《智能物流搬運小車系統(tǒng)設計》9900字

智能物流搬運小車系統(tǒng)設計目錄TOC\o"1-3"\h\u8693第1章引言 14889第2章搬運小車總體方案設計 1204702.1總體設計方案 1323072.2各模塊的選型 2173952.2.1主控模塊的選型 2175322.2.2電源模塊選型 3173942.2.3電機驅(qū)動模塊的選型 379522.2.4電機的選型 4110412.2.5循跡模塊 4288942.2.6避障和測距模塊的選型 4233702.2.7搬運模塊 5155692.3本章小結(jié) 531430第3章系統(tǒng)硬件設計 526793.1控制模塊設計 5274273.1.1STM32F103C8T6最小系統(tǒng) 552683.1.2循跡模塊 714953.1.3超聲波避障模塊 8147143.2電機驅(qū)動模塊設計 9224583.3搬運模塊設計 990093.3.1藍牙模塊 964263.3.2舵機 1034913.3.3搬運裝置設計 11203923.4本章小結(jié) 11879第4章系統(tǒng)軟件設計 12124274.1程序的編寫與實現(xiàn) 12281754.1.1主程序設計 12195564.1.2避障程序設計 12318634.1.3紅外循跡程序設計 1371674.1.4搬運裝置程序設計 14151854.2本章小結(jié) 1531753第5章系統(tǒng)調(diào)試驗證 16216405.1系統(tǒng)調(diào)試 16222795.2硬件調(diào)試 16224665.3軟件調(diào)試 17308095.3.1電機調(diào)試 17153415.3.2循跡模塊調(diào)試 1861675.3.3避障模塊調(diào)試 1825845.4.4舵機控制模塊調(diào)試 19284185.4聯(lián)合測試 20256445.5本章小結(jié) 2023272結(jié)束語 2028219參考文獻 22

智能物流搬運小車摘要隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展以及社會活動的需要，目前就大多數(shù)物流分揀和大型流水線來說，人工分揀和人工搬運會消耗大量的人力，物力更不能保障人們的安全。而搬運小車不知疲倦，節(jié)省了大量的人力，提高了效率并且在搬運及分揀當中不會因為物品的過大而造成人員的受傷，大大保障了人員的安全，因此搬運小車的誕生和發(fā)展逐步成為社會的主流，就目前來說，搬運小車已經(jīng)占據(jù)了工業(yè)搬運小車很大一部分，人們可以通過編程來控制搬運小車來完成預期的工作。本設計對搬運小車的研究現(xiàn)狀展開調(diào)研，通過查找資料與分析設計出了智能物流搬運小車模型，該模型主要采用四驅(qū)小車為載體，以STM32單片機作為控制核心，通過紅外循跡模塊來檢測小車的行進路線，通過超聲波傳感器實現(xiàn)避障和測距，并且通過Aiduino和藍牙模塊調(diào)節(jié)舵機轉(zhuǎn)向來控制四軸機械爪抓取貨物，對各模塊反饋的信息進行運算處理，進而控制小車的四個直流電機來控制行進速度和轉(zhuǎn)角方向，使搬運小車將貨物放到指定位置。最后通過軟件編程使搬運小車完成一系列的動作及路線。搬運小車的出現(xiàn)對社會的經(jīng)濟的發(fā)展起到了關(guān)鍵作用，使人力得到充分利用。在自動化綜合領(lǐng)域，減少人力資源和更準確的控制生產(chǎn)節(jié)拍，并且便于有節(jié)奏的加工生產(chǎn)，是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。