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山茶采摘平台设计研究【6张图纸】【优秀】

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关键词：: 山茶采摘平台设计研究钻研图纸优秀优良

资源描述：

山茶采摘平台设计研究

50页 17000字数+说明书+任务书+开题报告+6张CAD图纸

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摘要1

关键词1

1 前言1

　　　1.1 研究意义与目的2

　　　1.2 国内外研究现状2

2 山茶采摘平台创意设计与方案6

　　　2.1 机器人一般组成6

　　　2.2 山茶采摘平台设计方案6

　　　2.3 研制概要7

3 采摘平台机械设计7

　　　3.1 底盘的设计7

3.1.1 基于45°全向轮的分析7

3.1.2 一种山地行走系统用全向履带10

　　　3.2 升降机构的设计11

4 采摘平台电路硬件电路设计13

　　　4.1 系统原理框图13

　　　4.2 采摘主控制板结构及说明13

4.2.1最小系统14

4.2.2 主控制板实物图14

　　　4.3 电源模块15

　　　4.4 伺服电机驱动电路16

　　　4.5 按键电路20

5 主控制板程序设计21

　　　5.1 系统主程序流程图21

　　　5.2 PWM的产生21

5.2.1 软件生成PWM21

5.2.2 硬件生成PWM23

6 系统的调试25

7 总结25

参考文献25

致谢26

附录27

　　　摘要：随着国内外采摘机器人的兴起，21世纪是农业机械化向智能化方向发展的重要历史时期，机械作业已逐步进入农业生产领域。本文研究设计了能减轻人工劳动强度和提高工作效率的山茶采摘平台，平台由主控模块、行走模块（全向履带）和升降模块组成。系统以STM32为核心控制器，通过对伺服电机的控制可实现采摘平台的行走控制和升降控制。本文结合由铝型材制作的采摘平台的实物模型对系统的设计进行了分析和总结。

　　　关键词：机器人；农业机械化；采摘平台；全向履带

　　　Abstract: With the rise of the picking robot at home and abroad, the 21st century is an important historical period of the mechanization of agriculture to the intelligent direction, the robot has gradually entered the field of agricultural production. This study design can reduce labor intensity and improve the efficiency of the camellia picking platform, This picking platform by walking module(Omni-track), lifting module and main control module. The system use the STM32 as the core controller. The control of servomotor can be achieved walking and lifting of the picking platform. The design of the physical model produced by the aluminum picking platform system was analyzed and summarized in this paper.

　　　Key words: Robot; mechanization of agriculture; picking platform; Omni-track

山茶采摘平台设计方案

　　　对于智能可升降式移动平台来说，其主要性能是平台运行过程中的稳定性、准确性、安全性以及可操作性。通过学习和总结以往的各种产品，拟定了采摘平台的设计方案如下:

　　　1、移动底盘采用自主研究设计的山地行走系统用全向履带，使采摘平台适用于山区地形，而且在坡地行走的转向过程中无需调整履带的朝向，降低了操作的复杂度，提高了行走的稳定性。

　　　2、升降机构采用行星齿轮啮合折叠式升降结构，其具有升降平稳准确、运输状态尺寸小、安全可靠等优点，结构紧凑使其生产作业轻松自如。

　　　3、控制系统主控芯片采用STM32系列，其芯片高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用等特点，在复杂的作业中更稳定和实用以及方便工业方面的改装。

2.3 研制概要

　　　课题要求设计山茶采摘平台，目的是减轻人工的劳动强度，提高工作效率。系统主要包含以下内容：

　　　1. 采摘平台的底盘结构设计：要求结合山茶生长区的地域特点，设计适合于该地形行走的底盘结构，并且具有较强的负载能力。

　　　2. 采摘平台的升降结构设计：要求结合山茶树的外形尺寸特征，设计具有一定行程的升降系统，实现采摘平台的上升与下降，以达到方便采摘山茶的目的。

　　　3. 采摘平台的电气控制系统设计：结合各单元的机械结构，设计对应的电气控制系统实现对相应动作的控制。

3 山茶采摘平台机械设计

3.1 底盘的设计

3.1.1 基于45°全向轮的分析

作为移动机器人而开发的移动机构种类已相当繁多，仅就地面移动而言，移动机构就有车轮式、履带式、腿脚式、躯干式等多种形式。其中全方位轮式移动机构无需车体做出任何转动便可实现任意方向的移动，并且可以原地旋转任意角度，运动非常灵活，可沿平面上任意连续轨迹走到要求的位置。

