電平 num+; /計(jì)數(shù)num加一次 if(num=1) /第一次檢測到物體 TIM_SetCompare2(TIM2,8); /設(shè)置通道2占空比 TIM_SetCompare3(TIM2,7); /設(shè)置通道3占空比 TIM_SetCompare4(TIM2,19); /設(shè)置通道4占空比 當(dāng)光電開關(guān)第二次檢測到物體時(shí)輸出口電平會(huì)從高電平變成低電平，單片機(jī)接受到信號設(shè)置三個(gè)舵機(jī)的占空比完成放下物體的過程：if(LED11=0) /紅外光電開關(guān)輸出低電平 num+; /計(jì)數(shù)num加一次 if(num=2) /第二次檢測到物體 TIM_SetC

40、ompare4(TIM2,10); /設(shè)置通道4占空比 TIM_SetCompare3(TIM2,7); /設(shè)置通道3占空比 TIM_SetCompare2(TIM2,8); /設(shè)置通道2占空比 搬運(yùn)機(jī)器人要重復(fù)完成兩套這樣的抓物，放物過程，其算法同理。4.3 搬運(yùn)機(jī)器人關(guān)鍵函數(shù)為方便軟件程序的編寫和可讀性，本設(shè)計(jì)所包含主要關(guān)鍵函數(shù)如下：void delay_init();函數(shù)說明：延時(shí)函數(shù)初始化。void LED_Init();函數(shù)說明：stm32f103zet6需要用到的引腳的配置void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc) 函數(shù)說明：TIME3 PWM部分初始化

41、，arr：自動(dòng)重裝值；psc：時(shí)鐘預(yù)分頻數(shù)。該函數(shù)用來生成PWM控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。void TIM2_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)函數(shù)說明：TIME2 PWM部分初始化，arr：自動(dòng)重裝值；psc：時(shí)鐘預(yù)分頻數(shù)。該函數(shù)用來生成PWM控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。void zheng(void)；函數(shù)說明：配置電機(jī)驅(qū)動(dòng)的邏輯信號，使四個(gè)電機(jī)正轉(zhuǎn)。void left_f(void)；函數(shù)說明：配置電機(jī)驅(qū)動(dòng)的邏輯信號，使左邊兩個(gè)電機(jī)反轉(zhuǎn)，右邊兩個(gè)電機(jī)正轉(zhuǎn)。void right_f(void)；函數(shù)說明：配置電機(jī)驅(qū)動(dòng)的邏輯信號，使左邊兩個(gè)電機(jī)正轉(zhuǎn)，右邊兩個(gè)電機(jī)反轉(zhuǎn)。void fan(void)；函數(shù)

42、說明：配置電機(jī)驅(qū)動(dòng)的邏輯信號，使四個(gè)電機(jī)反轉(zhuǎn)。4.4 軟件開發(fā)平臺(tái)軟件開發(fā)平臺(tái)多種多樣，各有各的優(yōu)勢和特色，常見的如IAR，Keil，因?yàn)镮AR平臺(tái)沒有涉及過而學(xué)起來比較困難，Keil正是單片機(jī)教學(xué)使用的開發(fā)平臺(tái)，所以本設(shè)計(jì)采用Keil uVision5作為搬運(yùn)機(jī)器人的軟件開發(fā)平臺(tái)。Keil uVision5是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，這款軟件的開發(fā)方案非常完整，包含了宏匯編、庫管理、C編譯器、連接器、仿真調(diào)試器等功能，這些功能被集成在一個(gè)開發(fā)環(huán)境中。開發(fā)界面如圖6.5所示：圖6.5 Keil操作界面第五章 實(shí)地調(diào)試5.1 基于紅外傳感器的循

43、跡方案試驗(yàn)設(shè)計(jì)剛開始采用紅外探測法，其原理是紅外光在不同顏色地面反射情況不同，當(dāng)紅外光照射到淺色地面時(shí)，紅外光大部分被反射回來，接收管接收到紅外光；當(dāng)紅外光照射到深色地面時(shí)，紅外光大部分被吸收，接收管收不到紅外光。不斷向地面發(fā)射紅外光通過反射回來的紅外光接收情況可以判斷小車和軌跡的相對位置。使用的紅外傳感器如圖6.6所示：圖6.6 紅外傳感器模塊實(shí)際測試過程中發(fā)現(xiàn)這種紅外傳感器檢測距離短，道路參數(shù)檢測精度低，雖然能夠識別黑白線，但是對綠底白線的賽道識別度不高，特別容易受外界光線干擾，經(jīng)常判斷出錯(cuò)跑出賽道。5.2 基于高亮LED的循跡方案試驗(yàn)還有一種光電循跡方案是發(fā)光源采用高亮白色聚光LED，如