關(guān)鍵詞：搬運小車；循跡；避障；單片機第1章引言在社會經(jīng)濟和科技的高速發(fā)展以及人類社會生產(chǎn)活動的多方面需求影響下，搬運小車的誕生是時代的產(chǎn)物。尤其在物流分揀和大型流水線的場景中，搬運小車有望代替人力成為主要的生產(chǎn)手段和模式。在當前的人力資源運輸中，不僅要耗費大量的人力物力，還要耗費大量的人力物力和防護裝備，而且存在成本高、效率低、安全不能保證、判斷錯誤等諸多弊端[1]。相比人力而言，無論在構(gòu)造還是性能上人們都無法與搬運小車所比擬，而且搬運小車在執(zhí)行作業(yè)時可以降低上述狀況帶來的損失，而且效率較高。搬運小車利用硬件和軟件編程實現(xiàn)多種作業(yè)與任務，在工業(yè)生產(chǎn)中，利用不同的終端設備，實現(xiàn)對不同零件的加工[2]。本課題的研究目的是設計和制造一臺智能物流搬運小車，以替代手工作業(yè)，以節(jié)省人力、安全、節(jié)省人力，并以此為依據(jù)，減少成本。在現(xiàn)代機械工業(yè)飛速發(fā)展的今天，自動化作業(yè)搬運小車已經(jīng)被廣泛地應用于科技、生產(chǎn)、加工、服務等各個領(lǐng)域。相對于一般的人力，自動化搬運小車的綜合性能是人力所不能及的。首先，搬運小車在很大程度上實現(xiàn)了自動化，可以實現(xiàn)更高的工作效率，從而克服了勞動生產(chǎn)率低、安全不保證、生產(chǎn)成本高的問題。其次，自動搬運小車投入使用后，可以最大程度地降低或避免意外。利用機械臂取代人工，使加工與制造更有韻律。同時，自動搬運小車的工作壽命和工作時間超過了通常的人工工作時間，同時也降低了人工的使用[3]。降低勞動強度、提高生產(chǎn)率、嚴格控制節(jié)拍是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的大勢所趨和必然要求[4]。因此，自動搬運小車的產(chǎn)生和發(fā)展將是這個社會和時代不能缺少和改變的需求。第2章搬運小車總體方案設計2.1總體設計方案本設計為自動搬運小車，主要由控制器、執(zhí)行機構(gòu)、循跡模塊、通訊模塊組成，現(xiàn)確定如下方案：智能物流搬運小車從起始點出發(fā)，通過指定路線循跡到貨物位置，智能物流搬運小車停止循跡，操作機械爪抓取貨物，然后調(diào)整搬運小車姿態(tài)繼續(xù)循跡，檢測到貨物放置點時放置貨物后循跡回到起始點。整個過程當中智能物流搬運小車通過超聲波檢測到與障礙物距離小于10厘米，搬運小車將停止循跡，直到障礙物與搬運小車距離小于10厘米，繼續(xù)循跡。確定智能物流搬運小車主要實現(xiàn)功能如下：（1）經(jīng)單片機處理循跡模塊采集的軌道信號，從而控制搬運小車循跡行走。（2）經(jīng)單片機處理避障模塊通過超聲波采集的距離信息，對路線中的障礙物進行避障。（3）通過舵機機械爪轉(zhuǎn)向角度，從而實現(xiàn)機械爪抓取貨物。系統(tǒng)總體設計如圖2-1所示。圖2-1搬運小車總體設計框圖2.2各模塊的選型2.2.1主控模塊的選型在主控模塊的選擇中，主要考慮51單片機和STM32單片機兩種方案。方案1：51單片機具有廣泛的應用前景，但是它的運行速度太慢，部分功能需要擴充，對周邊器件的要求也很高，這將會加重軟件和硬件的負擔。方案2：STM32是意法半導體集團開發(fā)的一個系列的微控制器[15]。STM32單片機本身就有許多的特點。STM32單片機包括增強I/O端口和APB總線，其中兩條APB總線與設備相連，可以很好地控制外部設備。