基于STM32与Maixpy技术的智能物流搬运机器人

二、 项目相关研究现状及发展动态

自动化物流是集光机电信息技术为一体的系统工程，随着信息技术的发展，它具有更广阔的外延，典型的自动化物流技术主要包括自动化立体仓库系统、自动输送系统、自动引导车系统AGVS、机器人作业系统和自动控制系统等。

AGV在我国的研究及应用起步较晚，20世纪70年代后期，北京起重运输机械研究所研制了三轮式AGVS：80年代后期，北京机械工业自动化研究所为二汽研制了应用在立体化仓库中的AGV：沈阳自动化研究所为金杯汽车公司研制了汽车发动机装配用的AGV：90年代，清华大学国家CIMS工程中心将冲国外引进的AGV成功的应用于CIMS的实验研究；清华大学计算机技术应用系研制了用于邮政中心的AGV：昆明航舶设备研究所研制了激光导向式AGV以及吉林工业大学智能车辆课题组为汽车装配研制了视觉导向AGV等。

在国外，美国的机器人技术一直处于世界领先水平。在1967-1974年间，由于政府对机器人的发展的重视程度不够，且机器人处于发展初期，价格昂贵，适用性不强，导致发展缓慢。此后，在美国机器人协会、制造工程师协会积极主动地进行推广的前提下，同时以机器人为核心的柔性自动化生产线所具备的优点又适应了美国高效生产、市场多变的需要，从而使机器人技术得到迅猛发展。

日本机器人的发展经历了20 世纪 60 年代的摇篮期，70 年代的实用期以及80年代的普及、提高期三个阶段。日本东京机械贸易公司于 1967 年首次从美国AMF公司引进 Vetsatran 机器人。日本川崎重工业公司于 1968 年与美国 Unimation公司缔结国际技术合作协议，引进Unimation 机器人。日本机器人于 1970 年实现国产化。自此以后，日本进入了机器人技术的开发和应用时期。

三、 项目实施的目的、意义（不少于200 字）

利用单片机技术、电机驱动技术、无线技术、声音识别技术等知识设计一个基于单片机的声音引导系统，控制小车在特定声音的引导下进行运动并到达指定的位置。其涉及的知识面较广，它涵盖了电子、机械、通信、软件学等领域。通过本次设计掌握一般自动控制系统的软件(如C语言、汇编语言)，硬件(如电机驱动电路、放大比较电路、抗干扰电路)的设计原理及实现方法，能提高对系统设计的总体调试和整体把握能力，熟悉系统的开发安装调试过程，为今后的工作打下基础。采用自动运输业提高了运输过程中的安全性。对于人力搬运而言，在搬运过程中的任何小小的失误，都可能造成搬运人员的人身伤害。自动引导小车不仅可以在无人监控的状态下正常运行，同时也可以通过在车的四周装上一些避障传感器来有效地躲避障碍物，有效地将人员的伤害降到了最低点。

五、项目研究与实施的基础条件（不少于300 字）

(1) 人员基础可行：参加本项目的同学已学习了电路、数模电和通信原理等相关课程，学习了PLC和低压电气控制的相关知识，以及可以很好的掌握，应用STM32解决串口通信，了解并可以正确使用maxipy技术，并且可以张哇相关机械知识背景来设计制造机械部分。

(2) 实验条件可行：电工电子实验中心为学生提供实验室，以及相关的实验仪器，技术支持和老师指导。

(3) 研究方法可行：采取实验、调查，查阅资料相结合的研究方法，可以在保证项目质量的基础上，加快项目进度。

(4) 研究实用性和可行性：

基于以Coryex-M3为内核的STM32F103R8T6芯片，我们要在掌握了KEIL MDK编程的基础上，通过Maixpy模块对不同的物体进行有效识别。这样就有了机器人的基本运行架构，再加上机械电子等模块的有机结合，就可以基于这样的技术搭建起一台智能物流搬运机器人。而对机械与电子模快模型的数据综合更改与调试，就可以使机器人在不同类型的工作场景下面对不同质量体积，不同类型的物体进行有效投放。这样的设计在工厂，写字楼，办公场所与未来奖面临的多样化的智能场所使可以大大降低劳动力与成本的设计，而机器人的推广与运营，就要靠技术的告诉发展与智能概念的传播。智能机器人的使用，将来一定可以将人们的生活，工作带向更便捷，智能，经济的方向。

