基于stm32的自动定位识别弹药抛射机器人硬件设计

周永宏　王月红

摘 要：本文介绍一种基于stm32单片机的自动定位识别弹药抛射机器人，该机器人采用三轮全向轮作为底盘，实现全方位移动，使用陀螺仪编码器作为移动机器人平面定位的传感系统，实现移动机器人的准确定位，达到毫米级定位精度，使用摄像头识别绣球的颜色来控制机器人发射绣球的位置，使用丝杆滑台来调节绣球的发射角度，使用气缸发射绣球。该机器人定位迅速、准确、摄像头识别准确、结构简单。

关键词：三轮全向轮底盘;陀螺仪;丝杆滑台;气缸发射;stm32

随着信息的技术日趋成熟，智能机器人产业得到了快速发展。人们也越来越希望让智能机器人来代替人类做繁重、重复以及危险的工作。为了模拟军用投弹机器人，本文将基于stm32单片机，设计一款能准确定位、能识别弹药（以绣球代替）颜色、能调节发射角度并能将弹药（以绣球代替）抛射至指定位置的智能机器人。

1 系统总体设计

移动机器人采用陀螺仪编码器获取实时位置和角度信息，再通过定位系统的卡尔曼滤波算法、互补滤波算法以及A-Fusion算法，保证机器人定位的准确性与可靠性。机器人处理器通过比对陀螺仪编码器传递的实时位置角度信息与目标位置角度信息，再通过定位算法控制机器人移动到目标位置。机器人到达目标位置后利用摄像头识别绣球的颜色，将绣球的颜色参数传回处理器，处理器判断该颜色的绣球应该在哪个位置发射便控制机器人移动到相应的位置，到达发射位置后处理器再控制丝杆滑台调节发射气缸的角度，调节完毕后控制气缸发射绣球，这样就完成了机器人定位、识别、发射等功能。图1给出了系统总体框图。

2 系统功能模块设计

（1）主控电路设计。系统主控器采用的是意法半导体公司的基于ARM Cortex-M3内核的32位高性能微控制器stm32。[1]其引脚连接系统如图2所示。

图2 stm32引脚连接图

（2）运动抛射系统设计。运动抛射系统包括三轮全向轮底盘及抛射系统。[2-3]运动抛射系统设计图如图3所示。

①三轮全向轮底盘设计。平台底盘采用方铝管焊接而成，使用三台大功率的空心杯电机作为驱动，并配有独立的伺服驱动器，电机为HFmotor直流伺服电机，功率90W，带编码器、减速器。高阶的运动控制器具有很多运动控制功能，支持CAN总线传输数据及RS232接口。

②抛射系统设计。丝杆滑台和发射气缸共同组成了抛射系统。[4-5]丝杆滑台可以调节发射气缸的角度，气缸动能大，收缩快且稳定，使得绣球的落点就相对比较稳定。

（3）定位系統设计。定位系统采用艾克申的OPS-9全方位平面定位系统，可直接读取自身的角度位置信息。定位系统不能直接和STM32的串口连接，必须使用RS232转484模块进行转换，将定位系统的RX和TX端分别连接RS232转484模块232端的TX和RX，RS232转484模块484端的RX和TX与STM32串口的TX和RX端连接。工作原理：通过正交码盘记录定位系统小轮子转动的脉冲数测定机器人位移，通过高精度陀螺仪测定机器人的角度信息，再通过卡尔曼滤波算法，互补滤波算法获得机器人的实时位置角度信息，再通过定位算法实现机器人的精确定位和自动导航。另外定位系统需单独供电，将所有的电源共地即可。

（4）摄像头模块设计。摄像头采用的是OV7670摄像头，识别颜色的原理为使用DMA将摄像头采集的数据以RGB的格式放进数组中，再通过遍历数组中数值与相应颜色的RGB数字进行对比，即可识别出颜色。

（5）JTAG调试模块的设计。系统采用的是标准的 JTAG 接法，但是 STM32 还有 SWD 接口，SWD 只需要最少2根线（SWCLK 和 SWDIO）就可以下载并调试代码了。

3 结论

本文介绍一种基于stm32单片机的自动定位识别绣球抛射机器人，该机器人采用三轮全向轮结构作为底盘，实现全方位移动，使用陀螺仪编码器作为移动机器人平面定位的传感系统，实时传送机器人在绝对坐标系中的坐标和角度信息，使用摄像头采集图像信息，将图像信息转换为RGB值，再根据RGB值识别绣球的颜色告诉机器人应该在哪里发射绣球;使用丝杆滑台上下移动来调节绣球的发射角度;使用气缸作为抛射机构的动力装置发射绣球。

参考文献：

[1]刘清，郭津津，杨秀萍，等.基于STM32微处理器的嵌入式教学实验平台开发[J].中国现代教育装备，2016，68-72.

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