自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人論文

1、自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人成員：周麗麗 劉蕾 張長春 時(shí)間：8月4號(hào)-8月8號(hào) 摘要 本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)作為主控制器芯片，輔以木塊探測模塊、液晶顯示、電源等模塊，以實(shí)現(xiàn)對自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人的自動(dòng)控制。搬運(yùn)機(jī)器人在移動(dòng)過程中通過紅外線探測技術(shù)來感測木塊的位置，然后傳給STC89C52單片機(jī)，通過單片機(jī)處理后控制PWM波來改變機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向，然后通過控制機(jī)械手上的舵機(jī)來實(shí)現(xiàn)對木塊的抓取。另外本設(shè)計(jì)可以通過顯示模塊顯示每次運(yùn)行時(shí)間。 AbstractThis design uses STC89C52 microcontroller as the main controller chip, with

2、wooddetection module, liquid crystal display, power supply module, in order to realize the automatic control of automatic guided robot. Handling robot in the process of moving through the infrared detection technology to sense the block position, and then transmitted to the STC89C52 microcontroller,

3、 control the direction of movement to change the robot PWM processed by the single chip, and then by controlling the servo manipulator to realize the catch block. In addition the design can be displayed through the display module for each run time.目 錄1系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)、比較與論證11.1電源模塊的論證與選擇11.2 單片機(jī)的論證與選擇1.21.3

4、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的論證與選擇1.3 1.4紅外避障模塊的論證與選擇1.41.5顯示模塊的論證與選擇1.5 1.6機(jī)械手模塊的論證與選擇1 .5 2硬件電路的設(shè)計(jì)1.7.2.1 硬件電路設(shè)計(jì)院與分析1.72.2 機(jī)械手工作模塊的設(shè)計(jì)1.72.3紅避避障探測電路2.82.4顯示電路的設(shè)計(jì)2.93系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2.93.1整體程序流程圖2.93.2紅外避障傳感器程序流程圖設(shè)計(jì)2.104系統(tǒng)測試3'.144.1測試環(huán)境3.144.2 測試儀器3.144.3 測試結(jié)果3.15 4.4 數(shù)據(jù)分析與總結(jié).155 總結(jié)5.156 參考文獻(xiàn)167 附錄.程序.171、 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)、比較與論證 根據(jù)題目的基

5、本要求，設(shè)計(jì)任務(wù)主要完成自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人在規(guī)定形成范圍內(nèi)把三個(gè)木塊運(yùn)動(dòng)倉庫，并力求所用時(shí)間最短，同時(shí)對行程中的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理顯示。為完成相應(yīng)功能，系統(tǒng)可以劃分為幾個(gè)模塊：電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源模塊、紅外避障模塊、機(jī)械手模塊、顯示模塊。 圖 11.1 電源模塊 本系統(tǒng)要求6V和5V兩種電壓供電，故選用7.2V大功率鎳鎘電池組做電源，經(jīng)由二端穩(wěn)壓器LM7805和LM7806穩(wěn)壓后輸出標(biāo)準(zhǔn)5V和6V電壓。分別向單片機(jī)和電機(jī)單獨(dú)供電，實(shí)現(xiàn)了控制電路電源和單片機(jī)電源隔離，避由免了電源供電時(shí)電機(jī)啟停產(chǎn)生的大電流對單片機(jī)和其他模塊的影響。 圖 21.2 單片機(jī)顯示控制系統(tǒng)選擇方案一：采用飛思卡爾系列單片機(jī)進(jìn)行控

6、制。該系列單片機(jī)專用性強(qiáng)，是16位單片機(jī)處理速度快，擁有4個(gè)定時(shí)器，但是價(jià)格昂貴，在短時(shí)間內(nèi)很難學(xué)懂及熟練的使用。方案二：采用8位的STC89C52作為自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人的核心控制器。STC89C52單片機(jī)通用性強(qiáng)，運(yùn)用比較廣泛，容易上手，市場價(jià)格低。就本設(shè)計(jì)而言，足以滿足要求。 經(jīng)分析可得，STC89C52單片機(jī)無論從完成設(shè)計(jì)要求還是性價(jià)比上都更優(yōu)于飛思卡爾系列單片機(jī)，故選方案二。1.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 根據(jù)題目中的要求，電機(jī)的速度不會(huì)很快，普通的電機(jī)很難滿足要求，而直流減速電機(jī)可以滿足此要求。故我們選用直流減速電機(jī)。 在選用驅(qū)動(dòng)模塊方面有以下兩種方案：采用分立三極管驅(qū)動(dòng)電路。經(jīng)分析此電路的焊接比