山茶采摘平台设计研究.gif

内容简介：: 湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）中期检查表学部：理工学部学生姓名黄利学号200841914725年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化专业（ 7 ）班指导教师姓名李旭指导教师职称讲师毕业论文题目山茶采摘平台设计研究毕业论文工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题（宋体五号，行间距单倍行距）1.采摘平台的底盘结构设计和实验用的机械实物模型；2.采摘平台的升降系统结构设计构思方案；3.采摘平台的电气控制系统构架。（宋体五号，行间距单倍行距）1.采摘平台的底盘使用效果；2.采摘平台的升降系统结构机械实物；3.采摘平台的电气控制系统；4.山茶采摘平台实用性。指导教师意见指导教师签名：年月日检查（考核）小组意见检查小组组长签名：年月日湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）任务书学生姓名黄利学号200841914725年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(7)班指导教师及职称李旭讲师学部理工学部20 年月日填写说明一、毕业论文（设计）任务书是学院根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必须针对每一位学生，不能多人共用。三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达，不得随意更改。五、各栏填写基本要求。（一）主要内容和要求：1工程设计类选题明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等。（二）主要参考文献与外文资料：在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。（三）毕业论文（设计）的进度安排：1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%；撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文（设计）题目山茶采摘平台设计研究主要内容和要求（宋体五号，行间距单倍行距）主要内容：课题要求设计山茶采摘平台，目的是减轻人工的劳动强度，提高工作效率。系统主要包含以下内容：1.采摘平台的底盘结构设计要求结合山茶生长区的地域特点，设计适合于该地形行走的底盘结构，并且具有较强的负载能力。2.采摘平台的升降系统结构设计要求结合山茶树的外形尺寸特征，设计具有一定行程的升降系统，实现采摘平台的上升与下降，以达到方便采摘山茶的目的。3.采摘平台的电气控制系统设计结合各单元的机械结构，设计对应的电气控制系统实现对相应动作的控制。设计要求：1. 上交1.5万字的设计说明书。2. 按机械设计要求提供对应的机械结构原理图。3. 提供系统电气设计图一张（2号图纸）。注：此表如不够填写，可另加附页。主要参考资料（具体格式以规范化要求规定为准）1 冯建农, 柳明. 自主移动机器人智能导航研究进展J . 机器人, 1997, 19 (6) : 468- 478.2 方建军. 采摘机器人开放式控制系统设计J. 农业机械学报, 2005, 36 (5) : 83 86.3 冈本嗣男. 生物农业智能机器人M . 北京: 科学技术文献出版社, 19944 蔡自兴. 机器人学M. 北京: 清华大学出版社, 2000, 765 张茂.机械制造技术基础M.北京:机械工业出版社，20086 成大先.机械设计手册M.北京:滑雪工业出版社，19777 求是科技.8051系列单片机C程序设计完全手册.人民邮电出版社，2006 工作进度安排（宋体五号，行间距固定值22磅）起止日期主要工作内容2011.11.092011.11.22选题2011.11.23下达任务书2011.11.242012.01.02开题论证2012.01.032012.04.05毕业设计的调研、试验及论文撰写2012.04.062012.04.10中期考核2012.04.112012.05.10完善与总结课题、提交正稿2012.05.112012.05.17指导教师评阅、专业委员会评阅2012.05.182012.05.24答辩与修改要求完成日期：20 年月日指导教师签名：接受任务日期：20 年月日；学生本人签名：注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）开题论证审批表学生姓名黄利学号200841914725年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化（7）班指导教师及职称李旭讲师开题时间年月日毕业论文（设计）题目山茶采摘平台设计研究文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等）（宋体五号，行间距单倍行距。）研究意义机器人技术的发展是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要标志和体现。机器人集成了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科的发展成果，代表高技术的发展前沿，是当前科技研究的热点方向。21世纪是农业机械化向智能化方向发展的重要历史时期。我国是一个农业大国，要实现农业现代化，农业装备的机械化、智能化是发展的必然趋势。随着计算机和自动控制技术的迅速发展，机器人已逐步进入农业生产领域。采摘机器人作为农业机器人的重要类型，其作用在于能够降低工人劳动强度和尘产费用、提高劳动生产率和产品质量、保证果实适时采收，冈而具有很大的发展潜力。国内外研究现状收获作业的自动化和机器人的研究始于 20 世纪 60 年代的美国(1968 年)，采用的收获方式主要是机械震摇式和气动震摇式，其缺点是果实易损，效率不高，特别是无法进行选择性的收获。从 20 世纪 80 年代中期开始，随着电子技术和计算机技术的发展，特别是工业机器人技术、计算机图像处理技术和人工智能技术的日益成熟，以日本为代表的西方发达国家，包括荷兰、美国、法国、英国、以色列、西班牙等国家，在收获采摘机器人的研究上做了大量的工作，试验成功了多种具有人工智能的收获采摘机器人，如番茄采摘机器人、葡萄采摘机器人、黄瓜收获机器人、西瓜收获机器人、甘蓝采摘机器人和蘑菇采摘机器人等。 1 机器人可能成为美国农场的重要组成部分由于美国政府采取了更加严格的边境管理政策，一些依靠外来移民劳动力的农场主正将他们的视野转向一种正在发展中的新一代摘果机器人。此类机器人可以从事从采集酿酒用的葡萄直至清洗和摘取莴苣心的工作。目前这类机器人正处于全面发展时期，将成为收获精致水果和蔬菜的基本工具，目前这些工作仍由手工完成。圣地亚哥视觉机器人技术发明者德里克莫里卡瓦认为：新采摘机器人要依靠先进的运算能力和液压技术，使机器手臂和手指具有近似于人手灵敏度的能力。现代成像技术同样也使机器能够识别和挑选各种品质的水果和蔬菜。方法就是将一台机械化扫描机器送入果园。装备有数字成像技术设备的机器人能够生成一张三维地图，显示位置、成熟度和水果质量。一台采摘机器人按照这些画面，使用他们的长机械臂仔细地采集成熟了的水果。加州柑橘研究委员会和华盛顿苹果委员会合作开发一种水果采摘机器人。上个月研究人员对原型机进行了检测，但是距离真正的广泛商业应用还有很长的路要走。另外，加州州立大学弗雷斯诺分校一个葡萄酒专家小组正在研制一种自动采摘机器人，目的是使葡萄酒业实现更多的机械化。该新技术包括一种称之为近红外线分光计的装置，它可以在采摘之前检测葡萄样品中的糖含量和化学成分。然后利用这些数据绘制一幅全球定位系统地图，收割机器人可以使用这些地图进行导航，在葡萄园中采摘特定的理想成熟葡萄串。位于萨利纳斯山谷的拉姆齐黑蓝德公司销售能够部分自动使用带状锯或水刀的机器人,机器人从地面收割莴苣，并将莴苣进行装箱，以便清洗和加工。该公司首席执行官弗兰克梅肯纳奇称，拉姆齐黑蓝德公司开发的一种新机器模型已接近完工，这种新机器人可以采摘、清洗、取心和对莴苣和其他绿色蔬菜进行打包。 2 日本的果蔬采摘机器人自 1983 年第一台西红柿采摘机器人在美国诞生以来，采摘机器人的研究和开发历经 20 多年，日本和欧美等国家相继立项研究采摘苹果、柑桔、西红柿、西瓜和葡萄等智能机器人。目前，日本在水果采摘机器人领域中研究颇丰，其研究出的采摘机器人主要有以下几类。2.1 西红柿采摘机器人日本 KondoN 等人研制的西红柿收获机器人，由机械手、末端执行器、视觉传感器和移动机构等组成。西红柿一簇可长 4-6 个果实，各个果实不一定是同时成熟，并且果实有时被叶茎挡住，收获时要求机械手活动范围大，能避开障碍物，所以机器人的采摘机械手设计成具有 7 自由度，能够形成指定的采摘姿态进行采摘。末端执行器由两个机械手指和一个吸盘组成；视觉传感器主要由彩色摄像机来寻找和识别成熟果实，利用双目视觉方法对目标进行定位；移动机构采用 4 轮结构，能在垄间自动行走。采摘时，移动机构行走一定的距离后，就进行图像采集，利用视觉系统检测出果实相对机械手坐标系的位置信息，判断西红柿是否在收获的范围之内，若可以收获，则控制机械手靠近并摘取果实，吸盘把果实吸住后，机械手指抓住果实，然后通过机械手的腕关节拧下果实。 2.2 草莓采摘机器人 Kondo-N 等人还针对草莓的不同栽培模式(高架栽培模式和传统模式)研制出了相应的采摘机器人。高架栽培模式由于适合机器人作业被越来越多地采用。该机器人采用 5 自由度采摘机械手，视觉系统与西红柿采摘机器人类似，末端执行器采用真空系统加螺旋加速切割器。收获时，由视觉系统计算采摘目标的空间位置，接着采摘机械手移动到预定位置，末端执行器向下移动直到把草莓吸入；由 3 对光电开关检测草莓的位置，当草莓位于合适的位置时，腕关节移动，果梗进入指定位置，由螺旋加速驱动切割器旋转切断果梗，完成采摘。 2.3 黄瓜采摘机器人黄瓜采摘机器人，采用 6 自由度的机械手，能在倾斜棚支架下工作，这种支架栽培方式是专门为机械化采摘而设计。黄瓜果实在倾斜棚的下侧，便于黄瓜与茎叶分离，使检测与采摘更容易。在摄像机前加了滤波片，根据黄瓜的光谱反射特性来识别黄瓜。其末端执行器上装有果梗探测器、切割器和机械手指。采摘时由机械手指抓住黄瓜后，果梗探测器寻找果梗，然后切割器切断果梗。 2.4 功能葡萄采摘机器人葡萄采摘机器人采用 5 自由度的极坐标机械手，末端的臂可以在葡萄架下水平匀速运动。视觉传感器一般采用彩色摄像机，采用 PSD 三维视觉传感器效果更好些，可以检测成熟果实及其距离信息的三维信息。在开放式的种植方式下，由于采摘季节太短，单一的采摘功能使得机器人的使用效率太低，因此开发了多种末端执行器，如分别用于采摘和套袋的末端执行器、装在机械手末端的喷嘴等。用于葡萄采摘的末端执行器有机械手指和剪刀，采摘时，用机械手指抓住果房，用剪刀剪断穗柄。除了以上介绍的几种类型的采摘机器人，日本还开发了用于柑橘采摘、蘑菇和西瓜收获等的机器人。目前，果蔬采摘机器人的智能水平还很有限，离实用化和商品化还有一定的距离。主要存在的问题，一是果实的识别率和采摘率不高，损伤率较高；二是果实的平均采摘周期较长；三是采摘机器人制造成本较高；随着传感器及计算机视觉等技术的发展，果蔬采摘机器人的研究还需在以下几个方面进行努力：一是要找到一种可靠性好、精度高的视觉系统技术，能够检测出所有成熟果实，精确对其定位；二是提高机械手和末端执行器的设计柔性和灵巧性，成功避障，提高采摘的成功率，降低果实的损伤率；三是要提高采摘机器人的通用性，提高机器人的利用率。 3 荷兰的黄瓜采摘机器人 1996 年，荷兰农业环境工程研究所(MAG)研制出一种多功能黄瓜收获机器 2 人。该研究在荷兰 2 hm 的温室里进行，黄瓜按照标准的园艺技术种植并把它培养为高拉线缠绕方式吊挂生长。该机器人利用近红外视觉系统辨识黄瓜果实，并探测它的位置。机械手只收获成熟黄瓜，不损伤其他未成熟的黄瓜。采摘通过末端执行器来完成，它由手爪和切割器构成。机械手安装在行走车上，行走车为机械手的操作和采摘系统初步定位。