1、附件 1：聊城大學第五屆大學生機器人大賽技術說明書學 院：_ 機械與汽車工程學院_ 隊伍名稱：_ robot_ _ 參賽隊員：_索樹港 田忠來 胡皓天 張鈺瑾 程煜剛_指導教師：_ _ _ _ 目錄引言1第一章設計原理11.1系統總體方案的選定11.2系統總體方案的設計1第二章機械結構設計22.1碼垛機器人機械模型設計22.2 機架組件設計22.3 絲桿滑臺的安裝32.4 推桿電機的安裝32.5 氣動部件設計42.6 裝置整體圖5第三章硬件系統設計及實現53.1 STM32F103C8T6主控模塊63.2電源管理模塊63.3電機驅動模塊7第四章軟件系統設計及實現84.1賽題及場地分析84.2程

2、序設計8第五章系統開發及調試工具8第六章總結96.1改進方向96.2參賽心得9附錄9引言隨著我國經濟的持續發展和科學技術的突飛猛進，使得機器人在碼垛、涂膠、點焊、弧焊、噴涂、搬運、測量等行業有著相當廣泛的應用。碼垛機器人，是機械與計算機程序有機結合的產物。為現代生產提供了更高的生產效率。碼垛機器在碼垛行業有著相當廣泛的應用。碼垛機器人大大節省了勞動力，節省空間。碼垛機器人運作靈活精準、快速高效、穩定性高，作業效率高。通過參加本次碼垛機器人比賽，加深了我們對于機器人的理解，積累了項目研發經驗，鍛煉了我們知識融合、實踐動手的能力，對今后的學習工作都有著重大的實際意義。本技術報告主要包括機械系統、硬

3、件系統、軟件系統等，詳盡地闡述了我們的設計方案，具體表現在硬件電路的創新設計以及控制算法的獨特想法。碼垛機器人的制作過程包含著我們的辛勤努力，這份報告凝聚了我們智慧，是我們團隊共同努力的成果。第一章 設計原理1.1系統總體方案的選定經過網上資收集整理，我們確定了碼垛機器人賽題的方案。在傳感器方面，為提高系統穩定性，簡化編程，在傳感器方面我們只選用了三個接觸開關；本賽題的任務為木塊搬運，機械方面我們采用絲桿滑臺與推桿電機和氣動元件相結合的方案。 1.2系統總體方案的設計遵照本屆競賽規則規定，我們的碼垛機器人用32位的STM32F103C8作為系統主控芯片。接觸開關采集滑臺位置信息，步進電機驅動器

4、控制滑臺的移動，繼電器模塊通過控制電磁閥的通斷，從而使吸盤吸起以及放下木塊。根據以上系統方案設計，我們的碼垛機器人主要包括一下六部分：機架組件、氣動部件、電動部件、STM32F103C8主控模塊、電機驅動模塊、電源模塊。各模塊的作用如下：機架組件：作為各個電動部件的支撐體；氣動部件：本裝置核心部件，通過真空發生器使吸盤產生吸力，用于抓取放置木塊；電動部件：主要包括步進電機和推桿電機，其中步進電機控制吸盤左右移動，推桿電機控制吸盤上下移動；STM32F103C8主控模塊：作為整個系統的大腦，根據傳感器反饋的信息，對伺服機構發送指令，控制其進行指定動作；電機驅動模塊：主要包括直流電機驅動模塊和步進

5、電機驅動模塊，分別接受單片機的指令，用于控制推桿電機和步進電機；電源模塊，為整個系統提供電壓合適而又穩定的電源；第二章 機械結構設計2.1碼垛機器人機械模型設計通過研讀比賽規則，我們根據賽道結構，設計出了碼垛機器人的機械結構。2.2 機架組件設計機架組件作為整個裝置的主體，其穩固性決定了整個裝置的穩固性，通過觀察賽道，我們對幾種方案進行的了分析討論，最終確定使用工字結構，如圖所示。圖一 機架組件2.3 絲桿滑臺的安裝由步進電機驅動的絲桿滑臺主要用于帶動吸盤左右移動，經過力學分析我們將其固定于工字機架上方，充分利用了機架組件的空間。圖二 絲桿滑臺安裝2.4 推桿電機的安裝 推桿電機用于帶動吸盤上