此外，該處理器還可以依據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部特點對其內(nèi)部功耗進行完善，從而與系統(tǒng)要求相適應。具有十分豐富的界面和功能模塊，有完整的開發(fā)工具，有較多的開發(fā)材料，具有很好的實用價值[16]。結(jié)合上述兩個方案的對比，本設計選用STM32F103C8T6作為微控制器。圖2-2STM32F103C8T6實物圖2.2.2電源模塊選型在電源的正常供給下各模塊才能正常運行，智能物流搬運小車才能有效的完成行進路線和各動作，因此電源模塊是本設計的基礎保障。對于本系統(tǒng)供電需求，考慮了兩種供電方案：方案1：選用鋰電池進行供電，經(jīng)過穩(wěn)壓后給自動搬運小車系統(tǒng)供電。對比干電池來說鋰電池儲電量更大，可以提供更久的續(xù)航時間，可重復充電，但成本較高。廣泛用于移動電話、手提電腦、電動工具、電動車、街燈、航燈、小型家電。方案2：選用12V干電池，將12V的電壓經(jīng)過穩(wěn)壓器降壓后為單片機系統(tǒng)和其他模塊供電。適用于手電筒，半導體收音機，錄音機，照相機，電子鐘，玩具等，并廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個方面，如國防，科研，通訊，航海，航空，醫(yī)學等。對本設計來說，選用了12V干電池作為電源，由于12V干電池在給主控芯片供電后也足以供給其他模塊，使各模塊能夠正常運轉(zhuǎn)，并且成本較低。2.2.3電機驅(qū)動模塊的選型為了讓搬運小車運動，須采用電動機傳動裝置。目前市面上使用最多的是L298N和L293D。兩者性能對比如表2-1所示表2-1L293D、L298N性能對比表L298NL293D電路結(jié)構(gòu)雙H橋大電壓驅(qū)動器單H橋集成電路最高工作電壓46V36V最高輸出電流3A2A額定電流2A1A驅(qū)動電機個數(shù)2臺直流電機1臺直流電機性能電機驅(qū)動能力強電機驅(qū)動能力弱由表中的數(shù)據(jù)可以得出，L298N在各方面性能都比L293D性能強。并且L298N操作簡單、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，也更適用于本設計成本以及性能等方面的需要，故選擇了L298N雙H橋直流電機作為本設計主要驅(qū)動模塊2.2.4電機的選型對于電機選型主要有兩種方案：方案1：采用直流電機。直流電動機的優(yōu)勢在于它具有靈活、寬頻、運行平穩(wěn)、噪音低、效率高等。方案2：采用步進電機簡易操控，精密度比較高，沒有積累誤差。但其運行噪音分貝大、高速狀態(tài)扭矩小、啟動頻率較低等劣勢也比較明顯?；谏鲜霰容^，為了便于無級調(diào)速和節(jié)約成本，故本設計選用了直流電機。2.2.5循跡模塊該方案中的循跡模塊可以使自動搬運小車沿著黑色膠帶所規(guī)劃的路徑進行自行移動，在常規(guī)的設計中，一般都是通過紅外探測來完成。因為黑膠與白紙之間的反光系數(shù)有差異，因此可以根據(jù)其特性來設計循跡[17]。本設計選用紅外對管實現(xiàn)該功能，其實物如圖2-3所示。圖2-3紅外對管實物圖2.2.6避障和測距模塊的選型為達到避障和測距的目的，本設計考慮了常用的兩種傳感器的性能并進行了選型。方案1：超聲波傳感器，超聲波傳感器主要通過發(fā)射和反射聲波來完成。將物體放在傳感器前面，當聲波與物體接觸后，會將聲波傳遞給傳感器，傳感器會根據(jù)聲波的傳播和接收的時間間隔來進行測量距離[18]。