机械手有 7 个自由度，采用三菱公司 (Mitsubishi) RVE26 自由度机械手，另外在底座增加了一个线性滑动自由度。收获后黄瓜的运输由一个装有可卸集装箱的自走运输车完成。整个系统无人工干预就能在温室工作。试验结果为工作速度 10 s/根，在实验室中效果良好，但由于制造成本和适应性的制约，还不能满足商用的要求。 4 英国的蘑菇采摘机器人英国 Silsoe 研究院研制了蘑菇采摘机器人，它可以自动测量蘑菇的位置、大小，并选择性地采摘和修剪。它的机械手包括 2 个气动移动关节和 1 个步进电机驱动的旋转关节；末端执行器是带有软衬垫的吸引器；视觉传感器采用 TV 摄像头，安装在顶部用来确定蘑菇的位置和大小。采摘成功率在 75% 左右，采摘速度为 617 个/s，生长倾斜是采摘失败的主要原因。如何根据图像信息调整机器手姿态动作来提高成功率和采用多个末端执行器提高生产率是亟待解决的问题。 5 国内研究进展在国内，果蔬采摘机器人的研究刚刚起步。东北林业大学的陆怀民研制了林木球果采摘机器人，主要由 5 自由度机械手、行走机构、液压驱动系统和单片机控制系统组成。采摘时机器人停在距离母树 35m，操纵机械手回转马达对准母树。然后，单片机控制系统控制机械手大、小臂同时柔性升起达到一定高度，采摘爪张开并摆动，对准要采集的树枝，大小臂同时运动，使采摘爪沿着树枝生长方向趋近 1.52m，然后采摘爪的梳齿夹拢果枝，大小臂带动采集爪按原路向后返回，梳下枝上球果，完成一次采摘。这种机器人效率是 500 kg/天，是人工的 3050 倍。而且，采摘时对母树的破坏较小，采净率高。图 3 林木球果采摘机器人原理图另外，郭峰等运用彩色图像处理技术和神经网络理论，开发了草莓拣选机器人，采用气动驱动器将草莓推到不同的等级方向。浙江大学的应义斌等完成了水果自动分级机器人的研究开发。赵杰文等研究了基于 HIS 颜色特征的田间成熟番茄识别技术，该方法对田间成熟番茄之间相互分离的情况有很好的识别效果。梁喜凤等为分析并改善番茄收获机械手运动学特性进行了番茄收获机械手运动学优化与仿真试验，取得了较好的效果。主要参考资料1 冯建农, 柳明. 自主移动机器人智能导航研究进展J.机器人,1997,19(6): 468- 478.2 方建军. 采摘机器人开放式控制系统设计J.农业机械学报, 2005,36(5):83-86.3 冈本嗣男. 生物农业智能机器人M .北京:科学技术文献出版社,1994.4 蔡自兴. 机器人学M.北京:清华大学出版社, 2000,76.5 张茂.机械制造技术基础M.北京:机械工业出版社，2008.6 成大先.机械设计手册M.北京:滑雪工业出版社,1977.7 求是科技.8051系列单片机C程序设计完全手册.人民邮电出版社，2006.研究方案（研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等）（宋体五号，行间距单倍行距）研究目的：“山茶采摘平台设计研究”设计的目的是采摘山茶过程中减轻人工的劳动强度，提高工作效率。课题要求设计山茶采摘平台，目的是减轻人工的劳动强度，提高工作效率。系统主要包含以下内容：1 采摘平台的底盘结构设计要求结合山茶生长区的地域特点，设计适合于该地形行走的底盘结构，并且具有较强的负载能力。 2 采摘平台的升降系统结构设计要求结合山茶树的外形尺寸特征，设计具有一定行程的升降系统，实现采摘平台的上升与下降，以达到方便采摘山茶的目的。3 采摘平台的电气控制系统设计结合各单元的机械结构，设计对应的电气控制系统实现对相应动作的控制。研究内容：设计并制作山茶采摘平台行走控制系统，能够提高摘茶的效率，对茶叶的生产起到积极意义，其主要研究内容有以下。1 机械子系统的设计包括平台系统和驱动系统，转向结构，平台主要由槽钢焊接而成，由电机驱动，转向系统可以由电机转向。2 导航控制系统设计控制器的输出路径跟踪控制主要是通过控制轮胎的转角来实现3 CAN总线设计为了实现平台控制部件的智能化合控制系统的网络化。4 转向控制和智能控制系统研究尽量减少偏差和误差。5 行走实验评估研究的可行性，和可操作性。研究方法：以实验法为主，辅以比较研究法、经验法及查阅文献资料等方法。充分借用学校的电子创新实验室和相关实验室，运用实验室有关的机械结构所需的仪器和工具，完成采摘平台机械实物模型；采用其相关设备仪器进行印制电路板的制作和测试，完成控制系统；向老师或他人请教，借鉴其专业知识或丰富的经验来完善设计；查阅相关的文献资料以及设计手册来保障毕业设计的顺利完成。预期成果：1 完成采摘平台实物模型。2 完成1.5万字的设计说明书。3 提供系统电气设计图一张（2号图纸）。4 按机械设计要求提供对应的机械结构原理图。条件保障：1 掌握扎实的专业知识，熟知与本课题相关的课外知识；2 具备独立查阅资料获取有效信息的能力；3 具备动手实践以及创新的能力；4 学校设备齐全的电子创新实验室；5 指导老师的专业指导。时间进程安排（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等）（宋体五号，行间距单倍行距）2011.09.15 - 2011.09.19 选题2011.09.20 - 2011.09.21 下达任务书2011.09.22 2011.09.26 开题论证2011.09.27 2011.10.31 调研、收集整理资料、制定方案 2011.11.01 - 2012.02.29 系统分析与设计、实验、调试2012.03.01 - 2012.03.30 系统调试、结果分析、制作实物模型、中期考核2012.04.01 - 2012.05.05 总结完善课题、撰写论文初稿、修改定稿、打印2012.05.06 - 2012.05.12 指导教师评阅、专业委员会评阅2012.05.13 - 2012.05.20 答辩与修改开题论证小组意见组长签名：年月日专业委员会意见专业教研室主任签名：年月日注：此表意见栏必须由相应责任人亲笔填写。专业名称必须是全称，例如“会计学专业”，班序号用阿拉伯数字“1”、“2”标注。此表如不够填写，可另加页。湖南农业大学东方科技学院湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计全日制普通本科生毕业设计山茶采摘平台设计研究山茶采摘平台设计研究DESIGN AND RESEARCH OF THE CAMELLIA PICKING PLATFORM学生姓名：学生姓名：黄黄利利学学号：号： 200841914725200841914725年级专业及班级：年级专业及班级： 20082008 级机械设计制造及其自动级机械设计制造及其自动化化(7)(7)班班指导老师及职称：指导老师及职称：李李旭旭讲师讲师学学部：部：理工学部理工学部湖南长沙提交日期：2012 年 5 月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：年月日目录摘要 .1关键词 .11 前言 .11.1 研究意义与目的 .2 1.2 国内外研究现状 .22 山茶采摘平台创意设计与方案 .62.1 机器人一般组成 .62.2 山茶采摘平台设计方案 .62.3 研制概要 .73 采摘平台机械设计 .73.1 底盘的设计 .73.1.1 基于 45全向轮的分析.73.1.2 一种山地行走系统用全向履带 .103.2 升降机构的设计 .114 采摘平台电路硬件电路设计 .134.1 系统原理框图 .134.2 采摘主控制板结构及说明 .134.2.1 最小系统.144.2.2 主控制板实物图 .144.3 电源模块 .154.4 伺服电机驱动电路 .164.5 按键电路 .205 主控制板程序设计 .215.1 系统主程序流程图 .215.2 PWM 的产生.215.2.1 软件生成 PWM.215.2.2 硬件生成 PWM.236 系统的调试 .257 总结 .25参考文献 .25致谢 .26附录 .270山茶采摘平台设计研究山茶采摘平台设计研究学生：黄利指导老师：李旭（湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128）摘要：随着国内外采摘机器人的兴起，21 世纪是农业机械化向智能化方向发展的重要历史时期，机械作业已逐步进入农业生产领域。本文研究设计了能减轻人工劳动强度和提高工作效率的山茶采摘平台，平台由主控模块、行走模块（全向履带）和升降模块组成。系统以 STM32 为核心控制器，通过对伺服电机的控制可实现采摘平台的行走控制和升降控制。本文结合由铝型材制作的采摘平台的实物模型对系统的设计进行了分析和总结。关键词：机器人；农业机械化；采摘平台；全向履带Design and research of the camellia picking platform Author: Huang LiTutor: Li Xu(Orient Science & Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)Abstract: With the rise of the picking robot at home and abroad, the 21st century is an important historical period of the mechanization of agriculture to the intelligent direction, the robot has gradually entered the field of agricultural production. This study design can reduce labor intensity and improve the efficiency of the camellia picking platform, This picking platform by walking module(Omni-track), lifting module and main control module. The system use the STM32 as the core controller. The control of servomotor can be achieved walking and lifting of the picking platform. The design of the physical model produced by the aluminum picking platform system was analyzed and summarized in this paper.Key words: Robot; mechanization of agriculture; picking platform; Omni-track1 前言机器人技术的发展是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要标志和体现。机器人涉及多学科交叉综合；人工智能、机器人技术、通信技术、传感器技术、仿生学、机构学、信息及编程技术、计算机学、材料学、电子技术、传动技术、接口技术、1电机拖动学、精密机械技术、自动控制理论、伺服传动技术等诸多领域的技术集成，代表高技术的发展前沿，是当前科技研究的热点方向。21 世纪是农业机械化向智能化方向发展的重要历史时期。我国是一个农业大国，要实现农业现代化，农业装备的机械化、智能化是发展的必然趋势。随着计算机和自动控制技术的迅速发展，机器人已逐步进入农业生产领域。采摘机器人作为农业机器人的重要类型，其作用在于能够降低工人劳动强度和生产费用、提高劳动生产率和产品质量、保证果实适时采收，使其具有很大的发展潜力1。1.1 研究意义与目的农业是国民经济的基础, 这是不以人们意志为转移的客观经济规律。农业生产力发展的水平和农业劳动生产率的高低, 决定了农业为其他部门提供剩余产品和劳动力的数量, 进而制约着这些部门的发展规模和速度。近年来，采摘作业的效率提高问题已成为农业经济发展需突破的瓶颈问题之一，目前在国内，果实采摘的成本普遍比较高，效率也低，人工采摘成为制约各地生产效率提高的一个瓶颈。在各地的采摘作业基本上还是手工完成,随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，农业生产成本也将提高。