基于STM32单片机的智能搬运机器人的设计

黄钰深 张晓培 梁金耀 赵明 范碧纯

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。本设计采用Qt Creator软件编写PC端上位机，实现人机交互界面。

3.3 PID算法

为了有效地控制机器人的行进，本设计采用PID算法控制电机的运行[5]，减少误差，停车机器人上装超声波测距传感器，检测行进路线上是否存在障碍物，避免发生碰撞事故。

本设计只需要把货物放到搬运机器人上，机器人可以根据上位机设定的位置，自动行进到指定位置，系统流程如图5所示。

4 总结

本文根据码头智能搬运机器人的功能需求，对搬运机器人进行了硬件和软件的设计。通过模拟实验测试，该机器人可以根据PC端上位机的不同操作指令，完成搬运工作。该设计为码头智能搬运提供了一个有效的解决方案。

【参考文献】

[1]王铁军.基于传感器阵列的嗅觉机器人及搜寻算法研究[D].哈尔滨工业大学，2008.

[2]智能车行车线偏离和障碍物报警的实现[D].南京：南京航空航天大学，2011.

[3]麦锦文.超声波技术在汽车防撞系统设计的应用[D].装备制造技术，2010.

[4]實时操作系统任务调度算法的硬件实现[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2011.

[5]谭加加.刘鸿宇，等.电子世界[J].PID控制算法综述，2015，12（16）：78-79.

※基金项目：自治区级大学生创业训练计划项目（201811607074）。

作者简介：黄钰深（1997—），男，在读本科生，北部湾大学机械与船舶海洋工程学院。

*通讯作者：张晓培（1984—），女，讲师，北部湾大学机械与船舶海洋工程学院。