超聲傳感器具有高精度、高分辨率、結(jié)構(gòu)簡單、占用空間小、耗能慢、探測距離遠等特點。方案2：紅外傳感器，紅外傳感器通過發(fā)射紅外光和反射光來完成距離測量。紅外線照射在目標表面，使其反射紅外線。當紅外線傳感器再一次收到反射的光線時，可以用方程式來求出距離。但是紅外線感應器易受到其它因素的影響而產(chǎn)生偏移或誤差。根據(jù)設計需求，采用了基于HC-SR04的超聲波傳感器來實現(xiàn)避障與測距的功能。當搬運小車與前面的障礙之間的距離低于預定的10公分時，自動搬運小車停止移動。圖2-4HC-SR04實物圖2.2.7搬運模塊本設計中，配合操舵控制器的角度轉(zhuǎn)換，利用機械手機構(gòu)來搬運和卸貨，以完成物品的搬運和卸載。本方案選用了SG90型舵機，其控制方式簡單，便于與單片機接口，并可調(diào)整執(zhí)行機構(gòu)的角度。舵機實物如圖2-5所示。圖2-5舵機實物圖2.3本章小結(jié)本章首先介紹了搬運小車的設計思路和搬運小車的主要模塊構(gòu)成，然后通過各模塊的選型對比，確定了各模塊的選型，方便下一步對搬運小車的硬件及軟件部分的設計。第3章系統(tǒng)硬件設計該系統(tǒng)主要包括主控模塊、電機驅(qū)動模塊、循跡模塊、測距避障模塊、搬運模塊。3.1控制模塊設計該部分主要包括循跡、避障、主控等模塊。3.1.1STM32F103C8T6最小系統(tǒng)單片機最小化系統(tǒng)是一個最簡單的工作環(huán)境，它可以使單片機在最短的時間內(nèi)完成程序。搬運小車的處理器需要具備與外界的通信聯(lián)系，控制小車的馬達，以滿足要求調(diào)速，集成和處理各個模塊的信號等功能[19]。本設計中選用了體積小但功能靈活、便于接口的STM32F103C8T6單片機最小系統(tǒng)板來實現(xiàn)以上功能。該系統(tǒng)原理圖如圖3-1所示。圖3-1STM32F103C8T6最小系統(tǒng)原理圖單片機最小系統(tǒng)一般包括以下電路模塊：1、電源電路，電源電路為主控系統(tǒng)和各模塊提供正常工作的驅(qū)動。由于各模塊的額定電壓值是不一樣的，所以在經(jīng)過穩(wěn)壓模塊的降壓后，要把原來的12V的電壓轉(zhuǎn)換為每個組件所需的額定電壓。2、晶振電路，又叫時鐘電路。該系統(tǒng)能為主控芯片提供系統(tǒng)時鐘，為CPU和其它模塊的正常工作奠定基礎。晶振電路原理圖如圖3-2所示。圖3-2晶振電路原理圖3、復位電路，復位電路作為輔助電路。可以從外部重新啟動單片機，一般作用于上電階段或調(diào)試過程。其原理圖如圖3-3所示。圖3-3復位電路原理圖STM32F103C8T6最小系統(tǒng)版，其結(jié)構(gòu)主要是以Cortex-M3為核心，并與整個系統(tǒng)進行了集成。該系統(tǒng)不僅功耗低，性能高，成本低，而且系統(tǒng)的集成度得到了極大的提高，開發(fā)難度也得到了降低。3.1.2循跡模塊本設計采用了五個紅外對管作為主要硬件，該模塊并對周圍的光照有很好的適應性。每個紅外線對管包括一根紅外線發(fā)射管和一根感光管。其原理圖如圖3-4所示。圖3-4紅外對管原理圖紅外發(fā)射管實質(zhì)上是由紅外輻射效率高的材料制成PN結(jié)，也就是可以單向?qū)щ姷亩O管。這種結(jié)構(gòu)通過將電流注入到PN結(jié)而激勵紅外光。光敏接收管是一種具有感光性能的PN結(jié)，它的結(jié)構(gòu)特征決定了它的單向?qū)щ娦?。無光照時，光敏管不導通。有光照時，則形成光電流。顏色不同反射能力也不同，黑色的反光能力較弱，白色有著較強的反光性。