机器人搬运工程技术报告.doc
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1、第 22 页中国工程机器人大赛技术报告2015中国工程机器人大赛暨国际公开赛(RoboWork)机器人搬运工程技术报告参赛学校:华北电力大学队伍名称:冲队参赛队员:黄瑞托 吴秋淑 李梦带队教师:房静二一五年七月关于技术报告使用授权的说明 本人完全了解2015中国工程机器人大赛暨国际公开赛(RoboWork)关于保留、使用技术报告和研究论文的规定,即:参赛作品著作权归参赛者本人和比赛组委会共同所有,比赛组委会可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛机器人的视频、图像资料,并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中. 参赛队员签名:带队教师签名:日 期:引 言本文设计的搬运机器
2、人以STM32单片机系统为核心控制单元,通过RPR220光电传感器识别并反馈赛道信息,通过两个PARALLAX舵机以及万能算法控制搬运机器人的运动角度、方向及转速,通过控制钩子的升降实现物料的抓取与放置。将循迹模块、光电管模块、取物模块等功能模块集于一体,算法采用比例控制思想进行编程,通过对控制器的C语言编程,能够灵活地实现物料的搬运.实验结果表明,该系统设计方案确实可行.关键字:STM32;RPR220;PARALLAX;C语言ABSTRACTIn this paper we will design a Handling robot system based on STM32 SCM sys
3、tem.In order to recognize and feedback the information of racing track,RPR220 sensor has been employed in our system.Besides,controlling the angle,direction and speed is just taking good advance of the two PARALLAX string engines and universal algorithm。At the same time,through controlling the rise
4、and fall of the hook that is made of steel wire we manage to conduct the task of the objects fetch and setting。The module of tracking,sensor and fetching are set in a body,which has adopted the ideology of proportion control。Obviously,it is flexible for our simple design to realize the carry of obje
5、cts via C programming language of the controller.The experimental results indicate that our design scheme of the Handling robot system is truly feasible.Keywords:STM32;RPR220;PARALLAX;C目 录绪论7INTRODUCTION81 系统总体设计101。1 系统概述101.2 整体布局142 机械系统设计与实现192。1 万向轮192。2 舵机192。3 铜柱233 硬件系统设计及实现243。1 硬件设计243。1。1
6、 RPR220传感器243。1。2 ALIENTEK MiniSTM32243.1。3 开发板使用注意事项263。1.4 MCU273.2 电路设计方案283。2。1 ALIENTEK MiniSTM32电路283.2。2 RPR220光电传感器电路303。2。3 电源稳压电路303。2.4 LCD液晶显示屏304 软件系统设计与实现325系统开发及调试工具355。1 开发工具355.1。1 Keil ARM355。1。2 MDK5简介355。2 按键模块365。3 红外遥控器在调试过程中的使用375。4 ADC(模拟/数字转换)385。4.1 ADC介绍385。4。2 ADC主要特征385。
7、4。3 ADC功能描述395。4。4 ADC开关控制405。4。5 ADC时钟405。4。6 通道选择415。4。7 单次转换模式415.4。8 连续转换模式415.4。9 ADC中断425。5 USB串口、USB、电源426 结论44参考文献47致 谢48附录:程序源代码49绪 论机器人在搬运领域有极其重要的应用,然而研发能实际应用的机器人是有相当难度的,尤其是研发搬运领域实际应用的机器人.国内外生产竞赛用机器人的企业很多。美国Surveyor公司生产了一种名为SRV-1的履带式移动机器人,该机器人自带了数码摄像头和无线通讯等功能,机身小巧,可用于研究、教育等领域。目前国内有几十家,例如上海
8、未来伙伴机器人有限公司成立于1996年,其竞赛机器人产品包括:灭火机器人,足球机器人,擂台赛机器人等。国内很多高校近年来也开展了对于竞赛机器人的研究,电子科技大学万永伦介绍了一种竞赛全自动机器人,该机器人采用步进电机作为行走机构,钓鱼竿式的访求控制系统,主要用于参加首届全国大学生机器人电视大赛“抢攀珠穆朗玛峰”的比赛项目。清华大学、南开大学、天津大学等也都在搬运机器人方面有所研究.目前中国正在建立上海、昆山、天津、沈阳、哈尔滨、青岛、广州、芜湖、常州、厦门十大机器人产业园,大力发展机器人产业。搬运机器人项目是中国机器人大赛2011年新增的比赛项目,目前没有一个公共的硬件平台,由于厂家生产的竞赛
9、机器人成本较高,国内对于竞赛用搬运机器人的研究比较少,因此有必要开发出一款能够满足比赛要求、低成本、可扩展的机器人。本技术报告主要包括机械系统、硬件系统、软件系统等,详尽地阐述了我们的设计方案及思想,具体体现在硬件电路的创新设计、硬件结构的独特设计以及控制算法的优化设计.我们小组的创新之处主要在于算法及硬件结构。在此过程中,我们付出了很多努力,这份技术报告正是凝聚了我们的智慧、汗水,是我们团队共同努力的成果。在准备2015中国工程机器人大赛暨国际公开赛(RoboWork)机器人搬运组的比赛过程中,我们小组成员涉猎到自动控制原理、单片机原理与控制、机械原理、机械设计、电子技术、模电技术、汽车机械
10、、传感器技术、计算机等多个学科、多种领域,几个月的努力,培养了我们电路设计、机械设计、软件编程、系统调试等诸多方面的能力,锻炼了我们将知识融合贯通、动手实践操作的能力,让我们深刻体会到了坚持不懈、吃苦耐劳的宝贵品质的重要性,这对我们今后的生活、学习、工作都会起着潜移默化的作用。INTRODUCTIONWhat is known is that robot has extremely important application in the areas of transportation.However,it is difficult to invent robot which can poss
11、ess practical application,especially in the areas of transportation.Obviously,domestic and foreign production of the competition with a lot of robots are becoming more and more。It is said that one American company named Surveyor has had production in a sort of tracked mobile robot called SRV1 that c