六、项目实施方案（不少于300 字）

1.系统设计思路

（1）机械：机器人的主板可以用有机玻璃亚克力板材料这种材料有很好的机械强度，可以支撑机器人完成各种搬运动作。而且有机玻璃可以很好的让人们看见内部机器人的结构，在机器人出现故障的时候，可以快速确定故障的原因而不拆开机器人。舵机架，电机架，机械臂等结构可以使用一些强度比较高的材料，如碳纤维，轻质铝合金等。机器人的紧固件需自行设计，匹配各种型号，各种类型的不同螺丝，螺母。整个机器人的机械部分都需要有一定建模水平的机械专业同学来设计，优化，制造。

（2）驱动：机器人的驱动部分也是整个机器人的核心部分。一个驱动系统的完整性以及功能多样性决定了机器人可以实现的功能以及在运行中的稳定与否。我们自主设计的驱动系统由以Coryex-M3为内核的STM32F103R8T6芯片作为主控模块，连接了从底盘，机械臂到摄像头等各个硬件的驱动模块，具体有：电源稳压模块，直流电机驱动模块，舵机驱动模块，循线传感器模块，步进电机驱动模块。其中，舵机驱动模块还包含了机械臂电机驱动控制模块控制的功能，而循线传感器模块还包括了整车四个电机的综合稳定循迹调试等功能。整个系统都由程序自动控制驱动，从而达到自主运行的效果。

（3）传感器：机器人的循线传感器系统使保证其稳定准确运行的前提与保证，Maixpy摄像头可以提供正确的图像识别信息。在机器人自主运行的过程中，首先由Maixpy正确识别物体的外形以及二维码等有效信息，传输到主控模块，再由提前下载好的程序判断接下来的动作。而在完成识别认证确认后，循线传感器将综合底盘的电机进行循迹调整，依次实现机器人的稳定行进。最后再由舵机驱动模块下达正确的摆放动作。

（4）控制：整个机器人都采用串口通信的方式连接各个模块与主控板。在机器人完成初始化设置前，要先进行串口综合调试。在串口综合调试过程中，要对各个模块进行模块种类号与ID号的设置与初始化。在完成一系列初始化设定后，可以对机器人的接线进行相关处理，以达到美观整齐的效果。可以运用扎带，包装线，贴纸等简单的工具进行外观处理，也可以运用提前设计号的模型，用塑料等简单材料3D打印或制造相关外壳。

（5）循迹：针对不同的工业场景和多样化的运行环境，机器人可以采取麦轮，万向轮，履带等多种组合方式搭建。而不管何种地盘，都要运用到循线传感器来进行循迹综合电机调试，来保障机器人在移动过程中的稳定运行。

2.系统框图

3.各个模块及其功能

主控模块功能：采集下属传感器模块的信息，通过通讯接口下发命令与参数从而实现对下属驱动模块的控制。

电源稳压模块功能：1、电源接口扩展；2、电源电压转换。

直流电机驱动模块功能：控制与驱动直流减速电机，拥有开环、速度闭环等多种模式，默认模式为速度环。

舵机驱动模块功能：功能：控制与驱动舵机，可同时控制角度舵机与360度舵机。

循线传感器模块功能：检测路面导航条的位置，并将取得的信息发送给主控模块。巡线模块的ID号可通过自身按键设置；巡线模块可进行检测信号阈值自校准。

步进电机驱动模块功能：控制与驱动舵机，可同时控制角度舵机与360度舵机。

4.具体时间和任务安排：

第一阶段：2021年6月——2021年7月完成实验方案的论证，所需器材的统

计与采购。完成为下一阶段的实施提供必要的实验物资的准备工作。

第二阶段：2021年7月——2021年9月完成硬件电路的软件仿真，以及对硬件电路的调试与优化，为系统搭建良好的硬件平台。

第三阶段：2021年10月——2021年12月完成系统源代码的编写与调试，使各个模块能够正常的运行。

第四阶段：2022年1月——2022年3月完成各个模块的联调以及源代码的优化，使各个模块达到最优的运行效果。

第五阶段：2022年3月——2022年4月完成整理资料，撰写、修改论文等工作。

第六阶段：2022年4月——2022年6月完成实验项目，验收结题。

七、项目创新点及特色（不少于300 字）

九、项目研究进度安排及各阶段预期成果(本栏内容为中期检查及结题答辩重要参考)

(1) 将会完成本课题的所有申报任务；

(2) 样机1套；

(3) 研究报告1份；