根據(jù)該原理，用黑膠帶在白色紙板上貼出小車循跡的路線。紅外線發(fā)射管持續(xù)地發(fā)出紅外線，打在黑色膠帶上，會產(chǎn)生很小的反射，從而使接收管無法接通；在紅外線照射在白板上時，感應器會收到更多的光，從而使接收管導通。3.1.3超聲波避障模塊本設計中由HC-SR04超聲波模塊來完成自動搬運小車的避障和測距，其原理圖如圖3-5所示。圖3-5超聲波模塊原理圖HC-SR04超聲波傳感器的原理如下：首先，I/O口輸出一個高電平，超聲波模塊會立刻發(fā)射超聲波，同時打開定時器檢測與ECHO相連的I/O口電位。當收到返回的聲波時，ECHO輸出高電平，定時器關(guān)閉，此時定時器所讀取的時間就是超聲波傳感器從發(fā)出信號到接收到返回信號所用的時間[20]。由此，根據(jù)式(3-1)可計算出自動搬運小車與障礙物的距離。式(3-1)式中，c為超聲波直線傳播的速度，為傳感器測量的時間總和，n為測量次數(shù)，測量次數(shù)越多，得出的結(jié)果精度越精確，由三個參數(shù)和標準公式，即可計算出d，也就是自動搬運小車與障礙物之間的距離[21]。該模塊采用了多次連續(xù)測量法，以減少測量誤差。當d的數(shù)值比程序設置的數(shù)值低時，自動搬運小車停止。3.2電機驅(qū)動模塊設計在單片機接上L298N驅(qū)動芯片相應的控制引腳，即可通過單片機控制電機的正、反轉(zhuǎn)以及速度大小。其原理圖如圖3-6所示。圖3-6L298N芯片原理圖該驅(qū)動模塊采用L298N驅(qū)動芯片，可實現(xiàn)多臺直流電動機的同步運行。該搬運小車包括四臺直流電動機，在搬運小車的左右兩側(cè)分別裝有兩臺直流電動機，通過相同的控制信號連接兩臺電動機。采用ENA、ENB兩種方式實現(xiàn)對電動機的有效控制，實現(xiàn)了正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、自由滑行和停止四種操作方式。3.3搬運模塊設計搬運模塊主要由藍牙模塊、舵機，機械爪構(gòu)成。3.3.1藍牙模塊本設計選用HC-05藍牙模塊控制舵機轉(zhuǎn)向和機械爪完成貨物的抓取。其原理圖如圖3-7所示。圖3-7HC-05藍牙模塊原理圖HC-05是CSR的主流藍牙芯片，功能齊全，功耗低，價格便宜，是一種以藍牙標準V2.0為基礎的數(shù)字傳輸模塊，具有3.3V的工作電壓，可設定的波特率在4800-1382bit/s之間，藍牙的工作頻率為2.4GHz，可以達到10米的距離，實際應用中會根據(jù)場地不同而變化[22，23]。HC-05模塊通過藍牙遙測控制器與主控芯片相連，是藍牙APP與主控芯片之間的數(shù)據(jù)通訊橋梁，既能接收數(shù)據(jù)，又能傳輸數(shù)據(jù)。在接收端，負責接收由APP發(fā)出的用戶指示；在發(fā)送端，負責向APP反饋搬運設備的各項狀態(tài)。HC-05模塊在與主控芯片的對接中，其主要功能是將HC-05模塊的串口發(fā)射、接收端與單片機的串口接收、發(fā)射端進行通信。3.3.2舵機結(jié)合本設計搬運裝置設計需求，選擇了SG90舵機作為該部分的核心硬件。其原理圖如圖3-8所示。圖3-8SG90舵機原理圖主要結(jié)構(gòu)包括：減速齒輪組、電機、電位器和控制電路。通過接收端將控制信號輸入到信號調(diào)制晶片中，并將其轉(zhuǎn)換成直流偏壓。通過對直流偏壓和電位計的電壓進行比較，得到差值，然后將其輸出。最后，將差壓輸出至馬達驅(qū)動晶片，以控制馬達的正反方向。在電動機的速度不變的情況下，由串聯(lián)的減速器驅(qū)動電位計，使電位計的差值變?yōu)?