因此推广发展机械化收获采摘技术和研究具有重要的意义。现今国内外有某些公司已经解决了机器采茶的问题，但是由于该机器结构复杂，核心机构和工作部件需要进口，价格昂贵。而且该机的易损部件也是核心零部件还不能国产化，导致使用成本大大提高，所以国内的机械化采茶的效率还很低，中小型茶农也很难购买该类机器，即使有能力购买采摘机，高昂的使用维护成本会使茶农的种植收益大打折扣。针对这种状况，本文主要以山茶采摘平台作为研究对象，目标是提高采摘工作效率，降低茶农成本，提高利润2。山茶采摘平台行走控制系统设计的目的是用先进的机械化来替代繁重且低效益的农业生产方式，使农民采摘作业的更高效、更科学化、更省力。利用山茶采摘平台行走控制系统实现对果实成熟时采摘的机械化，智能化。极大地提高了采摘的工作效率，降低了人工作业的工作强度。1.2 国内外研究现状收获作业的自动化和机器人的研究始于 20 世纪 60 年代的美国(1968 年)，采用的收获方式主要是机械震摇式和气动震摇式，其缺点是果实易损，效率不高，特别是无法进行选择性的收获。从 20 世纪 80 年代中期开始，随着电子技术和计算机技术的发展，特别是工业机器人技术、计算机图像处理技术和人工智能技术的日益成熟，以日本为代表的西方发达国家，包括荷兰、美国、法国、英国、以色列、西班牙等国家，2在收获采摘机器人的研究上做了大量的工作，试验成功了多种具有人工智能的收获采摘机器人，如番茄采摘机器人、葡萄采摘机器人、黄瓜收获机器人、西瓜收获机器人、甘蓝采摘机器人和蘑菇采摘机器人等。 (1) 机器人可能成为美国农场的重要组成部分由于美国政府采取了更加严格的边境管理政策，一些依靠外来移民劳动力的农场主正将他们的视野转向一种正在发展中的新一代摘果机器人。此类机器人可以从事从采集酿酒用的葡萄直至清洗和摘取莴苣心的工作。目前这类机器人正处于全面发展时期，将成为收获精致水果和蔬菜的基本工具，目前这些工作仍由手工完成。圣地亚哥视觉机器人技术发明者德里克莫里卡瓦认为：新采摘机器人要依靠先进的运算能力和液压技术，使机器手臂和手指具有近似于人手灵敏度的能力。现代成像技术同样也使机器能够识别和挑选各种品质的水果和蔬菜。方法就是将一台机械化扫描机器送入果园。装备有数字成像技术设备的机器人能够生成一张三维地图，显示位置、成熟度和水果质量。一台采摘机器人按照这些画面，使用他们的长机械臂仔细地采集成熟了的水果。加州柑橘研究委员会和华盛顿苹果委员会合作开发一种水果采摘机器人。上个月研究人员对原型机进行了检测，但是距离真正的广泛商业应用还有很长的路要走。另外，加州州立大学弗雷斯诺分校一个葡萄酒专家小组正在研制一种自动采摘机器人，目的是使葡萄酒业实现更多的机械化。该新技术包括一种称之为近红外线分光计的装置，它可以在采摘之前检测葡萄样品中的糖含量和化学成分。然后利用这些数据绘制一幅全球定位系统地图，收割机器人可以使用这些地图进行导航，在葡萄园中采摘特定的理想成熟葡萄串。位于萨利纳斯山谷的拉姆齐黑蓝德公司销售能够部分自动使用带状锯或水刀的机器人,机器人从地面收割莴苣，并将莴苣进行装箱，以便清洗和加工。该公司首席执行官弗兰克梅肯纳奇称，拉姆齐黑蓝德公司开发的一种新机器模型已接近完工，这种新机器人可以采摘、清洗、取心和对莴苣和其他绿色蔬菜进行打包。 (2) 日本的果蔬采摘机器人自 1983 年第一台西红柿采摘机器人在美国诞生以来，采摘机器人的研究和开发历经 20 多年，日本和欧美等国家相继立项研究采摘苹果、柑桔、西红柿、西瓜和葡萄等智能机器人。目前，日本在水果采摘机器人领域中研究颇丰，其研究出的采摘机器人主要有以下几类。西红柿采摘机器人 1 日本 KondoN 等人研制的西红柿收获机器人，由机械手、末端执行器、视觉传3感器和移动机构等组成。西红柿一簇可长 4-6 个果实，各个果实不一定是同时成熟，并且果实有时被叶茎挡住，收获时要求机械手活动范围大，能避开障碍物，所以机器人的采摘机械手设计成具有 7 自由度，能够形成指定的采摘姿态进行采摘。末端执行器由两个机械手指和一个吸盘组成；视觉传感器主要由彩色摄像机来寻找和识别成熟果实，利用双目视觉方法对目标进行定位；移动机构采用 4 轮结构，能在垄间自动行走。采摘时，移动机构行走一定的距离后，就进行图像采集，利用视觉系统检测出果实相对机械手坐标系的位置信息，判断西红柿是否在收获的范围之内，若可以收获，则控制机械手靠近并摘取果实，吸盘把果实吸住后，机械手指抓住果实，然后通过机械手的腕关节拧下果实。草莓采摘机器人 2 Kondo-N 等人还针对草莓的不同栽培模式(高架栽培模式和传统模式)研制出了相应的采摘机器人。高架栽培模式由于适合机器人作业被越来越多地采用。该机器人采用 5 自由度采摘机械手，视觉系统与西红柿采摘机器人类似，末端执行器采用真空系统加螺旋加速切割器。收获时，由视觉系统计算采摘目标的空间位置，接着采摘机械手移动到预定位置，末端执行器向下移动直到把草莓吸入；由 3 对光电开关检测草莓的位置，当草莓位于合适的位置时，腕关节移动，果梗进入指定位置，由螺旋加速驱动切割器旋转切断果梗，完成采摘。黄瓜采摘机器人 3黄瓜采摘机器人，采用 6 自由度的机械手，能在倾斜棚支架下工作，这种支架栽培方式是专门为机械化采摘而设计。黄瓜果实在倾斜棚的下侧，便于黄瓜与茎叶分离，使检测与采摘更容易。在摄像机前加了滤波片，根据黄瓜的光谱反射特性来识别黄瓜。其末端执行器上装有果梗探测器、切割器和机械手指。采摘时由机械手指抓住黄瓜后，果梗探测器寻找果梗，然后切割器切断果梗。功能葡萄采摘机器人 4葡萄采摘机器人采用 5 自由度的极坐标机械手，末端的臂可以在葡萄架下水平匀速运动。视觉传感器一般采用彩色摄像机，采用 PSD 三维视觉传感器效果更好些，可以检测成熟果实及其距离信息的三维信息。在开放式的种植方式下，由于采摘季节太短，单一的采摘功能使得机器人的使用效率太低，因此开发了多种末端执行器，如分别用于采摘和套袋的末端执行器、装在机械手末端的喷嘴等。用于葡萄采摘的末端执行器有机械手指和剪刀，采摘时，用机械手指抓住果房，用剪刀剪断穗柄。除了以上介绍的几种类型的采摘机器人，日本还开发了用于柑橘采摘、蘑菇和西瓜收获等4的机器人。目前，果蔬采摘机器人的智能水平还很有限，离实用化和商品化还有一定的距离。主要存在的问题，一是果实的识别率和采摘率不高，损伤率较高；二是果实的平均采摘周期较长；三是采摘机器人制造成本较高；随着传感器及计算机视觉等技术的发展，果蔬采摘机器人的研究还需在以下几个方面进行努力：一是要找到一种可靠性好、精度高的视觉系统技术，能够检测出所有成熟果实，精确对其定位；二是提高机械手和末端执行器的设计柔性和灵巧性，成功避障，提高采摘的成功率，降低果实的损伤率；三是要提高采摘机器人的通用性，提高机器人的利用率。 (3) 荷兰的黄瓜采摘机器人 1996 年，荷兰农业环境工程研究所(MAG)研制出一种多功能黄瓜收获机器 2 人。该研究在荷兰 2hm 的温室里进行，黄瓜按照标准的园艺技术种植并把它培养为高拉线缠绕方式吊挂生长。该机器人利用近红外视觉系统辨识黄瓜果实，并探测它的位置。机械手只收获成熟黄瓜，不损伤其他未成熟的黄瓜。采摘通过末端执行器来完成，它由手爪和切割器构成。机械手安装在行走车上，行走车为机械手的操作和采摘系统初步定位。机械手有 7 个自由度，采用三菱公司(Mitsubishi)RV-E26 自由度机械手，另外在底座增加了一个线性滑动自由度。收获后黄瓜的运输由一个装有可卸集装箱的自走运输车完成。整个系统无人工干预就能在温室工作。试验结果为工作速度 10s/根，在实验室中效果良好，但由于制造成本和适应性的制约，还不能满足商用的要求。 (4) 英国的蘑菇采摘机器人英国 Silsoe 研究院研制了蘑菇采摘机器人，它可以自动测量蘑菇的位置、大小，并选择性地采摘和修剪。它的机械手包括 2 个气动移动关节和 1 个步进电机驱动的旋转关节；末端执行器是带有软衬垫的吸引器；视觉传感器采用 TV 摄像头，安装在顶部用来确定蘑菇的位置和大小。采摘成功率在 75%左右，采摘速度为 617 个/s，生长倾斜是采摘失败的主要原因。如何根据图像信息调整机器手姿态动作来提高成功率和采用多个末端执行器提高生产率是亟待解决的问题3。 (5) 国内研究进展在国内，果蔬采摘机器人的研究刚刚起步。东北林业大学的陆怀民研制了林木球果采摘机器人，主要由 5 自由度机械手、行走机构、液压驱动系统和单片机控制系统组成。采摘时机器人停在距离母树 35m，操纵机械手回转马达对准母树。然后，单片机控制系统控制机械手大、小臂同时柔性升起达到一定高度，采摘爪张开并摆动，对准要采集的树枝，大小臂同时运动，使采摘爪沿着树枝生长方向趋近 1.52m，然5后采摘爪的梳齿夹拢果枝，大小臂带动采集爪按原路向后返回，梳下枝上球果，完成一次采摘。这种机器人效率是 500 kg/天，是人工的 3050 倍。而且，采摘时对母树的破坏较小，采净率高。另外，郭峰等运用彩色图像处理技术和神经网络理论，开发了草莓拣选机器人，采用气动驱动器将草莓推到不同的等级方向。浙江大学的应义斌等完成了水果自动分级机器人的研究开发。赵杰文等研究了基于 HIS 颜色特征的田间成熟番茄识别技术，该方法对田间成熟番茄之间相互分离的情况有很好的识别效果。梁喜凤等为分析并改善番茄收获机械手运动学特性进行了番茄收获机械手运动学优化与仿真试验，取得了较好的效果2。2 山茶采摘平台创意设计与方案2.1 采摘机器人一般组成采摘机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气动等驱动装置。检测装置的作用是实时检测机器人的运动以及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。控制系统有两种方式。一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。2.2 山茶采摘平台设计方案对于智能可升降式移动平台来说，其主要性能是平台运行过程中的稳定性、准确性、安全性以及可操作性。通过学习和总结以往的各种产品，拟定了采摘平台的设计6方案如下:1、移动底盘采用自主研究设计的山地行走系统用全向履带，使采摘平台适用于山区地形，而且在坡地行走的转向过程中无需调整履带的朝向，降低了操作的复杂度，提高了行走的稳定性。2、升降机构采用行星齿轮啮合折叠式升降结构，其具有升降平稳准确、运输状态尺寸小、安全可靠等优点，结构紧凑使其生产作业轻松自如。 3、控制系统主控芯片采用 STM32 系列，其芯片高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用等特点，在复杂的作业中更稳定和实用以及方便工业方面的改装。2.3 研制概要课题要求设计山茶采摘平台，目的是减轻人工的劳动强度，提高工作效率。系统主要包含以下内容：1. 采摘平台的底盘结构设计：要求结合山茶生长区的地域特点，设计适合于该地形行走的底盘结构，并且具有较强的负载能力。2. 采摘平台的升降结构设计：要求结合山茶树的外形尺寸特征，设计具有一定行程的升降系统，实现采摘平台的上升与下降，以达到方便采摘山茶的目的。3. 采摘平台的电气控制系统设计：结合各单元的机械结构，设计对应的电气控制系统实现对相应动作的控制。3 山茶采摘平台机械设计3.1 底盘的设计3.1.1 基于 45全向轮的分析作为移动机器人而开发的移动机构种类已相当繁多，仅就地面移动而言，移动机构就有车轮式、履带式、腿脚式、躯干式等多种形式。其中全方位轮式移动机构无需车体做出任何转动便可实现任意方向的移动，并且可以原地旋转任意角度，运动非常灵活，可沿平面上任意连续轨迹走到要求的位置。(1) 单个辊子的运动原理45全向轮外形像一个斜齿轮，轮齿是能够转动的鼓形辊子，辊子的轴线与轮的轴线成角度。这样的特殊结构使得轮体具备了三个自由度：绕轮轴的转动和沿辊子轴线垂线方向的平动和绕辊子与地面接触点的转动。这样，驱动轮在一个方向上具有主动驱动能力的同时，另外一个方向也具有自由移动（被动移动）的运动特性。轮子的圆周不是由普通的轮胎组成，而是分布了许多小滚筒，这些滚筒的轴线与轮子的圆周相切，并且滚筒能自由旋转。当电机驱动车轮旋转时，车轮以普通方式沿着垂直于7驱动轴的方向前进，同时车轮周边的辊子沿着其各自的轴线自由旋转。图1为45全向轮的各结构和运动参量。图 1 45全向轮运动参量的定义Fig 1 45Omni-wheel movement marameters of the definition(2) 全方位轮协调运动原理图 2 为采用全方位移动机构的车轮组合情况，轮中的小斜线表示触地辊子的轴线方向。