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应用PIC单片机控制的智能排险机器人

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现代制造工程2010年第8期机器人应用PIC单片机控制的智能排险机器人陈琪，吴立志，王中雨，高鹏（北京石油化工学院工程教育中心，北京102617）

摘要：介绍以PIC单片机为控制核心的智能排险机器人。重点介绍机器人的硬件电路、软件设计以及机械结构。其中硬件控制系统主要包括主芯片的外围电路、信号采集模块以及电动机驱动模块。软件设计主要包括机器人的搜寻算法和灭火处理模式。关键词：PIC单片机；电动机驱动；信号采集；传感器；搜寻算法中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1671—3133（2010）08—0156—04

TherobotusedtogetridofthedangerbasedonPICcontrolCHENQi，WULI-zhi，WANGZhong-yu，GAOPeng（DepartmentofMechanicalEngineering，BeijingInstituteofPetro-chemicalTechnology，Beijing102617，China）Abstract：Inducesarobotusedtogetridofthedanger．ThecorechipadaptedisPICchip．Especiallyintroducedit'shardwarecircuit，softwaredesignandthemechanicalstructure．Amongthemthecontrolsystemofhardwarehasintroducedtheperipheralcircuitincludingmainchipmainly，themodulethesignalgathersandthemotordrivingmodule．Softwaredesignhasintroducedsearchingalgorithmsandthemodeofputtingoutthefire．Keywords：PICchip；themotordriving；thesignalgathers；sensors，；searchalgorithms

近年来，机器人技术已经取得很大的发展。机器人技术融合了机械、电子、传感器、计算机和人工智能等许多学科的知识，涉及当今许多前沿领域的技术。一些发达国家已经把机器人比赛作为创新教育的战略手段。我国近几年也举办了各式各样的机器人比赛。这在一定程度上促进了机器人技术的发展，同时也提高了广大学生动手能力、创新能力、合作能力和进取精神，普及了机器人知识。在各种智能机器人中，排险机器人越来越受到人们的重视。它们主要被用来代替人去排除一些危险的情况。由于其在现实中有着巨大的使用价值，目前许多研究机构都投入大量的人力和物力进行研究。本文基于PIC单片机设计了一种小型车载智能排险机器人，它能被广大中小学以及大学用来进行实验性教学。根据设计的不同实验环境来编制软件，通过软件来控制机器人完成需要的动作。在实验中用火源来代替危险物，让机器人实现搜寻、靠近和处理等一系列的动作，取得了很好的效果。同时，此种机器人还有很强的可扩展性，能根据自己的需要在此基础上进行二次开发。1机器人的总体构成车载智能排险机器人由控制系统、车身以及机械手组成。主控制电路板是整个机器人的核心，它实现的是采集信号并处理信号，然后根据程序逻辑输出控制电动机。车身是机械手的载体，用两个直流电动机驱动并带有前、后两个导向轮，可以携带机械手到达指定地点，并且保证机器人在运动过程中的平稳性。机械手主要是实现对外界情况的处理，由四个直流电动机分别控制左、右转动，前、后伸缩，上、下升降以及手的开合，可以完成空间多自由度运动。机器人总体结构如图1所示。

2控制系统

车载智能排险机器人的控制系统主要由PIC单片机控制器、电动机驱动模块和传感器接口模块组成，如图2所示。2.1硬件构成

控制电路板包括美国Microchip公司的PIC16F877微控制器、电源模块、复位电路、外部晶振、

651机器人现代制造工程2010年第8期图1机器人总体结构图2机器人控制系统组成数字信号采集模块、模拟信号采集模块，以及电动机驱动模块和扩展端口。2.1.1电源、复位以及外部晶振电路