，電動機就會停止運轉(zhuǎn)。通常情況下，舵機的控制要求在20毫秒內(nèi)完成，以180度角伺服系統(tǒng)為例，其脈沖幅值與馬達轉(zhuǎn)動角的相應控制關(guān)系如下表3-1所示：表3-1脈沖幅值與馬達轉(zhuǎn)動角的相應控制關(guān)系表0.5ms0度1.0ms45度1.5ms90度2.0ms135度2.5ms180度在本設計中，在所有的控制算法都已完成之后，由單片機將所得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為PWM信號，并將其輸入至操舵系統(tǒng)。由于單片單片機僅依靠硬件的計數(shù)就能完成對控制信號的變化，所以它不會受到外界的干擾，從而保證了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。3.3.3搬運裝置設計搬運裝置是由一個四軸機械爪通過Arduino和藍牙模塊控制舵機轉(zhuǎn)動方向來實現(xiàn)貨物的抓取和放置。Arduino原理圖如圖3-9所示。圖3-9Arduino原理圖3.4本章小結(jié)本章主要介紹了智能物流搬運小車部分硬件模塊與其工作原理，對各端執(zhí)行器進行研究分析，確定了搬運小車主要由自動避障循跡小車和搬運裝置兩部分組成。為下一步的軟件設計和調(diào)試部分奠定了基礎。

第4章系統(tǒng)軟件設計軟件設計是將智能物流搬運小車的硬件系統(tǒng)進行整合，并用軟件編程實現(xiàn)了硬件驅(qū)動的設想。軟件的設計主要由主程序和其它子程序兩部分組成，其中，紅外對管傳感器、超聲波傳感器、舵機等模塊進行了詳細的設計。該設計軟件編程部分使用CubeMX軟件，采用HAL驅(qū)動庫，為方便實現(xiàn)移植，在KeiluVision5開發(fā)[24]。4.1程序的編寫與實現(xiàn)4.1.1主程序設計智能物流搬運小車整體運行是通過紅外光線、超聲波等信息的反饋分別通過紅外循跡模塊、避障模塊、接收并產(chǎn)生各種信號，然后來控制直流驅(qū)動電機運行，從而實現(xiàn)小車行駛方向和速度的調(diào)節(jié)。再加上通過藍牙模塊與手機APP連接接受指令，通過APP發(fā)送指令來控制機械爪去抓取貨物。總體設計圖如圖4-1所示。圖4-1智能物流搬運小車主程序4.1.2避障程序設計本部分超聲波傳感器通過對搬運小車周圍環(huán)境的探測，可以探測到其附近是否有無障礙物對搬運小車的移動產(chǎn)生影響，并對其與障礙物的距離進行測量。在整個跟蹤過程中，都會觸發(fā)障礙物和測距的功能，通過超聲波傳感器將超聲波反射到障礙物上，再通過超聲波傳感器將其轉(zhuǎn)化為電子信號，將其進行整形反饋給單片機，使其按照反饋的信息工作。通過設定好的程序，在超聲波模塊探測到移動搬運小車與障礙物的間距超過10公分時，搬運小車會繼續(xù)沿著軌跡移動，在距離障礙10公分以內(nèi)時停止移動。超聲波避障流程如圖4-2所示。圖4-2避障流程圖4.1.3紅外循跡程序設計該部分通過智能物流搬運小車前端底部的紅外線對管來檢測循跡路線，紅外發(fā)射對管發(fā)出紅外光線，從而根據(jù)接收到的不同光線轉(zhuǎn)換成不同的電阻信號，電阻信號通過外接電路轉(zhuǎn)變成電壓信號，電壓信號經(jīng)比較器轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)化為電平信號并輸出到單片機的I/O口。通過檢測到白色或黑色路面時紅外探頭相對應的端口分別輸出低電平和高電平。