基于51单片机的智能搬运机器人系统设计

一种爬梯机械人的设计

[摘要]

在日常生活和生产中经常要将重物搬上楼梯，传统的方法基本是靠人力搬运完成，有时由于重物太重或人手不足而无法搬运，本课题就是为克服这个难题而设计的。本论文主要对爬楼机器人星型轮的传动机构及控制系统进行详细设计。首先介绍了国内外爬楼机器人研究现状，阐明本课题研究的目的、意义。然后进一步介绍了本爬楼机器人总体结构。在深入分析爬楼机构及其攀爬对象的基础上，设计了相对优势较明显的轮组结构爬楼机器人。对机器人小车的运动学模型进行分析，论证小车实现任意曲线运动所包含的自转、直线前进、圆弧前进三个基本运动单元的可行性。引入虚拟样机技术，通过Pro/Engineer三维建模并进行模拟运动仿真。文章最后研究设计了在各种环境下，以单片机 C8051F310 为核心的爬楼控制系统。在控制系统中，采用超声波传感器的对称排列，获取了自主上楼梯所必须地两个关键参数θ和 q；对驱动大功率电机的电路进行分析，设计了更适合大功率，更安全的电机驱动电路，直流马达配合高功率MOSFETⅡ型驱动器。

关键词：爬楼机器人；三星轮； MOSFET驱动电路；单片机 C8051F310 Abstract

II

Abstract

Moving weight from up and down is required in our daily activities and productivities, and it

was done by hand. While it is too heavy or short –handed to finished in some times. This thesis is

designed to overcome the obstacles and it gives a detailed designing on transmission device and

control system of star-like wheel of stair-climbing robot. Firstly ,it introduced a current situation of

1 自动搬运机器人

王泽栋1 曹嘉隆1 高召晗1 杨超2

（1．电子信息工程系学生，2.电子信息工程系教师）

【摘要】

本设计与实作是利用反射式红外线传感器所检测到我们所要跑的路线，我们以前后车头共4颗红外感应传感器TCRT5000来检测黑色路线，并利用Atmel公司生产的8位单片机AT89S52单片机做决策分析。，将控制结果输出至直流电机让车体自行按预先设计好的路线行走。以AT89S52晶片控制自动搬运机器人的行径，藉由自动搬运的制作过程学习如何透过程式化控制流程、方法与策略、利用汇编语言控制电机停止及正反转，使自动搬运机器人能够沿轨道自行前进、后退以及转弯。目的是在于让车子达到最佳效能之后，参加比赛为最终目的。自动搬运机器人运行过程中会遇到直线、弯道、停止。该设计集检测，微控等技术为一体，运用了数电、模电和小系统设计技术。该设计具有一定的可移植性，能应用于一些高难度作业环境中。

【关键词】自动搬运；黑线检测；时间显示。

1.系统方案选择和论证

1．1 系统基本方案

根据要求，此设计主要分为控制部分和检测部分，还添加了一些电路作为系统的扩展功能，有电动车每一次往返的时间（记录显示装置需安装在机器人上）和总的行驶时间的显示。系统中控制部分包括控制器模块、显示模块及电动机驱动模块。信号检测部分包括黑线检测模块。系统方框图如图1.1.1

图1.1 系统方框图

1．2各模块方案的比较与论证

（1） 控制器模块

根据设计要求，控制器主要用于信号的接收和辨认控制电机的正反转、小车的到达直角转弯处的转向、时间显示。

方案一：采用MCS-51系列单片机价格低、体积小、控制能力强。

方案二：采用与51系列单片机兼容的Atmel公司的AT89S52作为控制器件 黑线检测模块 控制器模块 小车驱动模块

显示模块

2 的核心。AT89S52单片机作为系统控制器。它的功耗低，技术成熟，成本低，引脚较少，硬件布线简单，并且与51系列单片机兼容，AT89S52作为处理传感器传来的信号和控制转电动机的正反转以及数码管显示的核心部件，这样的设计不仅可以降低成本，还可以使系统更加稳定。同时由于安装和调试工作可以并行进行，极大地缩短了总体设计和制造的时间。

基于颜色识别的智能搬运机器人的设计

郑永涛;叶仕通;张钊

【摘 要】文中研究基于颜色识别技术进行智能搬运机器人的设计.搬运机器人系统以STM32芯片为控制核心,利用无线通讯模块与控制中心通讯,联合颜色传感器、机械臂以及载物小车组成自动引导搬运机器人系统,实现对码垛小型柱状物料以及不同颜色物体的搬运.通过智能分拣、搬运,以降低生产过程中对人工的使用,同时提高生产效率.%On the basis of the color recognition technology, this paper is

about the design of intelligent transport robot. The transport robot system

has the controlling core of STM32 chip which uses the wireless

communication module and controlling center communication, associates

the color sensor machine, manipulator arm with loading car to form an

automatic handling robot guidance system for stacking small cylindrical

objects of different colors and materials handling in order to reduce the

utilization of labor in the process of production and improve the

productivity by intelligent sorting and handling.

【期刊名称】《电子设计工程》

【年(卷),期】2017(025)010

基于 STM32的智能分拣机器人系统设计

摘要:本文研究的主要内容是单片机采集TCS230颜色传感器的数据进行数据对比，分拣颜色，从而输出指令给电机驱动板，单片机再采集灰度条的状态，判断小车坐标，进行路线规划，控制小车寻迹至各颜色对应的区域。本论文的主要特点是，采用输出数字量的8路灰度条传感器进行小车的寻迹与坐标定位；使用4线spi通讯的OLED屏设计人机交互；使用4自由度的机械臂作为机器人搬运或夹取物品的工具。

关键词：环境监测；分拣、TCS230颜色识别、机械臂、单片机；

1 引言

今年来，随着中国快递行业的快速发展，行业规模迅速扩大，在2020年，中国的快递年总业务量已超过了800亿。面对物流行业业务量的快速增长，对快递的分拣效率要求也在不断的提高。目前许多的物流公司也都采用了许多不同的分拣机器。在科技的发展中，机器人能够有效的提高劳动生产率、产品质量、生产效率与降低生产成本等方面都有着重要的作用和意义。随着现代计算机网络技术的发展和信息社会技术时代的进步，智能工业机器人的物流技术研究和其应用逐渐成为社会广泛关注的热点，并且在经济社会的各个领域中广泛使用[1][1]。智能分拣机器的出现，在物流行业中的中转中心环节能够大大的减少人力负担，并且提升分拣效率，降低分拣的容错率。

2 系统总体设计方案

图1 系统总体设计方案/系统结构图

2.1 系统硬件结构 1.硬件系统搭建

本系统的硬件平台如下图所示：

图2 硬件平台图

系统整体设计以STM32作为核心，包括各种传感器模块，电源模块，电机模块，机械臂，设计一个分拣智能机器人。

机器人的行动方式采用了智能小车作为运输承载作用的方案，使用灰度条循迹传感器进行路线的识别及规划，输出PWM给L298N驱动板来控制电机，使用比较基础的颜色传感器TCS230进行颜色识别，对比数据，针对物品的颜色进行分类，其中分拣的颜色为RGB（红绿蓝）三种颜色。当颜色传感器检测到物品颜色后，系统能够根据检测到的物品颜色控制机器人将物品进行特定区域的分拣，完成机器人智能分拣任务。