基於STM32與Maixpy技術的智能物流搬運機器人

二、 項目相關研究現狀及發展動態

自動化物流是集光機電信息技術為一體的系統工程，隨着信息技術的發展，它具有更廣闊的外延，典型的自動化物流技術主要包括自動化立體倉庫系統、自動輸送系統、自動引導車系統AGVS、機器人作業系統和自動控制系統等。

AGV在我國的研究及應用起步較晚，20世紀70年代後期，北京起重運輸機械研究所研製了三輪式AGVS：80年代後期，北京機械工業自動化研究所為二汽研製了應用在立體化倉庫中的AGV：瀋陽自動化研究所為金盃汽車公司研製了汽車發動機裝配用的AGV：90年代，清華大學國家CIMS工程中心將衝國外引進的AGV成功的應用於CIMS的實驗研究；清華大學計算機技術應用系研製了用於郵政中心的AGV：昆明航舶設備研究所研製了激光導向式AGV以及吉林工業大學智能車輛課題組為汽車裝配研製了視覺導向AGV等。

在國外，美國的機器人技術一直處於世界領先水平。在1967-1974年間，由於政府對機器人的發展的重視程度不夠，且機器人處於發展初期，價格昂貴，適用性不強，導致發展緩慢。此後，在美國機器人協會、製造工程師協會積極主動地進行推廣的前提下，同時以機器人為核心的柔性自動化生產線所具備的優點又適應了美國高效生產、市場多變的需要，從而使機器人技術得到迅猛發展。

日本機器人的發展經歷了20 世紀 60 年代的搖籃期，70 年代的實用期以及80年代的普及、提高期三個階段。日本東京機械貿易公司於 1967 年首次從美國AMF公司引進 Vetsatran 機器人。日本川崎重工業公司於 1968 年與美國 Unimation公司締結國際技術合作協議，引進Unimation 機器人。日本機器人於 1970 年實現國產化。自此以後，日本進入了機器人技術的開發和應用時期。

三、 項目實施的目的、意義（不少於200 字）

利用單片機技術、電機驅動技術、無線技術、聲音識別技術等知識設計一個基於單片機的聲音引導系統，控制小車在特定聲音的引導下進行運動併到達指定的位置。其涉及的知識面較廣，它涵蓋了電子、機械、通信、軟件學等領域。通過本次設計掌握一般自動控制系統的軟件(如C語言、彙編語言)，硬件(如電機驅動電路、放大比較電路、抗干擾電路)的設計原理及實現方法，能提高對系統設計的總體調試和整體把握能力，熟悉系統的開發安裝調試過程，為今後的工作打下基礎。採用自動運輸業提高了運輸過程中的安全性。對於人力搬運而言，在搬運過程中的任何小小的失誤，都可能造成搬運人員的人身傷害。自動引導小車不僅可以在無人監控的狀態下正常運行，同時也可以通過在車的四周裝上一些避障傳感器來有效地躲避障礙物，有效地將人員的傷害降到了最低點。

五、項目研究與實施的基礎條件（不少於300 字）

(1) 人員基礎可行：參加本項目的同學已學習了電路、數模電和通信原理等相關課程，學習了PLC和低壓電氣控制的相關知識，以及可以很好的掌握，應用STM32解決串口通信，瞭解並可以正確使用maxipy技術，並且可以張哇相關機械知識背景來設計製造機械部分。

(2) 實驗條件可行：電工電子實驗中心為學生提供實驗室，以及相關的實驗儀器，技術支持和老師指導。

(3) 研究方法可行：採取實驗、調查，查閲資料相結合的研究方法，可以在保證項目質量的基礎上，加快項目進度。

(4) 研究實用性和可行性：

基於以Coryex-M3為內核的STM32F103R8T6芯片，我們要在掌握了KEIL MDK編程的基礎上，通過Maixpy模塊對不同的物體進行有效識別。這樣就有了機器人的基本運行架構，再加上機械電子等模塊的有機結合，就可以基於這樣的技術搭建起一台智能物流搬運機器人。而對機械與電子模快模型的數據綜合更改與調試，就可以使機器人在不同類型的工作場景下面對不同質量體積，不同類型的物體進行有效投放。這樣的設計在工廠，寫字樓，辦公場所與未來獎面臨的多樣化的智能場所使可以大大降低勞動力與成本的設計，而機器人的推廣與運營，就要靠技術的告訴發展與智能概念的傳播。智能機器人的使用，將來一定可以將人們的生活，工作帶向更便捷，智能，經濟的方向。