通過傳感器的反饋單片機對直流電機進行逆向調(diào)節(jié)從而調(diào)節(jié)搬運小車的運行狀態(tài)，通過中間三個紅外對管的反饋，從而調(diào)整智能物流搬運小車在預定的路線上自動循跡。自動搬運小車紅外循跡流程如圖4-3所示。圖4-3循跡流程圖4.1.4搬運裝置程序設計該部分當智能物流搬運小車到達搬運位置后，搬運小車停止。通過人機交互界面給舵機和機械爪下達命令，調(diào)節(jié)舵機角度和機械爪狀態(tài)，使抓手合并抓取貨物。搬運裝置流程圖，如圖4-4所示。圖4-4搬運裝置流程圖4.2本章小結(jié)本章主要介紹了搬運小車的各模塊的軟件設計，對每個模塊的實現(xiàn)流程進行分析，然后準確的畫出模塊實現(xiàn)的流程圖，通過流程圖更加清晰直觀的表達了搬運小車各模塊處理信息，便于下一步實現(xiàn)搬運小車的總設計。

第5章系統(tǒng)調(diào)試驗證5.1系統(tǒng)調(diào)試首先確認電路是否正常，燒入程序控制電機轉(zhuǎn)動，電機正常運轉(zhuǎn)，表示電機和電機驅(qū)動無故障。然后燒入避障程序，在正常運行的小車前面放上障礙物，小車在接近障礙物時停止運動，拿走障礙物后小車繼續(xù)行走，說明避障模塊可以正常使用，然后通過手機APP連接藍牙模塊控制舵機轉(zhuǎn)動和機械爪的操控，發(fā)現(xiàn)舵機可以正常轉(zhuǎn)動并且機械爪也可以正常操控。從以上調(diào)試可以看出搬運小車的電路、電機、STM32主控、電機驅(qū)動模塊、避障模塊、藍牙模塊等均可以正常使用。因此搬運小車整體系統(tǒng)調(diào)試沒發(fā)現(xiàn)問題。搬運小車整體圖片如圖5-1所示。圖5-1搬運小車整體圖5.2硬件調(diào)試對各個硬件按照智能物流搬運小車功能要求連接好每個器件的電源線，并且確保電源正負極不會接反，再將信號線連接到單片機上并且檢查每個引腳是否接對。安裝電池打開電源仔細檢查各路線是否有短路或者發(fā)熱現(xiàn)象。硬件組裝成品如圖5-2所示。圖5-2硬件設計圖5.3軟件調(diào)試5.3.1電機調(diào)試利用干電池為直流電機提供12V的電壓，可以看到電機可以正常轉(zhuǎn)動，然后將正負極反接，電機開始反轉(zhuǎn)，則證明直流電機正常。然后在L298N驅(qū)動模塊的兩路輸出口連接上準備好的兩個直流電機，將單片機I/O口與電機驅(qū)動模塊使能腳相連。當外接電源給L298N驅(qū)動模塊供電時，單片機發(fā)送給該模塊電平信號，根據(jù)電平的高低控制電機正常正反轉(zhuǎn)。接著連續(xù)改變ENA、ENB使能腳的PWM信號，這時會觀察到兩個直流電機的轉(zhuǎn)速發(fā)生了變化，則測試無誤。最后，調(diào)節(jié)直流電機速度，防止小車速度過快在循跡過程中產(chǎn)生較大偏差，最后調(diào)至合適速度，實現(xiàn)自動搬運小車的理想的正常驅(qū)動。如圖5-3所示為電機結(jié)構(gòu)圖。圖5-3電機結(jié)構(gòu)圖5.3.2循跡模塊調(diào)試啟動電源后，自動搬運小車沿著預定的路線行進，起初因為速度太快，很容易出現(xiàn)偏差，調(diào)整了速度后，搬運小車的軌跡循跡精度就會提高。但是，由于用于追蹤的紅外對管位置比較高，有時會受到光線的干擾，經(jīng)過調(diào)整后，將紅外對管置于小車的底部，通過調(diào)整電位器，提高了循跡的靈敏度，自動搬運小車的循跡結(jié)果準確率大幅度提升。圖5-4為自動搬運小車準確循跡的實拍圖。