基于STM32单片机的智能搬运机器人设计

设计制作

数码世界 P .102

基于STM32 单片机的智能搬运机器人设计

杨正乐 任小强 于岗 河南理工大学

摘要：伴随着人工智能的发展，机器人被广泛的运用到生产生活的各个方面。本文设计了一种基于STM32F103单片机的物料搬运机器人，通过颜色传感器识别不同颜色的物块然后将其搬运到固定区域的设计方案。

关键词：单片机 颜色识别 物块抓取 电机控制

智能搬运机器人配有多种传感器，可以精确识别路径、物块颜色以及对物块的抓取，对不同的场地有较好的适应能力。其通过灰度传感器识别路线，自动选择最优路径定位物块以及指定存放点的位置。使用颜色传感器识别物块颜色，利用数字舵机精确控制机械爪抓取物块。

一、控制系统设计

1.系统组成

此系统采用STM32F103单片机为控制核心，使用颜色传感器进行物块颜色识别、灰度传感器识别路径自动选取最优路径、数字舵机精确控制机械爪的运动、

步进电机提供动力源可以实现精准定位。

整个控制系统组成如下：

图1 控制系统组成图

2.硬件设计

系统硬件主要是有以下几个部分组成，单片机主控模块、电源模块、稳压模块、颜色传感器模块、步进电机驱动模块、数字舵机等。

2.1单片机控制板

STM32F103系列使用高性能的ARM Cortex TM -M3 32位的RISC 内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达128K 字节的闪存和20K 字节的SRAM)，丰富的增强I/O 端口和联接到两条APB 总线的外设。所有型号的器件都包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和1个PWM 定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I 2 C 接口和SPI 接口、3个USART 接口、一个USB 接口和一个CAN 接口。

2.2颜色传感器

颜色传感器使用的是TCS230模块，TCS230是美国 TAOS 公司生产的一种可编程彩色光到频率的转换器。该传感器具有分辨率高、可编程的颜色选择与输出定标、单电源供电等特点。输出为数字量，可直接与微处理器连接。当用TCS230识别颜色时，依次选通红色、绿色和蓝色滤波器，然后对TCS230的输出脉冲依次进行计数。当计数到255时停止计数，分别计算每个通道所用的时间。这些时间对应于实际测试时TCS230每种滤波器所采用的时间基准，在这段时间内所测得的脉冲数就是所对应的R、G 和B 的值。通过对比R、G 和B 的值来确定物块的颜色。

2.3机械爪设计

机器人小车使用三个数字舵机控制三个弧形爪子，数字舵机每接收到一个脉冲就会转动一个固定的角度并且自动锁死。爪子固定在数字舵机的舵盘上，由舵机锁死产生一个较大的抓紧力进而抓取

物块。

2.4驱动模块

机器人小车采用两个步进电机驱动、一个万向轮辅助转向来完成移动功能。步进电机由驱动模块控制，驱动模块共有V+电源正极、GND 接地、VCC 共阳极接口、DIR 方向信号、STP 步进信号、EN 使能信号六个接口。通过改变DIR、STP 、EN 端口的高低电平，使得机器人小车实现前进、后退、锁死的功能。

二、软件设计

1.程序流程图

搬运机器人小车首先从出发点出发，根据任务要求搬运不同颜色的物块放到对应颜色的区域内，

通过灰度传感器识别路径到取物块区域抓取物块，然后放到指定区域内。程序流程图如下：

图2 程序流程图

2.循迹及定位设计

搬运机器人小车在识别路径的过程中，通过七个灰度传感器实时检测自身的位置，以及与线路的偏差程度。七个灰度传感器实时反馈自己的灰度值，经过单片机处理后计算出偏差值，采用PID 算法动态调整左右两个步进电机的转速，从而实时修正自己的运动轨迹。

在搬运机器人小车前后各装有一个光电测距传感器，当小车距离物块达到指定距离时使用外部中断让小车停下，可以完成精确定位。然后使用机械爪进行物块的抓取，以及转运存放到指定区域的功能。

三、物块搬运机器人的应用

随着人工智能的发展，机器人越来越智能化应用也变得更加广泛。

本文设计的搬运机器人使用最简单的STM32核心板，机械结构也较为简单可以实现不同物块的抓取，对各种类型的小型仓库和工厂环境适应能力较强，大大降低了成本、提高了工作效率。

作者简介

杨正乐，（1997.11.09），河南省固始县，河南理工大学，本科，机械制造及其自动化。