12、omes with the function ofa digital camera and wireless communication.This kind of robots can behave compact body,which can be used for research, education and other fields。There are dozens of domestic that may product competition robotsincluding fire fighting robot, soccer robot, contest robot and s
13、o on.For example,Shanghai Future Partner Robot Co.,Ltd was established in 1996。Many colleges and universities in China have also carried out the research on the competition robot in recent years.As is known,Wan Yonglun of the University of Electronic Science and technology has introducted a kind of
14、competitionrobot which is automatic.This sort of robot can use stepping motor as a walking mechanism,which takes good advantage of search for control system of fishing rod type,mainly used to participate in the first national college robot TV contest project called grab the Mount Qomolangma。Tsinghua
15、 University, Nankai University, Tianjin University and other universities have been studied in the handling robot。At present, China is building ten robot industrial parks in Shanghai, Kunshan, Tianjin, Shenyang, Harbin, Qingdao, Guangzhou, Wuhu, Changzhou and Xiamen。There is no doubt that China is v
16、igorously developing the robotics industry。Handling robot project is thenew game Project in the Chinese robot competition in 2011,which has had no public hardware platform in the recent years.Domestic research forhandling robot for the competition is much fewer because of manufacturer production of
17、higher cost of competition robot.In that case,it is necessary to invent a variety of robot that can satisfy the requirements of the game, low cost, and be extended。This technical report describingthe design scheme and idea of our designin detailmainly includes mechanical system, hardware system, sof
18、tware system, etc.The unique design of the hardware circuit, the unique design of the hardware structure, and the optimal design of the control algorithm are detailed。Our teams innovation lies in the algorithm and hardware structure.In this process, we pay a lot of effort。This technical report is to
19、 gather our wisdom, sweat, which is the result of our team work together。In the course of preparation for China engineering robot competition and international open RoboWork of handling robot group in 2015,our team members have a variety of disciplines and fields of automatic control principle, the
20、principle of single chip microcomputer and control, mechanical principle,mechanical design, electronic technology, electronic technology, automotive machinery, sensor technology and computer。We have the ability of the circuit design, mechanical design, software programming, system debugging and so o
21、n, andto merge the knowledge and the practice operation after several months of hard work, deeply realizing the importance of perseverance and hard work of the valuable quality,which will be a subtle role of our future life, study and work。1 系统总体设计1。1 系统概述系统的总体概述为:搬运机器人先通过光电传感器先采集场地信息并记录,然后机器人开始基于ST
22、M32内置算法分析轨迹并进行相应路线运行,机器人搬运物块ACE到指定颜色位置完成第一环节后进行第二个环节10个物块的搬运。搬运机器人根据光电传感器反馈的数据准确停在指定物块位置,钩子抓取物块后,搬运机器人将物块送到指定位置通过光电传感器反馈数据松开钩子放下物块。运送物块过程中,搬运机器人通过尾部三个光电传感器实现精确转弯并通过PWM输出控制机器人沿着赛道行进.运送物块两个环节结束后,机器人沿线返回起点位置。根据系统的基本要求,我们设计了系统结构图,如图1.1。1所示。在满足比赛要求的情况下,力求系统的简单高效稳定,因而在设计过程中尽量简化硬件结构,同时减少因硬件而引发的问题.图1。1.2为RP
23、R220光电传感器结构图,图1.1。3为RPR220光电传感器硬件分布图,图1.1.4为RPR220光电传感器硬件实物图,图1。1。5为取物舵机结构图,图1。1.6为取物舵机硬件分布图,图1。1。7为取物舵机硬件实物图。RPR220传感器信息采集、反馈 STM32单片机系统 占空比信息占空比信息 行进舵机 取物舵机图1.1.1 系统结构图 两个前瞻三个主要巡线RPR220光电传感器三个转弯及辅 助巡线图1。1。2 光电传感器结构图 图1。1。3 光电传感器硬件分布图 图1。1。4 光电传感器硬件实物图 取物舵机 舵机3 舵机1 舵机2 钩子3 钩子4 钩子2 钩子1 钩子6 钩子5 钩子7图1
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