采用7805芯片为PIC16F877微控制器提供工作电压。电池采用9V电压，经7805芯片的管脚输出为5V，同时设置一个三位开关，既可以实现正常启动、关

闭机器人，又可以为机器人电池充电。外部晶振使用12MHz，为PIC16F877微控制器提供时钟频率。2.1.2信号采集模块

信号采集模块包括数字信号采集模块和模拟信号采集模块。传感器采用碰撞传感器、接近传感器以及红外光敏传感器，其中前两类传感器采集的是数字信号。碰撞传感器当没有东西接触时其信号端为高电平，反之为低电平；接近传感器可以检测5～15cm区间内有没有障碍物，如果有则信号端为低电平，反之为高电平；红外光敏传感器的信号端输出的是模拟信号。根据外界红外光强的不同变换输出0～5V的电压值。其中，PIC16F877微控制器有RE0～RE2、RA0

～RA3以及RA5等八个接口，具有模拟/数字（A/D）转

换功能，通过程序将其中某些接口设定为模拟量输入口。2.1.3直流电动机驱动模块

直流电动机的驱动部分采用双H桥高电压大功

率集成电路L298N，用来驱动继电器线圈、直流电动机和步进电动机等感性负载。L298N可用来驱动双电动机，驱动能力强，而且与单片机直接连接，用高/低电平来控制电动机的正转、反转及停止，非常方便。控制板共使用三个电动机驱动电路，分别驱动两个小车电动机和四个机械手电动机。同时，外扩了一个三极管驱动电路，控制风扇按一个方向转动，实现灭火。2.2软件设计

整个控制程序工作流程如图3所示。

图3控制程序工作流程2.2.1搜寻算法

机器人在没有发现火源时会自主搜寻火源，而且在搜寻火源的过程中要实现避障功能。按照搜寻规则，给定接近传感器的端口分配。由于采用两个接近传感器，且沿前方对称布置，并分别与正前方向外成15°夹角（可以根据具体情况改变）。当传感器检测到

有障碍物时，则传感器信号值为低电平，因此，可以通过位判断语句来确定有无障碍，根据信号可判断出外界的四种情况，利用控制程序使机器人进行相应的处理：1）左边有、右边无时右转一角度。2）右边有、左边无时左转一角度。3）左边有、右边有时后退，并左转一角度。4）左边无、右边无时前进搜寻。由于机器人是向前行走的，因此无须对后面进行检测。通过以上控制算法，机器人可以实现在自主搜寻过程中的无障碍行驶。

751现代制造工程2010年第8期机器人2.2.2趋近算法

机器人在搜寻火源的过程中，通过判别红外光敏传感器的数值来确定是否有火。本设计采用三个红外光敏传感器，一个安置在机器人正前方，另外两个在机器人两边对称布置，并向外与正前方成30°角。传感器返回电压值经模/数转化后转化为14位数字量，由于传感器的精度问题一般通过软件设置只取其中的高八位。对于火的判断设置了三个变量值。第一个是“环境平均光强”，其主要作用是屏蔽掉环境因素的影响，由于外界阳光或其他红外光源的存在，使机器人所在环境存在某一光强水平，只有当检测的光强水平值高于平均水平时才认为是火源。第二个是“近距离靠近变量”，机器人在靠近危险区域时才停止行走，机器人的停止是靠检测危险区域的白色信号来控制的，因此，在较远距离时不检测白色信号，只有在充分靠近时才进行检测，这样可防止机器人在较远位置时的“误判断”。由于对称布置传感器，以上两个变量值要

与中间传感器的转化值进行比较。第三个是“偏转变量”，机器人在趋近火源时，要保证其尽量对准火源，当光强差处在一个范围即偏转变量之内时前行，否则就要进行纠偏，通过左、右光强差来实现纠偏控制功能。2.2.3机械手控制

当机器人到达危险区域并停止前进时，机械手开始抓取危险物，如蜡烛等。机械手由伺服电动机控制，通过碰撞传感器来检测其转过的角度，进而确定机械手的空间位移。因此，可以通过软件精确控制机械手，并能记录下机械手的空间位置和每次走过的位移。在机械手抓取危险物的过程中，采取精确对准，即在前伸抓取时让机械手去不断调整自己的空间位置，始终保证危险物处在机械手的正前方。精确对准采用与前面“纠偏”一样的方法，只是将“偏转变量”调整得更小一些，实现动态抓取，即使火源不是固定的，而是在空间有些位移，机械手仍然可以成功地抓取。为了实现机械手的快速动作，在程序上采用电动机联动。机械手的控制设置为“正常抓取”和“抓取演示”两种工作模式，可以根据需要进行切换。机械手能实现自动复位和人工复位两种复位方式。机器人手臂前伸抓取子程序如下：；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊QIANSHENDAOQIANFANGQIAN_SHEN_ZUACLRF10HM_23CLRF12HLO_2BSFPORTD，4