每个全方位轮都由一台直流电机独立驱动，通过四个全方位轮的转速转向适当组合，可以实现机器人在平面上三自由度的全方位移动。4 个全方位轮组成的机器人底座的力分析如图，其中 f 为轮子滚动时小辊子受到轴向的摩擦力；F 为小辊子做从动滚动时受到的滚动摩擦力；为各轮转动的角速度4。8图 2 组合运动图Fig 2 Combined motion map四边形底盘：动力轮分布在底盘的四个方向两两同轴且相互垂直，轮心到 P 底盘重心 O 的距离都等于 a 如下图所示，假设每个轮子与地面的摩擦力分别为 f1、f2、f3、f4,按照力学公式推导如下：图 3 四边形底盘分析Fig.3 Chassis Of QuadrilateralFx = f1 + f3Fy = f2 + f4Mo = (f1 * a) + (f2 * a) + (f3 * a) + (f14 * a)当 f1 = f3；f1 与 f3 方向相同 f2 = f4 = 0 此时机器人向 X 方向运动1当 f2 = f4；f2 与 f4 方向相同 f1 = f2 = 0 此时机器人向 Y 方向运动2f1 = f2 = f3 = f4；f1 与 f3 方向相反 f2 与 f4 方向相反时此时机器人原地旋转3f1 = f3 = F1,f2 = f4 = F2；F1 方向与 F2 相反此时机器人向 F1 与 F2 的合力方4向移动。(3) 45全向轮的参数设计假设图 4 中所示的圆柱是全方位轮的理论设计圆柱，曲线 AB 是轮子滚动时辊子9与地面的接触线。曲线 AB 是等速螺旋线，曲线 AB 绕直线 AB 旋转一周就形成了全方位轮辊子的曲面。图 4 辊子生成图5Fig 4 Roller generated map由上述模型设计如下参数：辊子最小端半径 rmin(mm)；辊子轮廓上任意一点相对于 AB 的距离及其最大值 max(mm)和最小值 min (mm)，由前面的推导知道 minrmin，辊子最大半径 rmax =max；辊子轴线与轮子 Z 轴的夹角 (rad)；辊子轴线与轮子 Z 轴的最小距离 Smin (mm)；辊子的数目 N；辊子的长度 l(mm)；轮子的实际宽度 b(mm)。 (4) 模型分析6运动学模型是全方位轮协调无碰运动轨迹时规划的理论依据，而动力学模型是研究动态环境下的实际时变运动规划问题的基础。运动学建模可以从理论上证明全方位轮是如何协调实现机器人的全方位运动的，并且为进一步建立动力学模型提供基础。本文作了三个合理的假设：忽略本体及辊子的柔性；1 忽略工作场地的不规则，即四个全方位轮能同时正常运转；2 全方位轮与工作面有足够大的摩擦力，轮体不存在打滑现象。310首先设定移动机器人的几个不同坐标系，推导不同坐标系间的变换关系进而求轮体雅可比矩阵，并求出运动学问题的正逆问题最小二乘解。在运动学基础上，求轮体复合系统在固定坐标系中的加速度及加速度能，并求出动力学正逆问题解，为全方位移动机器人的进一步研究提供理论模型7。图 5 山茶采摘平台移动底盘Fig 5 Molile chassis of the camellia picking platform3.1.2 一种山地行走系统用全向履带行走系统可分为轮式和履带式两大类。轮式行走装置的特点是功耗低，较机动，但是通过性能比履带式差；履带式的特点则是与地面接触面积大，通过能力强，且履带式行走装置可利用履带的差速实现转弯，转弯半径小，甚至是原地转弯。但目前履带行走装置在使用的过程中存在两个较严重的缺点：一是转向时由于与地面接触面积大摩擦力大，所以功率消耗大，零件易磨损；二是在改变运动方向时需要调整履带的朝向，增加了操作的复杂性。1. 一种全向履带，可实现履带不同角度横向平移的履带，其特征在于，所述全向履带具有：履带主体，其由履带板和履带销组成，履带销将履带板连接起来构成履带链环；履带板中间有孔，与主动轮啮合，每块履带板两侧各安装一个毂轮，毂轮通过轴和轴承安装在履带板上，可以灵活的转动。2. 根据所述的全向履带，其中履带板两侧的轮毂平行排列，毂轮的中心轴与传动轴线空间所成夹角为 0-90 度。综上分析，这种无需调整履带朝向便可实现自由转向的全向履带尤其适用于山区地形的果园采摘平台，它即具有履带的通过性强的特点适合山地坡地行走，而且在坡11地行走的转向过程中无需调整履带的朝向，降低了操作的复杂度，提高了行走的稳定性。其效果是电机驱动主动轮运转带动履带链环运动，在两侧履带链环出现转速差时会产生转向运动，由于本发明的履带板上安装有毂轮，所以此刻履带的转向无需改变朝向。适合安装于农业用作业机械、土木用作用机械或建设用作用机械等行驶车辆的全向履带。我们结合轮式底盘和履带式底盘的优点和使用条件，决定用我们自主研究设计的全向履带作为山茶采摘平台的移动底盘。3.2 升降机构的设计升降机构可以选择丝杆、导轨、滑块、直线滑轨式和直线轴承式等机构，并且我和指导老师也同时讨论了这几种机构的设计方案，但为了满足实验的要求，必须稳定、可靠、速度快、动作准确、方便控制等特点。在指导教师的组织下，我进行了多次选择和分析：1. 采用直线轴承式升降：是一种以低成本生产的直线运动系统，用于无限行程与圆柱轴配合使用。由于承载球与轴呈点接触，故使用载荷小。钢球以极小的摩擦阻力旋转，从而能获得高精度的平稳运动。直线轴承是与淬火直线传动轴配合使用。作无限直线运动的系统。负荷滚珠和淬火传动轴因为是点接触，容许载荷较小，但直线运动时，摩擦阻力最小，精度高，运动快捷。2. 采用同步带传输动力：同步带是以钢丝绳或玻璃纤维为强力层，外覆以聚氨酯或氯丁橡胶的环形带，带的内周制成齿状，使其与齿形带轮啮合。同步带传动时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好,对于要求同步的传动，也可用于低速传动。同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成。它综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优点。转动时，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。传输的同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大。传动效率高，结构紧凑，适宜于多轴传动，不需润滑，无污染，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。3. 丝杆传输动力：丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的一种传动结构。典型的丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。4. 行星齿轮传输动力：行星齿轮在一对互相啮合的齿轮中，有一个齿轮作为主12动轮，动力从它那里输入，另一个齿轮作为从动轮，动力从它输出。行星齿轮传动的主要特点是体积小，承载能力大，工作平稳。综上分析几种升降机构都可以实现任务要求，进行就效率和质量优劣分析可知道：直线滑轨式的优点：精度高，可自制。弊端：价格昂贵，重量较重。1 丝杆传动的优点：简单，成本低廉，传动力大。弊端：传动缓慢，需要软件2算法提高精度。同步带传动的优点：精度高，有瞬时传动比质量轻。3行星齿轮转动的优点：体积小，承载能力大，工作平稳。弊端：需要软件算4法提高精度,需要定制。由于实验要求在较短的时间内完成升降动作，升降精度要求高，所以我选择行星齿轮折叠式升降机构转动的方式来实现升降动作,图 5 所示为用于比赛的收集机器人，其上升下降机构为采摘平台的升降机构的实验模型。图 6 升降结构（收集机器人）Fig 6 Lifting stucture(Collection of robots)行星齿轮折叠式升降机构各齿轮参数如下大齿轮（太阳轮）的参数：模数 M=1.75齿数 Z=32013压力角=20齿点高系数 ha=1齿顶间隙数 c=0.25升降齿轮的参数：模数 M=1.75齿数 Z=160压力角=20齿点高系数 ha=1齿顶间隙数 c=0.25选定小齿轮类型、精度等级、齿轮材料及齿数1）考虑此减速器的功率及现场安装限制，故大小齿轮都选用直齿圆柱齿轮传动。2）升降运动速度不高，故选用八级精度（GB/T10095-1998）3）小齿轮材料选用 45Cr(调质)，齿面硬度为小齿轮 280HBS，大齿轮材料为 45钢（调质）硬度为 240HBS。4）选小齿轮齿数。171Z初步设计小齿轮传动的主要尺寸按齿面接触强度设计2131)(132. 2HEdtZuuKTd确定各参数的值:1）试选=1.6tK2）计算小齿轮传递的转矩。mmNnPT955016016. 0105 .95105 .95511513）由16表 10-7 查得: =1d4）由16表 10-6 得材料的弹性影响系数： =189.8 EZ21Mpa 5）齿轮的疲劳强度极限由16图 10-21d，查小齿轮的接触疲劳强度；大齿轮的接触疲劳Mpa6001lim强度。MPa5501lim6）由16公式 10-13 计算应力值环数N =60n j =601601(830010)11hL = 2.30410 h814N =60n j =60141(830010)21hL = 2.01610 h 77）查16图 10-19 取接触疲劳寿命系数：K=0.90 K=0.93128）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为 1%,安全系数 S=1,由16公式 10-12 得: =0.90600=540 H1SKHHN1lim1MPa =0.93550=511.5 H2SKHHN2lim2MPa许用接触应力: MpaMpaHHH75.52725 .511540221综上计算主动小齿轮（行星轮）的参数：模数 M=1.75齿数 Z=17压力角=20齿点高系数 ha=1 齿顶间隙数 c=0.25 4 机器人电路硬件电路设计4.1 系统原理框图系统工作原理：系统核心 CPU 为 STM32，其中电源电路给 STM32 提供 3.3V 正常工作电压，按键电路通过改变其输入引脚的电平信号，并通过 CPU 处理来提供所需要的输出信号。STM32 的定时器输出 PWM 信号给伺服器，从而达到对伺服电机正反转以及调速的控制。STM32电源电路按键电路伺服器伺服电机15图 7 系统原理框图Fig 7 System block diagram4.2 机器人主控制板结构及说明山茶采摘平台能完成控制、运算速度、定位精确和可靠性等要求，以及在复杂的作业中更稳定和实用以及工业方面的改装，我选择芯片 STM32。STM32 系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的 ARM Cortex-M3 内核。按性能分成两个不同的系列：STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到 72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为 36MHz，以 16 位产品的价格得到比 16 位产品大幅提升的性能，是 16 位产品用户的最佳选择。两个系列都内置 32K 到 128K 的闪存，不同的是SRAM 的最大容量和外设接口的组合。时钟频率 72MHz 时，从闪存执行代码，STM32 功耗 36mA，是 32 位市场上功耗最低的产品，相当于 0.5mA/MHz。STM32F 系列属于中等容量增强型，32 位基于 ARM 核心的带 64 或者 128K 字节闪存的微控制器 USB，CAN,7个 ADC，9 个通信接口。4.2.1 最小系统如下图所示是 STM32 的最小工作系统原理图16图 8 最小系统Fig 8 Minimum system4.2.2 主控板硬件实物图图 9 控制板实物图 Fig 9 Physical map panel此电路板为 HY-STM32 学习板，其硬件资源丰富包括：STM32 最小系统、适配器电源座、复位电路、独立的按键、RS232 和串口 MAX232 以及 20PinJLINK 仿真调试接口等。4.3 电源模块为了系统的稳定性，系统电源采用两节 12V 输出的锂电池串联，给伺服电机提供24V 的工作电压，同时通过图 9 所示电路把 24V 转为 5V，为伺服器提供一个稳定的 5V工作电压。