机电系统详细设计.pptx

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1、摄像头无线路由机械臂单片机锂电池万向轮直流电机超声波及红外传感器配重第1页/共33页抓取部分选用二自由度机械手臂，双舵机（MG955）控制工作过程为：先将货物夹住，之后机械手向上翻起，以避免货物掉落依靠操作者控制，手动调整小车方位，使机械臂正对货物，以节约一个自由度第2页/共33页抓取部分舵机MG955参数：工作电压4.8-6V，工作电流100mA，工作扭矩 13KG/cm，无负载速度0.17秒/60度(4.8V)&0.13秒/60度(6.0V)，重量55-62g，40mmX20mmX36.5mm机械手参数：全铝合金，重量68g（不含电机），长度108cm（爪子闭合），宽度（爪子张开）98cm

2、，张角55cm抓取过程重心将偏向车头，故在车位安放配重第3页/共33页主控板主控板的功能：对所有传感器采集的数据进行处理，输出控制 指令控制执行机构。需求分析：需要进行浮点运算、需要滤波基于处理需求，选择stm32F103第4页/共33页主控板Stm32性能分析：内核：ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作频率72MHz存储器：片上集成32-512KB的Flash存储器。6-64KB的SRAM存储器电源管理：2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。低功耗：在72MHz时消耗36mA，待机时下降到2A。I/O口多。第5页/共33页主控板stm32引脚图ADC引脚：2个12位模

3、数转换器多达112个快速I/O端口3个16位定时器2个看门狗定时器多达9个通信接口2个I2C接口3个USART接口2个SPI接口CAN接口USB 2.0第6页/共33页主控板stm32F103引脚：第7页/共33页主控板各个元件的接入：超声波传感器共四组，输出是模拟量，所以接到ADC口红外循迹模块也是四组，输出量是模拟量，所接到ADC口外部电源一端接到VBAT，一端接地一个L298N可以驱动两个电机，如果驱动一个电机需要从一个EN脚，和两个IN脚接线到stm32上。第8页/共33页直流电机型号：直流电机RK-370SD-4530尺寸：外径24mm，安装孔中心距17mm轴长：10.7mm轴径：2

4、mm预期工作电压：5V重量：80g转速：DC3v时，电机转速11000rpm DC6v时，电机转速27000rpm DC7.4v时，电机转速34000rpm第9页/共33页直流电机驱动模块：L298N基本功能：采用ST公司的L298N双H桥驱动芯片，可以直接驱动两路3-30V直流电机，并提供5V输出接口，支持3.3VMCU控制基本参数：驱动部分：端子供电范围VMS为+5V+35V，峰值电流IO为2A/桥逻辑部分：端子供电范围Vss为4.5-5.5V，工作电流范围为036mA控制信号输入电压范围：高电平4.5-5.5V，低电平0V最大功耗：20W驱动板尺寸:55mm*60mm*30mm驱动板总量

5、：33g第10页/共33页传感器漫反射式红外光电管功能：用于避障，利用红外线可被白色地面漫反射，而会被黑色轨迹吸收的原理来探测黑线轨迹，将光信号转变为电信号，传给主控板，从而控制直流电机运动状态（转弯过程）引脚：VCC 外接3.3V-5V电压（可以直接与3.3v单片机相连）GND 外接GNDOUT 小板数字量输出接口（0和1），可以单片机IO接口直接相连基本参数：有效距离范围230cm，工作电压为3.3V-5V尺寸：第11页/共33页传感器HC-SR04 超声波测距模块功能：通过发射和接收超声波来判断发射器前方障碍物距离，并将此信号转换成电信号，传给主控板，从而控制直流电机运动状态，使小车对障

6、碍物有所反应引脚VCC 接5V工作电压trig（控制端）：触发信号输入 echo（接收端）：回响信号输出GND 接地基本参数：工作电压5V，静态电流小于2mA，高电 平5V，低电平0V，感应角度不大于15度，探测距离 2cm-450cm，高精度可达0.2cm，盲区只有2cm第12页/共33页供电系统电源需求：系统需要5V作为工作电压给各个传感器，驱动板，电机供电；也需要3.3V给主控板供电电源选择：综合考虑容量，电压需求，电压电流稳定性等众多因素，决定选用7.4V 18650锂电池（2块）作为电源电池参数：容量：2600mAh尺寸：19mm*37mm*67mm重量：92g第13页/共33页供电