7、較復(fù)雜，并且穩(wěn)定性差，很難滿足要求。采用專用驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片集成度高，占用空間小。主要應(yīng)用于電機(jī)調(diào)速場合。用電機(jī)專用集成驅(qū)動(dòng)電路可以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。故我們最后決定用后方案。 圖 3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路1.4 紅外避障模塊方案一：TK-20黑白線檢測傳感器。在目標(biāo)木塊以及倉庫的表面貼上白色膠帶，但是，黑白線檢測傳感器檢測距離近，難以調(diào)節(jié)，很難達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。方案二：紅外避障傳感器。該集成傳感器是專用于障礙物測量模塊。其體積小，靈敏度高，測量距離遠(yuǎn)，可靠的工作性能等優(yōu)點(diǎn)，可高度滿足該題的要求。經(jīng)過以上兩個(gè)方案的比較，方案二明顯優(yōu)于方案一，故采用方案二。 圖 41.5 顯示模塊 方案一：采用LCD1602

8、。占用太單片機(jī)IO口顯示信息量少，占用太多的程序資源。 方案二：采用NOKIA5110。只占用5個(gè)單片機(jī)接口，同時(shí)顯示信息量大，靈活多變顯示多種信息。 因此，我們擬采用后者。1.6 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)模塊本模塊采用舵機(jī)來完成設(shè)計(jì)要求，其工作原理是由單片機(jī)發(fā)出信號(hào)給舵機(jī)，其內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。經(jīng)由電路板上的IC判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向，在驅(qū)動(dòng)無核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。透過減速齒輪將動(dòng)力傳至擺臂，同時(shí)由位置檢測器送回信號(hào)，判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。鑒于此種舵機(jī)擺臂比較長很容易實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求，所以選用舵機(jī)。經(jīng)過一番仔細(xì)的論證比

9、較，我們最終確定的系統(tǒng)詳細(xì)方框圖如下： 圖 52 硬件電路的設(shè)計(jì)2.1 硬件電路設(shè)計(jì)原理分析 本設(shè)計(jì)要求機(jī)器人從起始線出發(fā)（出發(fā)前，機(jī)器人任何部分不得超出起跑線，后端不限），自動(dòng)將木塊逐一送到庫房內(nèi)（允許倒車）。運(yùn)行時(shí)間應(yīng)力求最短（從合上電源開關(guān)開始計(jì)時(shí)）。木塊運(yùn)到庫房時(shí)，應(yīng)能堆放到庫房擋板20cm線以內(nèi)；如果不能全部運(yùn)到庫房，記錄木塊距離20cm線的最大距離。我們根據(jù)小車走過的路程s和平均速度v來計(jì)算小車行駛所用的時(shí)間t。 圖 6 機(jī)械手搬運(yùn)示意圖計(jì)算公式如下所示： v = s / t t總 = t1 + t2 +t3 S總 = v1t1 + v2t2 + v3t32.2 機(jī)械手工作模塊設(shè)計(jì)