6、下移動，其安裝的精度會對最用碼垛的效果產生極大的影響，我們通過使用兩組連接件使推桿電機垂直于絲桿滑臺安裝，經過多次矯正，確定了最終的固定方案，如圖所示。圖三 絲桿滑臺安裝2.5 氣動部件設計我們的碼垛機器人移動木塊主要是依靠吸盤產生的吸力，因此要求我們的氣動部件能夠產生恒定壓強的吸力，同時我們還要保證氣源充足；我們采用飲料品為儲氣瓶，通過空氣壓縮機使其內部壓力穩定在0.35Mpa，通過穩壓閥將壓力傳遞給真空發生器，從而產生吸力；其中加入電磁閥控制吸力的產生與去除。圖四 氣動部件局部圖2.6 裝置整體圖圖五 裝置整體圖第三章 硬件系統設計及實現我們的裝置共包括四大模塊：STM32F103C8T6

7、主控模塊、電源模塊、電機驅動模塊，繼電器模塊。各模塊的作用：STM32F103C8T6主控模塊：碼垛機器人系統以STM32F103C8T6為控制核心，通過接受接觸開關的信號，根據控制算法做出控制決策，驅動步進電機和推桿電機完成相應任務，并實現了單片機硬件的最優化設計和單片機資源的合理化使用； 電源管理模塊：為整個系統提供合適而又穩定的電源； 電機驅動模塊：驅動步進電機和推桿電機完成相應任務；繼電器模塊： 控制電磁電磁閥的線圈的通電斷電。3.1 STM32F103C8T6主控模塊STM32F103c8使用高性能的ARM® Cortex-M3 32位的RISC內核，工作頻率為72MHz，

8、內置高速存儲器(高達128K字節的閃存和20K字節的SRAM)，豐富的增強I/O端口和聯接到兩條APB總線的外設。所有型號的器件都包含2個12位的ADC、 3個通用16位定時器和1個PWM定時器，還包含標準和先進的通信接口：多達2個I2C接口和SPI接口、 3個USART接口、一個USB接口和一個CAN接口。圖六 STM32F103c8模塊3.2電源管理模塊本系統中電源穩壓電路分別需要有+5V，+3.3V， +12V供電。+3.3V給單片機+5V給舵機供電；+12V給電機驅動電路中l298n供電。由于整個系統中+5V 電路功耗較小，為了降低電源紋波，我們考慮使用線性穩壓電路。另外，后輪驅動電機

9、工作時，電池電壓壓降較大，為提高系統工作穩定性，必須使用低壓降電源穩壓芯片，我們選用了7805。7805 是微功耗低壓差線性電源芯片,具有完善的保護電路,包括過流,過壓,電壓反接保護。使用這個芯片只需要極少的外圍元件就能構成高效穩壓電路。 圖七 電源管理模塊原理圖3.3電機驅動模塊L298N是ST公司生產的一種高電壓、大電流電機驅動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續工作電流為2A；額定功率25W。內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控

10、制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅動電機，該芯片可以驅動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅動兩臺直流電機。圖八 電機驅動模塊原理圖第四章 軟件系統設計及實現4.1賽題及場地分析碼垛項目賽題要求將木塊從一指定區域放到另一個指定區域，動作過程較為簡單。4.2程序設計碼垛機器人主要要完成的任務為吸取木塊，推桿電機上升，滑臺移動，推桿電機下降，放置木塊；整個比賽過程我們只需要完成以上幾個動作且循環進行即可，具體實現代碼見附錄。第五章 系統開發及調

11、試工具Keil uVision4引入靈活的窗口管理系統，使開發人員能夠使用多臺監視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口，提供一個整潔，高效的環境來開發應用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，還添加了一些其他新功能。使用keil4 配合其自帶的軟件模擬以及STlink，大大加快了碼垛機器人制作進度。第六章 總結6.1改進方向我們目前裝置目前的運行速度有進一步提升的空間，將電動部件改為氣動，吸盤的左右移動由氣動裝置驅動，可以進一步縮短時間，但改進后裝置的穩定性需要實驗驗證。6.2參賽心得經過此次備賽，我們學習到了機器人制