圖5-4循跡實拍圖5.3.3避障模塊調(diào)試本設計要求自動搬運小車在循跡過程中遇到障礙時，通過超聲波模塊持續(xù)地發(fā)出超聲波來進行測距，當搬運小車與障礙物的間距小于10厘米時，搬運小車將停止工作，超過10厘米時，搬運小車將繼續(xù)前進。實驗中，通過人工遮擋和設置障礙物等手段對其進行了檢測，并取得了良好的效果。圖5-5為自動搬運小車避障時的實拍圖。圖5-5搬運小車避障實拍圖5.4.4舵機控制模塊調(diào)試本設計中，舵機的作用主要是通過Arduino主板和藍牙模塊控制轉(zhuǎn)動角度使搬運小車前方用來搬運的機械爪能順利搬放起物塊，在測試中機械爪容易出現(xiàn)失誤抓不到東西，經(jīng)過反復調(diào)試，發(fā)現(xiàn)是由于物塊太輕或者太小不太容易被抓起，在搬起時容易出現(xiàn)失誤。圖5-6為自動搬運小車搬運貨物時的實拍圖。圖5-6搬運小車搬運貨物實拍圖5.4聯(lián)合測試硬軟件調(diào)試后，智能物流搬運小車可以完成單程的搬運作業(yè)。開關(guān)啟動后，電機驅(qū)動搬運小車行走和轉(zhuǎn)向，紅外對管發(fā)射管發(fā)射紅外光線到地面，反射后由接收管接收，并傳給單片機，進行分析以實現(xiàn)自動搬運小車循黑線行走。超聲波模塊會通過不斷發(fā)射超聲波，接收反射聲波來完成檢測距離，由于本設計的程序設定的測距值為10厘米，一旦自動搬運小車前方存在障礙物且距離小于10厘米，自動搬運小車停止行進。當搬運小車左右兩側(cè)的紅外對管檢測到黑點時，搬運小車停止。由藍牙控制舵機調(diào)整搬運機械裝置的角度以搬運起物塊，然后搬運小車在合適的停頓時間后，搬運小車繼續(xù)行駛。當搬運小車左右兩側(cè)的紅外對管再次檢測到黑點時此時，搬運小車停止，通過藍牙控制把貨物卸下，然后搬運小車在合適的停頓時間后，小車繼續(xù)循跡支起始位置，然后接著下一輪的搬運。5.5本章小結(jié)本章首先對系統(tǒng)和硬件各模塊進行調(diào)試，然后對搬運小車避障、抓取和放置整個過程進行動作分析，然后結(jié)合搬運小車的程序和控制系統(tǒng)，搭建整個實驗流程平臺，利用平臺對避障、抓取和放置進行實驗，通過實驗結(jié)果找出問題，并且通過分析解決問題，使搬運效率大大提高。結(jié)束語在全球經(jīng)濟飛速發(fā)展的情況下，制造業(yè)的崛起應運而生，同時各領(lǐng)域正在向智能化方面發(fā)展。在此背景下我們需要一款智能物流搬運小車代替人們?nèi)ネ瓿赡切﹦诶壑貜偷墓ぷ鳌１驹O計經(jīng)過整體設計、硬件選型及選型，軟件設計、硬件組裝、硬軟件調(diào)試等工作后，能實現(xiàn)預設的基本功能并將誤差和失誤減小到一定范圍內(nèi)，實現(xiàn)了移動-避障-搬運功能。有希望解決傳統(tǒng)搬運機器臂只能固定在定點進行搬運的弊端。以下為本次設計完成的主要工作。（1）依據(jù)本設計的要求，通過查閱資料分析搬運背景和搬運小車的國內(nèi)外現(xiàn)狀并明確了研究意義，從而引出智能物流搬運小車的總體設計。（2）搬運小車的移動系統(tǒng)設計是由12V干電池作為電源，通過電機驅(qū)動L298N模塊控制直流電機轉(zhuǎn)動實現(xiàn)搬運小車在地面的自由移動。（3）搬運小車的循跡系統(tǒng)設計為五個紅外對管組成，中間兩個為檢測循跡路線，兩邊各一個是為了檢測地點。實現(xiàn)在規(guī)定路線內(nèi)重復運動。（4）搬運小車的避障系統(tǒng)采用超聲波測距避障，可精確判斷障礙物距離并且及時做出動作。同時超聲波避障相比于紅外傳感器來講，超聲波避障不受光照影響，因此更適用于相對復雜的環(huán)境下。（5）搬運小車的搬運模塊是由四個Mg90s舵機和Ardu