7、系统稳压模块：由于电源输出电压为7.4V，而需求电压为3.3V与5V，故需要加入稳压模块以满足需求型号：LM2940CT-5V输出电压：5V输出电流：1A输入电压：6.25-26V引脚：输入，输出，接地对于3.3V输出电阻分压的使用：由于LM2940系列只能单端输出电压，即只有一个输出电压，故可利用电阻分压的原理来实现3.3V的输出由于电路负载部分较复杂，故为保险起见，同时购买了LM2576S-3.3V，可以直接得到3.3V电压VccR1R2Vout第14页/共33页控制算法-循迹循迹模块：应用4个红外传感器ST188 排布：左右各个红外线传感器伸出黑线之外第二级作为第一级的后备保护，提高可靠

8、性第15页/共33页控制算法-循迹小车传感器的真值表和程序框图传感器编号电动车状态左X2左X1右Y2右Y1停车0000严重偏右0*11轻微偏右1011严重偏左1101轻微偏左11*1正常行驶1111第16页/共33页控制算法-避障选型：HC-SR04超声波模块。参数：测距范围为2450cm，测距精度可达到 2传感器的排布第17页/共33页控制算法-避障超声波测距模块的处理流程图超声波模块的时序图第18页/共33页控制算法-避障超声波测距模块程序框图第19页/共33页控制算法-避障算法的详细分析：1，基础控制层设计任务是寻找目标点，并确保机器人可以顺利到达指定目标位基础控制层所需的各参数：机器人

9、的时实坐标x,y值，由专门的坐标计算层提供。机器人的速度v。周期T需要的偏转角de终止信号last值先置为0，当到达目的地时，将其置为1。基本控制层的流程图第20页/共33页控制算法-避障2，行为控制层：主要任务是让机器人根据超声波传感器采集的距离信息判断是否该进行避障行为，且给出避障的转角值，及转向。de=meLMminR=Lde=-de0LRde=de0FMmax（de表示需要转的角度me表示按照基本控制层输出的转角de0是自定义的避障角度R表示与右边障碍物的迫近程度L表示与左边障碍物的迫近程度F表示与前方物体的迫近程度）行为控制层的程序框图第21页/共33页控制算法-避障3，坐标计算层设

10、计它能形象地定义机器人相对障碍物及目标点的具体位置，确保机器人及时避障，并顺利到达目标点。P（小车行走的距离）=VT本周期的pe值为上个周期的pe值与转角de的差（pe为小车与平面坐标横坐标的夹角）X=P*cos(pe)Y=P*sin(pe)坐标计算层程序框图第22页/共33页控制算法-避障轨迹规划子程序的流程图第23页/共33页WiFi数传模块无线路由：TP-LINK WR703N 57*57*18，最大150M，100m第24页/共33页WiFi数传模块刷入OpenWrt（Linux）安装摄像头驱动引出TTL线第25页/共33页WiFi数传模块UVC摄像头直连路由器，不需外部电压第26页/

11、共33页开发环境上位机：VS，工程窗体WiFi-Robot。按键镜像第27页/共33页开发环境下位机：KEIL MDK-ARM V5编程、烧录、调试、补码第28页/共33页任务分工张鑫：整体设计、WiFi数传模块汲星辰：硬件部分王德斌：功能实现与算法第29页/共33页进度规划627-7.2：文献调研与原理方案设计。7.3-7.6：详细设计，调查相关硬件模块。7.7-7.10：详细设计的修正，采购零件，学习使用编译和调试的环境。7.11-7.16：小车的组装成形与编程。7.17-7.26：程序的调试与测试。第30页/共33页Q&A第31页/共33页谢谢！第32页/共33页感谢您的观看。第33页/共33页