12、作知識，加深了對專業知識的理解，積累了項目研發經驗，經過對方案的不斷改進，對故障的不斷調試，磨練了我們的意志，對我們今后的發展有著重要意義。 附錄#include<stm32f10x_conf.h>#include<common.h>#include<bujin.h>#include<key.h>#include<dianji.h>#include<led.h>extern char Re_flag,S_flag,key1_flag,key2_flag,key3_flag;char Re_flag_R=0,key1_fla

13、g_R=0,key3_flag_R=0;int main(void) RCC_Config();/時鐘配置 PWMON();/ dianji();/推桿控制初始化PAout(2)=1;PAout(3)=1;/推桿復位 KEY_Init();/ Delay_Ms(300);/PAout(1)=1;/回到抓取區 / TIM2->CCR1=500;Led_Init(); while(1) KEY_Scan();/按鍵掃描if(Re_flag=1)/復位鍵按下if(Re_flag_R=0)/防止重復進入if(key1_flag=1)PAout(2)=0;PAout(3)=1;/推桿上升Delay

14、_Ms(500);PAout(2)=1;PAout(3)=1;/推桿暫停Re_flag_R=1;/打開防重復標志位elsePAout(1)=1;/回到抓取區 TIM2->CCR1=500;PAout(2)=0;PAout(3)=1;/推桿上升Delay_Ms(500);Delay_Ms(500);Delay_Ms(500);PAout(2)=1;PAout(3)=0;/推桿下降Delay_Ms(500);PAout(2)=1;PAout(3)=1;/推桿暫停Re_flag_R=1;/打開防重復標志位/*復位*/if(S_flag=1)/Start鍵按下if(key1_flag=1)/抓去

15、區接觸開關按下if(key3_flag=0)/木塊檢測開關未按下！PAout(2)=1;PAout(3)=0;/推桿下降/*Start鍵按下*/if(key1_flag=1)/抓取區接觸開關觸發if(key1_flag_R=0)if(Re_flag=1)/檢測是否處于復位模式Re_flag_R=0;/清空防重復標志位Re_flag=0;/清空復位標志PAout(2)=1;PAout(3)=1;/推桿暫停TIM2->CCR1=0;/步進電機停轉key1_flag_R=1;/打開防重復標志位if(key2_flag=1&&key3_flag=1) TIM2->CCR1=

16、0;/步進電機停轉 key2_flag=0; key3_flag=0; key3_flag_R=0;/狀態位復位 PAout(2)=1; PAout(3)=0;/推桿下降 key1_flag_R=1;/打開防重復標志位/*抓取區*/if(key2_flag=1)/放置區接觸開關觸發 if(key1_flag=1&&key3_flag=1) TIM2->CCR1=0;/步進電機停轉 key1_flag=0; key1_flag_R=0; key3_flag=0; key3_flag_R=0;/狀態位復位 PAout(2)=1; PAout(3)=0;/推桿下降 /*放置區*

17、/if(key3_flag=1)/木塊檢測開關觸發if(key3_flag_R=0)if(key1_flag=1)key3_flag_R=1;/打開防重復標志位PAout(3)=0;/推桿暫停PAout(2)=0;PAout(4)=1;/打開真空發生器Delay_Ms(200);PAout(2)=0;PAout(3)=1;/推桿上升 PAout(2)=0;Delay_Ms(300);Delay_Ms(150);PAout(1)=0;/前往放置區TIM2->CCR1=500;/步進電機停轉if(key2_flag=1)key3_flag_R=1;/打開防重復標志位PAout(3)=0;/推桿暫停PAout(2)=0;PAout(4)=0;/關閉真空發生器/Delay_Ms(200);PAout(2)=0;PAout(3)=1;/推桿上升 PAout(2)=0;Delay_Ms(300);PAout(1)=1;/前往放置區TIM2->CCR1=500;/步進電機停轉Delay_Ms(400);Delay_Ms(400);Delay_Ms(40