17图 10 24V 转 5V 电源电路图Fig 10 24V to turn the 5V power supply circuitSTM32 使用的是 3.3V 电源8，对电源要求很高，过大的电源噪声很容易使得程序跑飞或者芯片烧毁，使用 LM117-3.3 稳压芯片9能很好的解决这一问题如下图所示是该电源模块的原理图图 11 STM32 电源模块 Fig 11 Power module4.4 伺服电机驱动电路其设计中，采用了 DCS3810 全数字直流伺服驱动器10采用专用运动控制 DSP 和高效 MOSFET 等先进技术。控制指令信号与步进驱动器兼容，用户不用更换控制器，就可将所用的步进驱动升级为全数字直流伺服驱动。由 DCS810 组成的小功率运动控制系统在速度、精度、噪声和低速平稳性等方面达到甚至超越数字式交流伺服系统，而系统成本远低于交流伺服。其体积小巧、安装方便、可靠性高、调试简单。用户可通过雷赛 PRO TUNER 调试软件、文本显示器或 STU 伺服调试器轻松实现系统参数整定和保存11。18图 12 伺服器 Fig 12 Server1、适用范围适合驱动有刷、永磁直流伺服电机，空心杯永磁直流伺服电机，力矩电机；最大连续电流 10A，最大峰值电流 20A；直流电源+1238V；功率 400 瓦以内，过载能力达 800 瓦；速度、位置的四象限控制。2、主要功能输入模拟信号进行速度控制；输入 PWM 信号进行速度控制；通过 RS232 口进行速度控制；通过 RS232 口进行位置控制；输入脉冲、方向信号进行步进模式控制；外部零位信号输入；外部制动信号输入；通过 RS232 实现 PC 控制、参数调整、在线监测；实时读取驱动器内部温度；过流、过载、过压、欠压保护、温度保护；超调、失调保护，动态跟踪误差保护。3、技术参数表1 伺服器技术参数Table 1 Technical data server参数标号参数值单位电源电压U12-38VDCPWM开关频率fPWMDS3810E / DS3810：62.5DS3810TE/DS3810T：20kHz效率95%19最大连续输出电流Idauer10A最大峰值输出电流Imax20A硬件保护电流Ip26A电源保险30A静态功耗（待机电流）Iel115/12V，65/24V，45/38VmA续表可控速度范围130000Rpm输出编码器电源VCC5VDCICC60mA模拟输入端输入阻抗25K模拟信号速度控制输入电压范围 10VVPWM控制信号标准低电平00.3，高电平35V频段100500Hz占空比范围1%占空比99%占空比50%0RPM占空比50%电机反转CCWPWM控制占空比50%电机正转CW步进脉冲最高频率fmax800KHz故障输出集电极开路输出最大电压为30V，电流5mA有故障低电平输出EN逻辑电平低电平00.3，高电平35VDIR逻辑电平低电平00.3，高电平35V逻辑电平低电平00.3，高电平35V编码器输入最高频率200KHz欠压保护10.5V过压保护54V通讯端口RS2329600（2400、4800、19200）bps内置存储器EEPROM256Bytes高低温保护DS3810/DS3810T小于-10或大于70保护；20DS3810E/DS3810TE小于-40或大于85保护工作温度DS3810/ DS3810T-10 +70DS3810E/DS3810TE-40 +85DS3810/ DS3810T-40 +85储存温度DS3810E/DS3810TE-55 +1254、接口定义图13 端口定义Fig.13 Port definition5、步进控制模式（脉冲方向模式）（a）信号来源：CLK，DIR （b）设置模式：步进控制模式，信号源：SCS3 （c）常用指令：设置最大速度：SSP 参数设置最大跟踪误差：SER 参数设置最大加速度：A 参数设置步宽：STW 参数读取步宽值：GSTW 切换到步进模式：S（e）工作原理在步进模式下，脉冲输入端每接收一个脉冲，电机将运转一个步宽； 21这种工作模式能同时实现位置和速度控制。由于允许设置步宽（STW），输入频率和电机转速的比率可以根据需要设置。转速与脉冲频率之间的关系如下：转速脉冲频率X步宽（STW）X 60 编码器分辨率（4倍线数）位置与脉冲个数之间的关系如下：位置（圈数）脉冲个数X步宽（STW）编码器分辨率（4倍线数）（f）优点（与步进电机比较）步宽可编程设定；没有因齿槽效应而引起的转矩损失；具有优异的动态特性；无震动，发热小；采用闭环控制，不会产生“丢步”现象；功率随着负载变化动态调节，效率高6、伺服器的运用伺服器主要运用在电机的驱动控制上。伺服器是一种电机驱动模块，它的采样与电机同轴的编码盘通过自身的 PID 算法能很快的对电机的状态进行控制其中包括电机的转速与圈数，在收到电机停止信号时能很好的锁死电机使机器人能在任何时候迅速停止运行。它集成的过流过压保护能很好的保护电机延长使用寿命。我们运用他的强大功能对机器人的速度和行程进行理论控制，为什么是理论控制呢？因为打滑和失步的影响会降低控制精度。4.5 按键电路图 13 为山茶采摘平台按键电路图，控制采摘平台相应运动方向和上升下降运动的按键功能如下：按键 S1 控制平台前进；按键 S2 控制平台后退；按键 S3 控制平台左转；按键 S4 控制平台右转；按键 S5 控制平台上升；按键 S6 控制平台下降。22开始系统初始化等待按键按下按键按下？延时20ms按键按下？按键S2按键S3按键S4按键S5按键S6按键S1输出PWM信号至伺服器驱动伺服电机转动实现平台前进输出PWM信号至伺服器驱动伺服电机转动实现平台后退输出PWM信号至伺服器驱动伺服电机转动实现平台左转输出PWM信号至伺服器驱动伺服电机转动实现平台右转输出PWM信号至伺服器驱动伺服电机转动实现平台上升输出PWM信号至伺服器驱动伺服电机转动实现平台下降YYNNYYYYYYNNNNN图 14 按键电路图Fig.14 Button schematic5 主控制板程序设计在本系统中，ARM 7 的控制程序用 IAR Embedded Workbench 编写的。5.1 系统主程序流程图系统的程序设计思路是，STM32 接受来自按键的信息，发出对应的控制信号驱动伺服器控制伺服电机的转动，实现采摘平台的前后左右移动，及采摘平台的升降。系统主程序流程图如图下图所示：23图 15 主流程图Fig.15 Main flow5.2 PWM 的产生5.2.1 软件生成 PWM软件 PWM 产生是通过软件给一个或几个 I/O 口赋值为高电平然后延迟一定时间后转换为低电平以此循环，延迟时间决定该脉冲信号的频率，这样做的好处就是程序设计简单，对于初学者来说简单明了，这样我们使用的循环能根据开发者要求立刻跳出，能方便快捷的对脉冲个数进行控制,如果要改变占空比则改变两个延迟的时间。具体操作如下，如下程序 GPIO PE7 口发送了 100 个频率为 1K 的脉冲17#include stm32f10x.h/*系统初始化*/void GPIO_Init_function( void) /GPIO 的初始化函数/先定义一个初始化类型结构体变量，我们为这个结构体里的各个变量赋值，/最后将此变量传递到库里初始化寄存器的函数里即可。/当然，你也可以不这么做，直接给相关控制寄存器复制。/使用库可能会让程序慢上那么一点，但是库中的程序基本都进行了传入参数正确与否的校验，性能稳定。/而且调用方便，建议初学者使用库。void GPIO_Init_function( void) /GPIO 的初始化函数GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure); 24 int main(void) /主函数 int i = 100;SystemInit();/初始化系统，包括选择系统时钟频率。GPIO_Init_function( );do GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_0);/ 高 delay_us(500); GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_0); /低 delay_us(500); while(i-);但是这种软件 PWM 的方式将占用大量的 CPU 资源，使得 CPU 在处理其他事件的时候有明显的性能下滑现象。5.2.2 硬件生成 PWM硬件的 PWM 产生是由 ARM 的事件管理器中自带的定时器来控制，如下图定时器开始后会不停的计数，从 0 加到最大值后返回 0 继续计数，计数器增加的快慢由定时器分频器的值来决定，它把 CPU 的时钟频率分频后使计数器的累加加快或减慢。这时我们设定一个比较值与之匹配，当计数器累加到这个值时就自动递减，递减到 0后重复前面操作。当相应的 IO 口被设定为使用硬件功能时我们设定其电平跳变寄存器，让这个 IO 口在计数匹配时电压自动跳变：(1)由高到底(2)由低到高。这样就可以得到一个可以调整频率的脉冲信号18。25图 16 定时器中断Fig.16 Timer interrupt下面为PWM硬件功能的具体操作，我们设置了STM32硬件功能口定时器4发出一个频率为1K的脉冲：void TIM4_Configuration(unsigned int PWM1_Val) TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 60000;/TIM_Period=24000/计数器向上计数到 65535 后产生更新事件，计数值归零 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 2; /设置预分频器分频系数 0 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;/设置了时钟分割 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;/TIM_CounterMode_CenterAligned1;/选择向上计数 TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; TIM_TimeBaseInit(TIM4,&TIM_TimeBaseStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2 ;/定时模式 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;/输出使能 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;/TIM 输出极性 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = PWM1_Val;/比较数 TIM_OC1Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure);/初始化 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 ; /OC1 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;26 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);int main(void)SystemInit();TIM4_Configuration(12000);TIM4_Cmd();while(1);这样做的好处是节约了大量的 CPU 资源，可以使用这些资源做其他的操作和判断，从而提高了 CPU 的效率。6 系统调试在本此设计当中本人充分考虑了实用的要求、实验室条件和经济性，旨在设计一款能减轻人工劳动强度和提高工作效率要求，价格适中，操作方便的产品。突出表现在一下几点：(1)精确性底盘自身的精确性很好，升降动作定位精准；采用编码盘定位技术，使得采摘机器人的自动行走和定点停车可以很准确不会有严重的偏移。(2)创新性这台智能可升降移动平台是在以往的各类平台的基础上的创新，所以以前是没有这种设计的，完全是自主研究设计制作和实验。