黃鈺深 張曉培 梁金耀 趙明 范碧純
0 引言
智能機器人帶有多種傳感器,可以將傳感器得到的信息進行融合,有效地適應變化的環境[1]。本文設計的搬運機器人只要在PC端上位機上設置搬運停放的位置,搬運機器人進行自主運動,根據指定的路線行進到指定位置。
1 智能搬運機器人系統設計方案
系統設計中選用STM32單片機作為主控制器,負責接收指令和邏輯運算。WI-FI模塊作為搬運機器人與PC端上位機之間通訊的橋梁,負責傳輸數據以及各種指令。使得PC端上位機可以實時控制搬運機器人。電機及電機驅動模塊及電機是系統的動力部分。超聲波模塊負責檢測搬運機器人在前進線路上是否有障礙[2],并作出調整直到搬運機器人道達指定位置。系統的總體框圖如圖1所示。
2 智能搬運機器人硬件設計
2.1 控制模塊的選擇
STM32是一種常用的開發芯片,其運算速度快、精度高、能耗小等,并且易于開發。本系統采STM32F103RCT6作為控制系統的主控制器,完成超聲波信息收集、避障、行進、搬運等任務。
2.2 超聲波傳感器模塊
本設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]。其與單片機的接線圖如圖2所示。
2.3 電機驅動模塊
此系統的電機驅動模塊采用L298N芯片。在單片機接上模塊相應的控制引腳,通過單片機即可控制電機的正、反轉以及速度。四個電機的不同狀態的配合完成小車的前進、后退、左、右轉等功能。其與單片機的連接如圖3所示。
2.4 WIFI通信模塊
本設計上位機和下位機進行數據傳輸采用的無線傳輸WiFi模塊ESP8266。其電路連接如圖4所示。
3 系統軟件設計部分
3.1 UCOS操作系統
為了使得系統實時性良好,本設計在單片機上運行了UCOS系統。實時操作系統可以運行多任務,操作系統可以及時對任務進行處理[4]。
3.2 上位機界面設計
該設計可以實現在上位機設置搬運機器人停放的位置。本設計采用Qt Creator軟件編寫PC端上位機,實現人機交互界面。
3.3 PID算法
為了有效地控制機器人的行進,本設計采用PID算法控制電機的運行[5],減少誤差,停車機器人上裝超聲波測距傳感器,檢測行進路線上是否存在障礙物,避免發生碰撞事故。
本設計只需要把貨物放到搬運機器人上,機器人可以根據上位機設定的位置,自動行進到指定位置,系統流程如圖5所示。
4 總結
本文根據碼頭智能搬運機器人的功能需求,對搬運機器人進行了硬件和軟件的設計。通過模擬實驗測試,該機器人可以根據PC端上位機的不同操作指令,完成搬運工作。該設計為碼頭智能搬運提供了一個有效的解決方案。
【參考文獻】
[1]王鐵軍.基于傳感器陣列的嗅覺機器人及搜尋算法研究[D].哈爾濱工業大學,2008.
[2]智能車行車線偏離和障礙物報警的實現[D].南京:南京航空航天大學,2011.
[3]麥錦文.超聲波技術在汽車防撞系統設計的應用[D].裝備制造技術,2010.
[4]實時操作系統任務調度算法的硬件實現[D].哈爾濱:哈爾濱理工大學,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.
※基金項目:自治區級大學生創業訓練計劃項目(201811607074)。
作者簡介:黃鈺深(1997—),男,在讀本科生,北部灣大學機械與船舶海洋工程學院。
*通訊作者:張曉培(1984—),女,講師,北部灣大學機械與船舶海洋工程學院。