基于STM32的智能物料搬运小车系统设计(共4页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上基于STM32的智能物料搬运小车系统设计作者：廖杰谭宁宁刘成鑫巫帮锡彭永康来源：科技与创新2019年第08期        摘要：根据2018年第五届湖南省大学生工程训练综合能力竞赛的要求，设计制作了基于STM32的智能物料搬运小车。小车由机械结构部分和硬件控制电路部分组成，具有场地目标位置识别、自主路径规划、自主移动、二维码读取、物料颜色识别或形状识别、物料抓取和搬运等功能。在竞赛过程中，较好地完成了比赛任务，达到了设计要求。        关键词：STM32;智能物料搬运;工程训练竞赛;二维码读取        中图分类号：TP368.12        文献标识码：A        DOI：10.15913/j .cnki.kj ycx.2019.08.064        全国大学生工程训练综合能力竞赛是教育部举办的全国性赛事，旨在锻炼学生的工程实践能力与应用创新意识。在2018年湖南省大学生工程训练综合能力竞赛中，要求自主设计并制作一台能执行物料搬运任务的智能移动小车，小车能够在规定场地内自主行走，通过扫描阅读二维码领取任务，自主寻找、识别任务指定的物料，按任务要求的顺序将其搬运至指定的存放地点，并按照要求的位置和方向摆放。竞赛场地三维示意图如图1所示。        1 设计思路        通过分析比赛要求，首先对小车进行整体设计，确定各部分主要功能;然后对小车各机械单元与电路控制单元进行设计分析，设计并制作了一台基于STM32的智能物料搬运小车。主控电路采用嵌入式方案，其上面带有电机驱动电路以及任务内容显示装置;智能物料搬运小车尺寸应设计为能够通过A4纸相当大小的门框，且小车可折叠，但通过A4纸门框之后能够自行展开;进行结构优化设计，综合考虑强度，易装配性，可加工性。为了实现便捷移动，采用麦克纳姆轮，抓取灵活采用六自由度机械臂;摄像头获取物料颜色与形状信息;扫码器扫码接收任务信息;激光测距传感器和三轴陀螺仪实现小车定位;单片机进行数据分析与处理。        2 小车整体结构设计        小车整体由机械结构部分和硬件控制电路部分组成。机械结构包括底板、麦克纳姆轮和机械臂。硬件控制电路部分由摄像头、激光测距传感器、三轴陀螺仪、二维码扫码器和STM32单片机组成。小车总体原理框架如图2所示。        3 小车机械结构设计        小车机械部分包含行走机构和抓取机构两部分，行走机构由直流电机驱动的麦克纳姆轮和底板组成，抓取机构由机械臂和机械爪组成。麦克纳姆轮能够实现全方位移动，在需要转向时可以直接反向运动，能够在最短的时间内到达目标位置，底板采用环氧板，具有质量小、强度高的优点;机械臂使用铝制材料制作，可以最大程度地减轻整车质量，而且机械臂设计为可折叠形式，节省空间。        使用6个大功率数字舵机驱动机械臂的每一个关节，使机械臂具有6个自由度，夹取物料灵活快捷，控制精度高而且比较稳定;机械爪采用3D打印制作，内部夹持面设计为深沟状且带有防滑条纹，在夹取时能够更加稳定准确;部分安装零件采用注塑成型制作，减少零件数量，降低装配要求。结构设计采用SOLIDWORKS进行整体仿真以及有限元与力学分析。        4 小车硬件电路及软件设计        4.1 硬件电路设计        4.1.1 颜色识别单元        物料颜色识别采用OPENMV摄像头，Python编程，功能完备，能够快速识别物料颜色信息并传输给主控单元。        4.1.2 任务信息扫码单元        采用扫码器模块快速扫码，获取搬运任务信息，并将任务信息传送给单片机处理，从而准确完成指定任务。        4.1.3 主控单元        采用STM32F407VET6芯片为核心的主控制器，处理速度可达168 MHz。主控单元上设计有型号为MIC5219-3.3的5V转3.3 V的转压芯片、双路直流输出电流平均为1.5A的电机驱动芯片TB6612FNG，和实时显示任务信息的显示屏OLED。        4.1.4 整车定位控制单元        大功率激光进行X轴定位，量程2m以上;小功率激光进行Y，轴定位，量程1m以上。小功率激光的通讯方式为nc通信，其他单元均为串口通信。激光传感器实现小车在竞赛场地的定位;三轴陀螺仪获取小车在运动过程中的速度和加速度等信息，传递给单片机进行反馈调节，使小车保持稳定的运动姿态。        4.1.5 电源单元        选用最大输出电流为3A、转换效率为92%的12V转5V转压模块。由一节12V锂电池分双线输入，一路直接接人电机驱动模块，另一路则通过转压模块将其转为5V，给主控单元和舵机供电，每一部分都会有相应的LED灯指示其供电状态。        4.1.6 夹持单元        夹持动作的完成采用的是大功率数字舵机，控制精度高而且稳定，控制方式采用的是PWM波脉宽控制1。        4.1.7 底盘运动单元        选择常规直流减速电机，结合TB6612电驱芯片和4路脉宽调制信号PWM实现对电机的控制。        4.2 软件设计        在测试与竞赛中首先开启各单元电源，然后主控板进行复位，程序初始化完成，串口中断开启，主控单元实时读取三轴陀螺仪数据、大小激光数据、摄像头数据以及扫码模块数据，机械臂初始化到固定姿态。当按下启动按键，给定扫码区域坐标，主控单元进行PID运算，底盘运动2。在此过程中摄像头颜色识别开启，从左到右依次识别各个物料的颜色及对应坐标，以节省竞赛所用时间。小车到达扫码区自动识别二维码信息，主控单元开始进行数据处理与分析，获取抓取物料的颜色、坐标以及相应存放点的坐标，底盘与机械臂相结合依次取放物料，在完成所有任务后，小车返回起点。        5 结论与讨论        结合比赛要求，设计并制作了一台智能物料搬运小车系统。对小车取放物料精度、任务完成时间进行了数据采集及测试，小车达到比赛设计要求，能较准确地取放物料，较快完成比赛任务，比赛用时约21 s。在2018年湖南省大学生工程训练综合能力竞赛中排名第二，还被评为省一等奖。        参考文献：        1孫亚星，王景贵，张志强.基于STC12C5A60S2的电控无碳小车控制系统设计J.计算机与数字工程，2018， 46（ ll）：2257-2261.        2陈飞跃，涂亚东，殷华锋，等.新型智能搬运小车系统设计J.组合机床与自动化加工技术，2018（ll）： 71-73.专心-专注-专业