基于sm32的智能物料搬运小车设计

基于sm32的智能物料搬运小车设计

全国学生工程教育综合技能比赛是教育部组织的全国活动，旨在培养学生的工程实践技能和应用创新意识。在2018年湖南省大学生工程训练综合能力竞赛中,要求自主设计并制作一台能执行物料搬运任务的智能移动小车,小车能够在规定场地内自主行走,通过扫描阅读二维码领取任务,自主寻找、识别任务指定的物料,按任务要求的顺序将其搬运至指定的存放地点,并按照要求的位置和方向摆放。竞赛场地三维示意图如图1所示。1智能物料分拣利用通过分析比赛要求,首先对小车进行整体设计,确定各部分主要功能;然后对小车各机械单元与电路控制单元进行设计分析,设计并制作了一台基于STM32的智能物料搬运小车。主控电路采用嵌入式方案,其上面带有电机驱动电路以及任务内容显示装置;智能物料搬运小车尺寸应设计为能够通过A4纸相当大小的门框,且小车可折叠,但通过A4纸门框之后能够自行展开;进行结构优化设计,综合考虑强度,易装配性,可加工性。为了实现便捷移动,采用麦克纳姆轮,抓取灵活采用六自由度机械臂;摄像头获取物料颜色与形状信息;扫码器扫码接收任务信息;激光测距传感器和三轴陀螺仪实现小车定位;单片机进行数据分析与处理。2机械臂式机械装置小车整体由机械结构部分和硬件控制电路部分组成。机械结构包括底板、麦克纳姆轮和机械臂。硬件控制电路部分由摄像头、激光测距传感器、三轴陀螺仪、二维码扫码器和STM32单片机组成。小车总体原理框架如图2所示。3反向运动技术小车机械部分包含行走机构和抓取机构两部分,行走机构由直流电机驱动的麦克纳姆轮和底板组成,抓取机构由机械臂和机械爪组成。麦克纳姆轮能够实现全方位移动,在需要转向时可以直接反向运动,能够在最短的时间内到达目标位置,底板采用环氧板,具有质量小、强度高的优点;机械臂使用铝制材料制作,可以最大程度地减轻整车质量,而且机械臂设计为可折叠形式,节省空间。使用6个大功率数字舵机驱动机械臂的每一个关节,使机械臂具有6个自由度,夹取物料灵活快捷,控制精度高而且比较稳定;机械爪采用3D打印制作,内部夹持面设计为深沟状且带有防滑条纹,在夹取时能够更加稳定准确;部分安装零件采用注塑成型制作,减少零件数量,降低装配要求。结构设计采用SOLIDWORKS进行整体仿真以及有限元与力学分析。4硬件电路和软件设计4.1硬件电路设计4.1.1颜色识别单元物料颜色识别采用OPENMV摄像头,Python编程,功能完备,能够快速识别物料颜色信息并传输给主控单元。4.1.2扫描任务信息的单元采用扫码器模块快速扫码,获取搬运任务信息,并将任务信息传送给单片机处理,从而准确完成指定任务。4.1.3国第133z采用STM32F407VET6芯片为核心的主控制器,处理速度可达168MHz。主控单元上设计有型号为MIC5219-3.3的5V转3.3V的转压芯片、双路直流输出电流平均为1.5A的电机驱动芯片TB6612FNG,和实时显示任务信息的显示屏OLED。4.1.4小功率激光的通讯大功率激光进行X轴定位,量程2m以上;小功率激光进行Y轴定位,量程1m以上。小功率激光的通讯方式为IIC通信,其他单元均为串口通信。激光传感器实现小车在竞赛场地的定位;三轴陀螺仪获取小车在运动过程中的速度和加速度等信息,传递给单片机进行反馈调节,使小车保持稳定的运动姿态。4.1.5v转压模块选用最大输出电流为3A、转换效率为92%的12V转5V转压模块。由一节12V锂电池分双线输入,一路直接接入电机驱动模块,另一路则通过转压模块将其转为5V,给主控单元和舵机供电,每一部分都会有相应的LED灯指示其供电状态。4.1.6组合装置夹持动作的完成采用的是大功率数字舵机,控制精度高而且稳定,控制方式采用的是PWM波脉宽控制4.1.7鞋底运动单元选择常规直流减速电机,结合TB6612电驱芯片和4路脉宽调制信号PWM实现对电机的控制。4.2机械臂的控制在测试与竞赛中首先开启各单元电源,然后主控板进行复位,程序初始化完成,串口中断开启,主控单元实时读取三轴陀螺仪数据、大小激光数据、摄像头数据以及扫码模块数据,机械臂初始化到固定姿态。当按下启动按键,给定扫码区域坐标,主控单元进行PID运算,底盘运动5数据采集及测试结合比赛要求,设计并制作了一台智能物料搬运小车系统。对小车取放物料精度、任