六、項目實施方案（不少於300 字）

1.系統設計思路

（1）機械：機器人的主板可以用有機玻璃亞克力板材料這種材料有很好的機械強度，可以支撐機器人完成各種搬運動作。而且有機玻璃可以很好的讓人們看見內部機器人的結構，在機器人出現故障的時候，可以快速確定故障的原因而不拆開機器人。舵機架，電機架，機械臂等結構可以使用一些強度比較高的材料，如碳纖維，輕質鋁合金等。機器人的緊固件需自行設計，匹配各種型號，各種類型的不同螺絲，螺母。整個機器人的機械部分都需要有一定建模水平的機械專業同學來設計，優化，製造。

（2）驅動：機器人的驅動部分也是整個機器人的核心部分。一個驅動系統的完整性以及功能多樣性決定了機器人可以實現的功能以及在運行中的穩定與否。我們自主設計的驅動系統由以Coryex-M3為內核的STM32F103R8T6芯片作為主控模塊，連接了從底盤，機械臂到攝像頭等各個硬件的驅動模塊，具體有：電源穩壓模塊，直流電機驅動模塊，舵機驅動模塊，循線傳感器模塊，步進電機驅動模塊。其中，舵機驅動模塊還包含了機械臂電機驅動控制模塊控制的功能，而循線傳感器模塊還包括了整車四個電機的綜合穩定循跡調試等功能。整個系統都由程序自動控制驅動，從而達到自主運行的效果。

（3）傳感器：機器人的循線傳感器系統使保證其穩定準確運行的前提與保證，Maixpy攝像頭可以提供正確的圖像識別信息。在機器人自主運行的過程中，首先由Maixpy正確識別物體的外形以及二維碼等有效信息，傳輸到主控模塊，再由提前下載好的程序判斷接下來的動作。而在完成識別認證確認後，循線傳感器將綜合底盤的電機進行循跡調整，依次實現機器人的穩定行進。最後再由舵機驅動模塊下達正確的擺放動作。

（4）控制：整個機器人都採用串口通信的方式連接各個模塊與主控板。在機器人完成初始化設置前，要先進行串口綜合調試。在串口綜合調試過程中，要對各個模塊進行模塊種類號與ID號的設置與初始化。在完成一系列初始化設定後，可以對機器人的接線進行相關處理，以達到美觀整齊的效果。可以運用紮帶，包裝線，貼紙等簡單的工具進行外觀處理，也可以運用提前設計號的模型，用塑料等簡單材料3D打印或製造相關外殼。

（5）循跡：針對不同的工業場景和多樣化的運行環境，機器人可以採取麥輪，萬向輪，履帶等多種組合方式搭建。而不管何種地盤，都要運用到循線傳感器來進行循跡綜合電機調試，來保障機器人在移動過程中的穩定運行。

2.系統框圖

3.各個模塊及其功能

主控模塊功能：採集下屬傳感器模塊的信息，通過通訊接口下發命令與參數從而實現對下屬驅動模塊的控制。

電源穩壓模塊功能：1、電源接口擴展；2、電源電壓轉換。

直流電機驅動模塊功能：控制與驅動直流減速電機，擁有開環、速度閉環等多種模式，默認模式為速度環。

舵機驅動模塊功能：功能：控制與驅動舵機，可同時控制角度舵機與360度舵機。

循線傳感器模塊功能：檢測路面導航條的位置，並將取得的信息發送給主控模塊。巡線模塊的ID號可通過自身按鍵設置；巡線模塊可進行檢測信號閾值自校準。

步進電機驅動模塊功能：控制與驅動舵機，可同時控制角度舵機與360度舵機。

4.具體時間和任務安排：

第一階段：2021年6月——2021年7月完成實驗方案的論證，所需器材的統

計與採購。完成為下一階段的實施提供必要的實驗物資的準備工作。

第二階段：2021年7月——2021年9月完成硬件電路的軟件仿真，以及對硬件電路的調試與優化，為系統搭建良好的硬件平台。

第三階段：2021年10月——2021年12月完成系統源代碼的編寫與調試，使各個模塊能夠正常的運行。

第四階段：2022年1月——2022年3月完成各個模塊的聯調以及源代碼的優化，使各個模塊達到最優的運行效果。

第五階段：2022年3月——2022年4月完成整理資料，撰寫、修改論文等工作。

第六階段：2022年4月——2022年6月完成實驗項目，驗收結題。

七、項目創新點及特色（不少於300 字）

九、項目研究進度安排及各階段預期成果(本欄內容為中期檢查及結題答辯重要參考)

(1) 將會完成本課題的所有申報任務；

(2) 樣機1套；

(3) 研究報告1份；