10、 利用紅外避障傳感器不斷向外發(fā)射紅外線進(jìn)行探測。在小車行進(jìn)的過程中，當(dāng)探測到目標(biāo)時(shí)，小車停止前進(jìn)，進(jìn)行轉(zhuǎn)向，再利用車體下端的紅外避暲傳感器進(jìn)行對物體的定位，并通過單片機(jī)驅(qū)動(dòng)小車向目標(biāo)前進(jìn)，行進(jìn)過程中自動(dòng)校正方位，到達(dá)目標(biāo)后，舵手夾住目標(biāo)倒車轉(zhuǎn)向，最終把目標(biāo)松緊倉庫。2.3 紅外避障探測電路 本設(shè)計(jì)采用類似鏡面反射原理來實(shí)現(xiàn)對物體的探測的，先通過調(diào)試電位器設(shè)定好紅外探測的距離，紅外避障傳感器發(fā)出紅外線后對目標(biāo)探測，當(dāng)紅外線探測到目標(biāo)后，根據(jù)鏡面反射原理，光線返回被接收，傳給單片機(jī)進(jìn)行處理。 圖 7 紅外探測電路2.4 顯示電路設(shè)計(jì) 該設(shè)計(jì)采用Nokia5110液晶來實(shí)現(xiàn)的。該模塊采用串行接口與主

11、處理器進(jìn)行通信，接口線數(shù)量大幅度減少，包括地和電源信號(hào)線共有8支，傳輸速率高達(dá)4bps，可全速寫入顯示數(shù)據(jù)，無等待時(shí)間。 圖 8 顯示電路 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 整體程序流程圖 圖 9 系統(tǒng)流程示意圖3.2 紅外避障傳感器軟件設(shè)計(jì)當(dāng)小車行進(jìn)過程中，當(dāng)紅外避障傳感器探測到目標(biāo)后，把數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)處理，否則小車?yán)^續(xù)前進(jìn)。設(shè)計(jì)流程圖如下（圖 10） 圖 10 紅外避障傳感器探測示意圖4 系統(tǒng)測試4.1 測試環(huán)境 測試日期:2013-8-8 測試時(shí)間： 測試溫度：30OC4.2 測試儀器秒表，米尺S4.3 測試結(jié)果左右偏差 前后偏差 搬運(yùn)所用的時(shí)間4.4 數(shù)據(jù)分析與總結(jié)由以上數(shù)據(jù)我們可以看出，數(shù)據(jù)測

12、試的效果，達(dá)到了題目的要求，雖然還有一點(diǎn)偏差，但是經(jīng)過我們的多次反復(fù)校正，測量的數(shù)據(jù)是在誤差允許的范圍內(nèi)，且系統(tǒng)性能可靠穩(wěn)定。5 總結(jié)經(jīng)過為期四天的設(shè)計(jì)，我們終于成功的實(shí)現(xiàn)了題目的基本要求和部分發(fā)揮功能。同時(shí)加入了自己的創(chuàng)新部分，通過本次模擬設(shè)計(jì)大賽能夠讓我們學(xué)以致用，同時(shí)也激發(fā)了我們的創(chuàng)新思維。在這次模擬設(shè)計(jì)競賽中，我們不但歷練了實(shí)踐能力和協(xié)作精神，而且懂了聯(lián)系實(shí)際的重要性，這對我們以后的學(xué)習(xí)和生活有很大幫助。另外我們發(fā)現(xiàn)了紅外避障傳感器對不同的材質(zhì)性能有很大影響的特點(diǎn)，當(dāng)然，我們的設(shè)計(jì)也存在一些小問題，還有待改進(jìn)。在此懇請各位評委批評指正。6 參看文獻(xiàn)1. 華成英 【M】模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(

13、第四版) 高等教育出版社2. 閻石 【M】數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) （第五版） 高等教育出版社3. 郭天祥 51單片機(jī)C語言教程 電子工業(yè)出版社7 附錄 程序 /*2013-08-05*/*PWM波模塊控制電機(jī)*/ /*頭文件和預(yù)處理命令*/#include <reg52.h>#include<math.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned int#define Left_moto_pwm ENA /接驅(qū)動(dòng)模塊ENA使能端，輸入PWM信號(hào)調(diào)節(jié)速度#define Right_moto_pwm ENB /接驅(qū)動(dòng)模塊E

14、NB#define Left_moto_go IN1=1,IN2=0; /P00 P01 接IN1 IN2 當(dāng) P3_4=0,P3_5=1; 時(shí)左電機(jī)前進(jìn)#define Left_moto_back IN1=0,IN2=1; /P00 P01 接IN1 IN2 當(dāng) P3_4=1,P3_5=0; 時(shí)左電機(jī)后退 #define Left_moto_stop IN1=1,IN2=1; /P00 P01 接IN1 IN2 當(dāng) P3_4=1,P3_5=1; 時(shí)左電機(jī)停轉(zhuǎn) #define Right_moto_go IN3=1,IN4=0; /P02 P03 P3_7 接IN1 IN2 當(dāng) P3_6=0,