BCFPORTD，5CALLZAI_DUIM_21BTFSSPORTB，2GOTOM_22GOTOM_23M_22CALLDELAYBTFSC12H，1GOTOLO_2BSF12H，1INCF10HMOVLWD'60'SUBWF10H，0BTFSSSTATUS，CGOTOLO_2CALLX_XGOTOCH_ZY_1BSFXX，7CH_ZSUBWF39H，0BTFSCSTATUS，CRETURNBTFSSXX，7GOTOX_YGOTOX_ZX_ZBSFPORTD，6MOVF10H，0MOVWF14HGOTOZUA_QRETURN；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ZAICIDUIZHUNZAI_DUIBCFXX，7CALLMO_SHUMOVLWDIFF_1MOVWF39HMOVF30H，0；30H-RE0ZUOBIANSUBWF31H，0；31H-RE1YOUBIANBTFSCSTATUS，C；YOUQIANGTIAOZHUANGOTOY_1MOVF31H，0SUBWF30H，0BSFXX1，7BCFPORTD，7RETURNX_YBSFPORTD，7BCFPORTD，6RETURN（下转第162页）

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基于STM32单片机的智能搬运机器人的设计

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基于STM32单片机的智能搬运机器人的设计作者：黄钰深张晓培梁金耀赵明范碧纯来源：《科技视界》2019年第12期0 引言智能机器人带有多种传感器，可以将传感器得到的信息进行融合，有效地适应变化的环境[1]。