7 总结通过这次的毕业设计，使我的大学生活更加充实。三年来大部分的课余时间包括寒暑假都是在实验室度过的，在这个小小的实验室里，汇集了全校机器人机械电子方面的爱好者，通过交流相互学习，共同进步。实验室生活极大的提高我的动手能力，还能独立设计制作比赛机器人；也提高了我收集利用资料的能力，因为我们设计中会遇到很多技术难关，单凭课堂上学的知识很难解决，只有询问老师，查看有关书籍，或者在网络上寻找资料。山茶采摘平台（采摘机器人）涉及到机械原理、机械设计、特种加工、电子技术、微机控制、接口技术、传感测试技术、程序编写及调试等多方面的知识，锻炼综合应用能力，在设计时自学了大量的技术资料，充实了自己。27参考文献1 冈本嗣男. 生物农业智能机器人M. 北京: 科学技术文献出版社, 19942 冯建农. 柳明. 自主移动机器人智能导航研究进展J . 机器人, 1997, 19 (6) : 468-478.3 方建军. 采摘机器人开放式控制系统设计J. 农业机械学报, 2005, 36 (5) : 83-86.4 Patrick F.Muir and Charles P. Neuman. Kinematic Modeling For Feedback Control Of An Omnidirectional wheeled Mobile RobotJ. CH2413-3/87/0000/1772S01.00c1987 IEEE, PA 15213:177217785 Isik, Can. Meystel, M.Alexander. Pilot Level of A Hierarchical Controller for An Unmanned Mobile Robot. IEEE Journal of Robotics&Automation, 1988,4(3): 2412556 闫国荣,张海兵.一种新型轮式全方位移动机构D.哈尔滨工业大学机器人研究所, 2001-127 张海兵.轮式全方位移动机构的研究D.哈尔滨工业大学,2001-07-018 张继电机控制与供电基础M成都：西南交通大学出版社2000:20-180.9 秦曾煌.电工学上册M. 北京.高等教育出版社.2002：58-102.10 秦曾煌.电工学下册M. 北京.高等教育出版社.2002: 156-180.11 张琛直流无刷电动机原理及应用(第 2 版)M北京：机械工业出版社1996:20-22012 张相军，陈伯时无刷直流电机无位置传感器控制技术的研究J上海：上海大学200113 刘光斌，刘冬，姚志成.单片机系统实用抗干扰技术M.北京：人民邮电出版社，2003:36-97 14 田淳无位置传感器稀土永磁无刷直流方波电机系统研究D南京航空航天大学硕士学位论文，1998.315 应根裕电子器件M北京：清华大学出版社1989:45-5216 吴安顺等最新使用交流调速系统M北京：机械工业出版社1998:56-6817 周必水C 语言程序设计M北京：科学出版社200418 金春林，邱慧芳，张皆喜 AVR 单片机 C 语言编程及应用实例M北京：清华大学出版社200319 赵亮单片机 c 语言编程与实例M北京：人民邮电出版社200320 程仁杰功率电子学M成都：成都电讯工程学院出版社1989:46-58致谢28 本论文是在李旭老师的悉心指导和热情关怀下完成的。经过几个月的设计与制作，我的毕业设计基于山茶采摘平台已经基本完成并制作出了实物模型。首先感谢学校给予了我大力的支持，给我提供了各种需要调试的设备。再次感谢我的指导老师李旭老师，正因有他的精心指导，我的毕业设计才能顺利制作完成。同时感谢我们的康老师给我们提供了一个很好的锻炼的平台，康老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。在生活上老师也给与我无微不至的关怀，在此谨向恩师表示诚挚的敬意和由衷的感谢。还要感谢机器人小组各个成员给我的各方面帮助，正是由于大家的帮助和支持，我才能克服一个个的困难和疑惑，直至本此设计的顺利完成并让我学到了许多的知识。无论是机械设计制作和电路方面还是程序方面。最后还要感谢各位关心我的老师，给予我帮助和建议。作为一个本科生的毕业设计，由于经验的不足，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，没有一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计制作是很难的。敬爱的师长、同学、朋友，在这里请接受我诚挚的谢意!附录附录 1：系统程序附录 2：电路原理图附录 3：系统机械设计装配简图29附录 1：机器人程序*包含头文件*/#INCLUDE STM32F10X.H#INCLUDE DELAY.H#INCLUDE PNEUMATICCONTROL.H /*全局变量*/ INT TEMP2 = 0; INT TEMP3 = 0; INT N0 = 0; INT N1 = 0; INT N2 = 0; INT N3 = 0; INT L1 ,L2,L;/* 文件名称： TIM/GPIO 初始化 */#INCLUDE STM32F10X.H /* * 函数：底盘定时器 1 初使化 30 * 参数： PWM 初始值 * 说明：注意中断 */VOID TIM1_PWM(UNSIGNED INT PWM1_VAL,UNSIGNED INT PWM2_VAL,UNSIGNED INT PWM3_VAL,UNSIGNED INT PWM4_VAL ) VU16 CCR1_VAL = PWM1_VAL; VU16 CCR2_VAL = PWM2_VAL; VU16 CCR3_VAL = PWM3_VAL; VU16 CCR4_VAL = PWM4_VAL; TIM_TIMEBASEINITTYPEDEF TIM_TIMEBASESTRUCTURE; TIM_OCINITTYPEDEF TIM_OCINITSTRUCTURE; GPIO_INITTYPEDEF GPIO_INITSTRUCTURE; RCC_APB2PERIPHCLOCKCMD(RCC_APB2PERIPH_GPIOA | RCC_APB2PERIPH_TIM1 | RCC_APB2PERIPH_AFIO, ENABLE); /RCC_APB2PERIPH_AFIO TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_PERIOD = 60000;/TIM_PERIOD=65535，计数器向上计数到 65535 后产生更新事件，计数值归零 TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_PRESCALER = 2; /3 分频 TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_CLOCKDIVISION = 0; /时钟分割 TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_COUNTERMODE = TIM_COUNTERMODE_UP;/选择向上计数 TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_REPETITIONCOUNTER = 0; TIM_TIMEBASEINIT(TIM1, &TIM_TIMEBASESTRUCTURE);/根据TIM_TIMEBASEINITSTRUCT 中指定的参数初始化 TIMX TIM_OCINITSTRUCTURE.TIM_OCMODE = TIM_OCMODE_PWM2 ;/定时模式 TIM_OCINITSTRUCTURE.TIM_OUTPUTSTATE = TIM_OUTPUTSTATE_ENABLE;/输出使能 TIM_OCINITSTRUCTURE.TIM_OCPOLARITY = TIM_OCPOLARITY_LOW;/TIM输出比较极性 /输出引脚配置为推挽输出31 GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_PIN = GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11; GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_MODE = GPIO_MODE_AF_PP; GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_SPEED = GPIO_SPEED_50MHZ; GPIO_INIT(GPIOA, &GPIO_INITSTRUCTURE); TIM_OCINITSTRUCTURE.TIM_PULSE = CCR1_VAL;/比较数 TIM_OC1INIT(TIM1, &TIM_OCINITSTRUCTURE);/初始化定时 1 TIM_OCINITSTRUCTURE.TIM_PULSE = CCR2_VAL; TIM_OC2INIT(TIM1, &TIM_OCINITSTRUCTURE);/初始化定时 1 TIM_OCINITSTRUCTURE.TIM_PULSE = CCR3_VAL; TIM_OC3INIT(TIM1, &TIM_OCINITSTRUCTURE);/初始化定时 1 TIM_OCINITSTRUCTURE.TIM_PULSE = CCR4_VAL; TIM_OC4INIT(TIM1, &TIM_OCINITSTRUCTURE);/初始化定时 1 TIM_CMD(TIM1, ENABLE);/使能定时器 TIM_CTRLPWMOUTPUTS(TIM1,ENABLE); /* * 函数： GPIO 初始化 */VOID GPIO_CONFIGURATION(VOID) GPIO_INITTYPEDEF GPIO_INITSTRUCTURE; RCC_APB2PERIPHCLOCKCMD(RCC_APB2PERIPH_GPIOC | RCC_APB2PERIPH_GPIOD | RCC_APB2PERIPH_GPIOE | RCC_APB2PERIPH_AFIO, ENABLE); /按键 GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_PIN = GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3; GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_MODE = GPIO_MODE_IPD; GPIO_INIT(GPIOE, &GPIO_INITSTRUCTURE);32 /LED GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_PIN = GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7; GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_MODE = GPIO_MODE_OUT_PP; GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_SPEED = GPIO_SPEED_50MHZ; GPIO_INIT(GPIOC, &GPIO_INITSTRUCTURE); GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_PIN = GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_13; GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_MODE = GPIO_MODE_OUT_PP; GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_SPEED = GPIO_SPEED_50MHZ; GPIO_INIT(GPIOD, &GPIO_INITSTRUCTURE); /* * 