15、P3_7=1; 時(shí)右電機(jī)前轉(zhuǎn)#define Right_moto_back IN3=0,IN4=1; /P02 P03 接IN1 IN2 當(dāng) P3_6=1,P3_7=0; 時(shí)右電機(jī)后退#define Right_moto_stop IN3=1,IN4=1; /P02 P03 接IN1 IN2 uchar i;uchar t1; /此參數(shù)改變占空比uchar t2;uchar num1; /計(jì)數(shù)器uchar num2;uchar PWM1_MAX=100; /此參數(shù)調(diào)節(jié)上限值uchar PWM2_MAX=100;/*位定義*/sbit Left_moto_pwm = P02;/根據(jù)自己板子定義引

16、腳sbit Right_moto_pwm = P05;sbit IN1 = P00; /控制左電機(jī)sbit IN2 = P01;sbit IN3 = P03; /控制右電機(jī)sbit IN4 = P04;sbit zuochuan=P07;/紅外避障傳感器sbit xiachuan=P20;sbit chuan=P21;sbit shangchuan=P22;uint a,c;sbit p10=P06;/*延時(shí)函數(shù)*/void DelayMS(uint z) uint i,j; for (i=z;i>0;i-) for (j=110;j>0;j-); /*前進(jìn)函數(shù)*/ void ru

17、n()t1 =40;t2 =40;Left_moto_go ;Right_moto_go ; /*后退函數(shù)*/ void back() t1 =40;t2 =40;Left_moto_back ;Right_moto_back ; /*左轉(zhuǎn)函數(shù)*/ void left() t1 =55; t2 =55; Right_moto_go;/右電機(jī)繼續(xù) Left_moto_back; /左電機(jī)停走 void left1() t1 =40; t2 =40; Right_moto_go;/右電機(jī)繼續(xù) Left_moto_back; /左電機(jī)停走 /*右轉(zhuǎn)函數(shù)*/ void right() t1 =50;

18、t2 =50; Right_moto_back;/右電機(jī)停走 Left_moto_go;/左電機(jī)繼續(xù) void right1() t1 =60; t2 =60; Right_moto_stop;/右電機(jī)停走 Left_moto_go;/左電機(jī)繼續(xù) /*中斷服務(wù)子程序*/void timer0(void) interrupt 1 p10=!p10; c=20000-c; TH0=-(c/256); TL0=-(c%256); if(c>=500&&c<=2500) c=a; else c=20000-a; /*中斷服務(wù)子程序2*/ void time1(void) i

19、nterrupt 3 TH1=(65535-100)/256;TL1=(65535-100)%256; num1+;num2+;if(num1<=t1) Left_moto_pwm=1;/左電機(jī)pwm else Left_moto_pwm=0; if(num1=PWM1_MAX) num1=0;if(num2<=t2) Right_moto_pwm=1; /右電機(jī)pwm else Right_moto_pwm=0; if(num2=PWM2_MAX) num2=0;/*中斷初始化函數(shù)*/void init() TMOD=0X11; a=500; /a小角度放開木塊，大角度夾緊 c=

20、a; TH0=-(a/256); TL0=-(a%256); EA=1; ET0=1; TR0=1; TH1=(65535-100)/256; TL1=(65535-100)%256; ET1=1; TR1=1; /*主函數(shù)*/ void main(void) num1=0; /給計(jì)數(shù)器賦初值 num2=0; init(); while(1)/無限循環(huán) run();if(zuochuan=0) run(); while(zuochuan=0); left1();DelayMS(480); Left_moto_stop; Right_moto_stop; DelayMS(500); run();DelayMS(200); Left_moto_stop; Right_moto_stop; DelayMS(500); if(xiachuan=0) a=2000;DelayMS(500); /夾緊延時(shí) right1();DelayMS(1000); Left_moto_stop; Righ