44、圖6.7所示，接收管對不同反射光的強(qiáng)弱對比處理，只要對白光反射強(qiáng)弱不同即可，差值越大，分辨越好。實(shí)際測試發(fā)現(xiàn)該方案靈敏度高，能精確分辨綠白色，而且抗干擾能力強(qiáng)，普通照明燈基本對其無影響。所以最后采用該方案循跡。圖6.7 高亮LED循跡模塊5.3 車速及轉(zhuǎn)彎調(diào)試5.3.1 車速調(diào)試小車的車速是通過控制輸出給電機(jī)的PWM波形的占空比調(diào)節(jié)的。調(diào)試過種中發(fā)現(xiàn)由于小車整體結(jié)構(gòu)重心的問題小車車速過快容易偏離白線，為了減少偏差，經(jīng)過反復(fù)測試得到小車在不同路況下理想的占空比如表6.8所示。表6.8 不同路況占空比路況左輪占空比右輪占空比直線55%63%左轉(zhuǎn)81%78%右轉(zhuǎn)78%84%T型路口左轉(zhuǎn)81%78%T

45、型路口右轉(zhuǎn)78%87%十字路口左轉(zhuǎn)82%78%十字路口右轉(zhuǎn)78%87%5.3.2 轉(zhuǎn)彎調(diào)試四輪小車轉(zhuǎn)彎相比較兩輪車更加復(fù)雜，因?yàn)樵谒妮嗆囋谵D(zhuǎn)彎過程中要考慮到車子重心、四個(gè)輪子的不同阻力等問題。現(xiàn)有兩種方案：一是左轉(zhuǎn)彎時(shí)左邊車輪不轉(zhuǎn)，右邊車輪正轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)彎時(shí)右邊車輪不轉(zhuǎn)，左邊車輪正轉(zhuǎn)；第二種方案是左轉(zhuǎn)彎時(shí)左邊車輪反轉(zhuǎn)，右邊車輪正轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)彎時(shí)右邊車輪反轉(zhuǎn)，左邊車輪正轉(zhuǎn)。實(shí)際測試發(fā)現(xiàn)，第一種方案由于有半邊車輪不轉(zhuǎn)，電機(jī)動(dòng)力不夠，經(jīng)常會(huì)發(fā)生車子轉(zhuǎn)不過彎甚至原地打滑的情況，相比較而言第二種方案能使小車轉(zhuǎn)彎時(shí)有足夠動(dòng)力，而且減少與地面摩擦更好完成轉(zhuǎn)彎。所以最終采用方案二。機(jī)器人在賽道正常循跡如下圖：圖6.9

46、 機(jī)器人循跡第六章 總結(jié)與展望6.1 創(chuàng)新與可取點(diǎn)本課題以第五屆江蘇省大學(xué)生機(jī)器人大賽為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一款光電導(dǎo)引自主式搬運(yùn)機(jī)器人，前期閱讀大量機(jī)器人相關(guān)資料文獻(xiàn)，了解了機(jī)器人發(fā)展的相關(guān)技術(shù)。后期進(jìn)行了搬運(yùn)機(jī)器人的硬件和軟件設(shè)計(jì)并最終實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)。在具體實(shí)施過程中主要完成了以下工作：我根據(jù)比賽要求對機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)做出規(guī)劃設(shè)計(jì)，包括導(dǎo)航方式，小車驅(qū)動(dòng)方式，電源，微控制器，機(jī)械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，最終確定小車搭載機(jī)械臂的整體方案，設(shè)計(jì)制作賽道，基于賽道完成測試。在硬件設(shè)計(jì)方面學(xué)習(xí)并靈活運(yùn)用stm32單片機(jī)，研究了包括電源，電機(jī)驅(qū)動(dòng)等模塊的電路和使用方法，并且將各個(gè)模塊搭建融合在一起組成了一個(gè)完整的系統(tǒng)，使之

47、能相互配合工作。深入查閱學(xué)習(xí)機(jī)器人循跡各種方式和算法，在比較和總結(jié)后，拋棄了傳統(tǒng)的四路、五路循跡，而是采取了一種創(chuàng)新的方式即七路循跡，相比傳統(tǒng)循跡，這種循跡方式更加精確穩(wěn)定。基于所設(shè)計(jì)的賽道不斷試跑測試，觀察機(jī)器人各種運(yùn)動(dòng)態(tài)勢并收集數(shù)據(jù)，修改參數(shù)最終達(dá)到最穩(wěn)定的狀態(tài)。6.2 不足和改進(jìn)機(jī)器人是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)，由于第一次接觸這類搬運(yùn)機(jī)器人，所以在硬件電路設(shè)計(jì)不盡合理，軟件方面也需優(yōu)化。主要的不足與日后改進(jìn)如下：車體面積不大導(dǎo)致各個(gè)模塊安裝擁擠雜亂，不僅影響美觀而且重心不穩(wěn)定影響行駛。若要改進(jìn)可以選用更大的車體；在測試過程中發(fā)現(xiàn)雖然是同型號的電機(jī)，但是在性能上還是有微小差異，這就需要不斷調(diào)速，但是本設(shè)計(jì)沒有速度檢測裝置，只能通過差速彌補(bǔ)的方式。若要改進(jìn)可以安裝測速碼盤或編碼器檢測車速做到閉環(huán)控制，使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定快速。軟件編寫沒有統(tǒng)一的規(guī)劃，看上去比較雜亂，缺乏邏輯性，以后編寫程序可以先設(shè)計(jì)好思路，按模塊分部編寫再整合。參考文獻(xiàn)1 張明路,丁承君,段萍.移動(dòng)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與趨勢J.河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,33(2):