基于STM32單片機的智能搬運機器人的設計

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。