函数：编码器 1 * 说明： PA0，PA1 */VOID TIM2_CONTER(VOID) TIM_TIMEBASEINITTYPEDEF TIM_TIMEBASESTRUCTURE; GPIO_INITTYPEDEF GPIO_INITSTRUCTURE; RCC_APB2PERIPHCLOCKCMD(RCC_APB2PERIPH_GPIOA , ENABLE); /RCC_APB2PERIPH_AFIO RCC_APB1PERIPHCLOCKCMD(RCC_APB1PERIPH_TIM2 , ENABLE); TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_PERIOD = 65535;/TIM_PERIOD=65535，计数器向上计数到 65535 后产生更新事件，计数值归零 TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_PRESCALER = 0; /设置预分频器分频系数 0 TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_CLOCKDIVISION = 0;/设置了时钟分割 TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_COUNTERMODE = TIM_COUNTERMODE_UP;/TIM_COUNTERMODE_CENTERALIGNED1;/选择向上计数 TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_REPETITIONCOUNTER = 0; TIM_TIMEBASEINIT(TIM2, &TIM_TIMEBASESTRUCTURE);/根据TIM_TIMEBASEINITSTRUCT 中指定的参数初始化 TIMX 33TIM_ENCODERINTERFACECONFIG(TIM2,TIM_ENCODERMODE_TI1,TIM_ICPOLARITY_FALLING,TIM_ICPOLARITY_FALLING); TIM2-CCR3 = 3500; /比较匹配 /TIM2-CCR4 = 4000; /TIM_ITCONFIG(TIM2,TIM_IT_UPDATE, ENABLE); TIM_ITCONFIG(TIM2,TIM_IT_UPDATE | TIM_IT_CC3, ENABLE); /TIM_CLEARITPENDINGBIT(TIM2,TIM_IT_UPDATE); GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_PIN = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 ; GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_MODE = GPIO_MODE_IN_FLOATING; GPIO_INIT(GPIOA, &GPIO_INITSTRUCTURE); /* * 函数：编码器 2 * 说明： PA0，PA1 */VOID TIM3_CONTER(VOID) TIM_TIMEBASEINITTYPEDEF TIM_TIMEBASESTRUCTURE GPIO_INITTYPEDEF GPIO_INITSTRUCTURE; RCC_APB1PERIPHCLOCKCMD(RCC_APB1PERIPH_TIM3, ENABLE); TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_PERIOD = 65535;/TIM_PERIOD=65535，计数器向上计数到 65535 后产生更新事件，计数值归零 TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_PRESCALER = 0; /设置预分频器分频系数 0 TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_CLOCKDIVISION = 0;/设置了时钟分割 TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_COUNTERMODE = TIM_COUNTERMODE_UP;/TIM_COUNTERMODE_CENTERALIGNED1;/选择向上计数 TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_REPETITIONCOUNTER = 0; TIM_TIMEBASEINIT(TIM3, &TIM_TIMEBASESTRUCTURE);/根据TIM_TIMEBASEINITSTRUCT 中指定的参数初始化 TIMX、 34 TIM_ENCODERINTERFACECONFIG(TIM3,TIM_ENCODERMODE_TI1,TIM_ICPOLARITY_FALLING,TIM_ICPOLARITY_FALLING); TIM_ITCONFIG(TIM3,TIM_IT_UPDATE,ENABLE); GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_PIN = GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7; GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_MODE = GPIO_MODE_IN_FLOATING; GPIO_INIT(GPIOA, &GPIO_INITSTRUCTURE); TIM_CLEARITPENDINGBIT(TIM3,TIM_IT_UPDATE); /* * 函数：定时器 4 * 说明： PB6,7,8,9 上升旋转 */VOID TIM4_CONFIGURATION(UNSIGNED INT PWM1_VAL, UNSIGNED INT PWM2_VAL) TIM_TIMEBASEINITTYPEDEF TIM_TIMEBASESTRUCTURE; TIM_OCINITTYPEDEF TIM_OCINITSTRUCTURE; GPIO_INITTYPEDEF GPIO_INITSTRUCTURE; RCC_APB1PERIPHCLOCKCMD(RCC_APB1PERIPH_TIM4, ENABLE); RCC_APB2PERIPHCLOCKCMD(RCC_APB2PERIPH_GPIOB, ENABLE); TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_PERIOD = 60000;/TIM_PERIOD=65535，计数器向上计数到 65535 后产生更新事件，计数值归零 TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_PRESCALER = 2; /设置预分频器分频系数 0 TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_CLOCKDIVISION = 0;/设置了时钟分割 TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_COUNTERMODE = TIM_COUNTERMODE_UP;/TIM_COUNTERMODE_CENTERALIGNED1;/选择向上计数 TIM_TIMEBASESTRUCTURE.TIM_REPETITIONCOUNTER = 0; TIM_TIMEBASEINIT(TIM4, &TIM_TIMEBASESTRUCTURE);/根据TIM_TIMEBASEINITSTRUCT 中指定的参数初始化 TIMX、35 TIM_OCINITSTRUCTURE.TIM_OCMODE = TIM_OCMODE_PWM2 ;/定时模式 TIM_OCINITSTRUCTURE.TIM_OUTPUTSTATE = TIM_OUTPUTSTATE_ENABLE;/输出使能 TIM_OCINITSTRUCTURE.TIM_OCPOLARITY = TIM_OCPOLARITY_LOW;/TIM输出比较极性 TIM_OCINITSTRUCTURE.TIM_PULSE = PWM1_VAL;/比较数 TIM_OC1INIT(TIM4, &TIM_OCINITSTRUCTURE);/初始化上升 TIM_OCINITSTRUCTURE.TIM_PULSE = PWM2_VAL;/比较数 TIM_OC2INIT(TIM4, &TIM_OCINITSTRUCTURE);/初始化旋转 GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_PIN = GPIO_PIN_6 ; /OC1 GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_MODE = GPIO_MODE_AF_PP; GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_SPEED = GPIO_SPEED_50MHZ; GPIO_INIT(GPIOB, &GPIO_INITSTRUCTURE); /TIM_ITCONFIG(TIM4,TIM_IT_UPDATE,ENABLE); /TIM_CTRLPWMOUTPUTS(TIM4, ENABLE);/* * 函数：初使化 * 说明：使用之前初使化 */VOID PC_INIT() GPIO_INITTYPEDEF GPIO_INITSTRUCTURE; GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_PIN = GPIO_PIN_MANIPULATOR_1 | GPIO_PIN_MANIPULATOR_2 | GPIO_PIN_MANIPULATOR_3 | GPIO_PIN_MANIPULATOR_4; GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_SPEED = GPIO_SPEED_2MHZ; GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_MODE = GPIO_MODE_OUT_PP; GPIO_INIT(GPIO_MAN, &GPIO_INITSTRUCTURE);36 /* * 函数：机械手展开 * 参数：阀门选择 * 说明： */VOID MANUNFOLD(UINT16_T PATH)GPIO_SETBITS(GPIO_MAN, PATH); /* * 函数：机械手收拢 * 参数：阀门选择 * 说明： */VOID MANFOLD(UINT16_T PATH)GPIO_RESETBITS(GPIO_MAN, PATH); /* * 函数：光电扫描旋转调整 */VOID KFPS_SCAN()INT DOWNRIGHTFLAG, DOWNLEFTFLAG = 0, RORATESPEED = 0;GPIO_INITTYPEDEF GPIO_INITSTRUCTURE; RCC_APB2PERIPHCLOCKCMD(RCC_APB2PERIPH_GPIOC | RCC_APB2PERIPH_GPIOD | RCC_APB2PERIPH_GPIOE , ENABLE); /光电下层左右上层左右 GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_PIN = GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15; GPIO_INITSTRUCTURE.GPIO_MODE = GPIO_MODE_IPD;37GPIO_INITSTRUCTURE.G

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