本文设计的搬运机器人只要在PC端上位机上设置搬运停放的位置，搬运机器人进行自主运动，根据指定的路线行进到指定位置。

1 智能搬运机器人系统设计方案系统设计中选用STM32单片机作为主控制器，负责接收指令和逻辑运算。

WI-FI模块作为搬运机器人与PC端上位机之间通讯的桥梁，负责传输数据以及各种指令。

使得PC端上位机可以实时控制搬运机器人。

电机及电机驱动模块及电机是系统的动力部分。

超声波模块负责检测搬运机器人在前进线路上是否有障碍[2]，并作出调整直到搬运机器人道达指定位置。

系统的总体框图如图1所示。

2 智能搬运机器人硬件设计2.1 控制模块的选择STM32是一种常用的开发芯片，其运算速度快、精度高、能耗小等，并且易于开发。

本系统采STM32F103RCT6作为控制系统的主控制器，完成超声波信息收集、避障、行进、搬运等任务。

2.2 超声波传感器模块本设计的避障采用的是超声波测距离传感器。

超声波测距是通过发射超声波，在遇到障碍物后超声波会被反射被接收器接收到[3]。

其与单片机的接线图如图2所示。

2.3 电机驱动模块此系统的电机驱动模块采用L298N芯片。

在单片机接上模块相应的控制引脚，通过单片机即可控制电机的正、反转以及速度。

四个电机的不同状态的配合完成小车的前进、后退、左、右转等功能。

其与单片机的连接如图3所示。

2.4 WIFI通信模块本设计上位机和下位机进行数据传输采用的无线传输WiFi模块ESP8266。

其电路连接如图4所示。

3 系统软件设计部分3.1 UCOS操作系统为了使得系统实时性良好，本设计在单片机上运行了UCOS系统。

实时操作系统可以运行多任务，操作系统可以及时对任务进行处理[4]。

3.2 上位机界面设计该设计可以实现在上位机设置搬运机器人停放的位置。

面向地下管道的四向行走智能机器人系统

面向地下管道的四向行走智能机器人系统

面向地下管道的四向行走智能机器人系统周卫元;方飞;陈立建;毛科技;夏明【摘要】为了减小地下管道作业人员伤亡,降低城市地下管道维护的成本,研制开发了一种面向地下管道的四向行走智能机器人系统,详细描述了机器人的硬件设计和控制软件设计.机器人控制系统采用ARM-CORTEX芯片作为主控芯片,由于地下管道的特殊性采用有线通信方式,上位机控制软件简洁易操作.测试结果表明:机器人工作性能良好,能够适应不同管径的地下管道,同时具有防水防尘等特性,研究具有一定参考价值.%In order to reduce the casualties in underground pipe operations and lower the cost of urban underground pipeline maintenance,develop an intelligent robot system which can replace human to accomplish underground pipe operations.design of hardware and control software of the robot is described.The robot control system uses an ARM-CORTEX chip as the master control chip.The robot adopts wired communications due to the particularity of the underground pipeline environment,software of upper PC control is simple and easy for operation.All the experimental results suggest that the robot performs well in real environment;it adapts to different underground pipes with different diameter and meets the standards of the waterproof and dustproof.It has certain reference value for study of in-pipe robot.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2017(036)009【总页数】4页(P73-76)【关键词】管道机器人;地下管道;硬件结构;机器人控制系统;软件设计【作者】周卫元;方飞;陈立建;毛科技;夏明【作者单位】浙江广播电视大学萧山学院,浙江杭州311200;浙江工业大学计算机科学与技术学院,浙江杭州310032;浙江广播电视大学萧山学院,浙江杭州311200;浙江工业大学计算机科学与技术学院,浙江杭州310032;浙江工业大学计算机科学与技术学院,浙江杭州310032【正文语种】中文【中图分类】TP242城市地下管道具备电、热、水系统的运送和排污等功能，是城市生存和发展所依赖的主要基础设施[1]。

基于 PLC 码垛机器人控制系统的设计

基于 PLC 码垛机器人控制系统的设计

基于 PLC 码垛机器人控制系统的设计作者：颜安冷晓春宋艳芳来源：《科学与财富》2020年第20期摘要：随着工业自动化技术的进一步成熟与发展，码垛机器人在水泥、包装、物流等行业已经得到了广泛的应用，并且在工业自动化产业的升级发挥着重要作用。

由于市场环境不断变化和工业4.0的提出与发展，本文研究开发了基于 PLC 一款四自由度直角坐标纸箱码垛机器人，来代替人工码垛。

关键词：PLC;交流伺服;码垛机器人1.;;;;; 引言自动化码垛技术作为物流方面的重要环节，在工业自动化中已经得到了广泛的应用。

例如在自动化流水线上，通过机器人把从流水线上输送过来的纸箱等物料按照实现规定的摆放规则依次在托盘上堆放起来，其主要目的是为了使得物料的存储、搬运、运输变得更加方便有序。

而传统的机械式自动化码垛设备己经不能满足人们对工业生产自动化的高要求，取而代之的是更为先进的智能化码垛机器人。

2.;;;;; 码垛机器人组成根据工厂生产线的实际情况，设计一款4自由度的直角坐标机器人就能够实现码垛任务。

该机器人的空间姿态少，结构简单，重复定位精度高，其三维视图如图1所示。

码垛机器人不但可以沿着 X 轴（前后），Y 轴（左右），Z 轴（上下）方向作直线运动，还能够旋转（R）定位，R 轴的旋转实现对货物的夹取以及码垛，其中 R 轴附加在Z 轴。

3.;;;;; 控制系统设计方案3.1;; 控制系统的思路控制系统的流程框图如图2所示。

由图2所知，采用三菱 PLC 作为主控制器，交流伺服电机和气缸作为执行机构，位置传感器和光电编码器作为实时检测装置。

主要作用是用来检测是否码垛和码垛的位置，实现对码垛位置的精确定位以及控制电机的运转。

现场工作人员按照生产控制要求操作，指挥码垛机器人完成相关的工作任务。

3.2控制系统的方案其中前三个伺服电机分别控制 XYZ 三个轴的运动，最后一个电机驱动末端执行器的夹紧和放松以及旋转运动，码垛机器人在不同的工作方式下有不同的运行模式。

基于STM32的智能分拣机器人系统设计

基于STM32的智能分拣机器人系统设计

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。