码垛组技术报告robot

1、附件 1：聊城大学第五届大学生机器人大赛技术说明书学 院：_ 机械与汽车工程学院_ 队伍名称：_ robot_ _ 参赛队员：_索树港 田忠来 胡皓天 张钰瑾 程煜刚_指导教师：_ _ _ _ 目录引言1第一章设计原理11.1系统总体方案的选定11.2系统总体方案的设计1第二章机械结构设计22.1码垛机器人机械模型设计22.2 机架组件设计22.3 丝杆滑台的安装32.4 推杆电机的安装32.5 气动部件设计42.6 装置整体图5第三章硬件系统设计及实现53.1 STM32F103C8T6主控模块63.2电源管理模块63.3电机驱动模块7第四章软件系统设计及实现84.1赛题及场地分析84.2程

2、序设计8第五章系统开发及调试工具8第六章总结96.1改进方向96.2参赛心得9附录9引言随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，使得机器人在码垛、涂胶、点焊、弧焊、喷涂、搬运、测量等行业有着相当广泛的应用。码垛机器人，是机械与计算机程序有机结合的产物。为现代生产提供了更高的生产效率。码垛机器在码垛行业有着相当广泛的应用。码垛机器人大大节省了劳动力，节省空间。码垛机器人运作灵活精准、快速高效、稳定性高，作业效率高。通过参加本次码垛机器人比赛，加深了我们对于机器人的理解，积累了项目研发经验，锻炼了我们知识融合、实践动手的能力，对今后的学习工作都有着重大的实际意义。本技术报告主要包括机械系统、硬

3、件系统、软件系统等，详尽地阐述了我们的设计方案，具体表现在硬件电路的创新设计以及控制算法的独特想法。码垛机器人的制作过程包含着我们的辛勤努力，这份报告凝聚了我们智慧，是我们团队共同努力的成果。第一章 设计原理1.1系统总体方案的选定经过网上资收集整理，我们确定了码垛机器人赛题的方案。在传感器方面，为提高系统稳定性，简化编程，在传感器方面我们只选用了三个接触开关；本赛题的任务为木块搬运，机械方面我们采用丝杆滑台与推杆电机和气动元件相结合的方案。 1.2系统总体方案的设计遵照本届竞赛规则规定，我们的码垛机器人用32位的STM32F103C8作为系统主控芯片。接触开关采集滑台位置信息，步进电机驱动器

4、控制滑台的移动，继电器模块通过控制电磁阀的通断，从而使吸盘吸起以及放下木块。根据以上系统方案设计，我们的码垛机器人主要包括一下六部分：机架组件、气动部件、电动部件、STM32F103C8主控模块、电机驱动模块、电源模块。各模块的作用如下：机架组件：作为各个电动部件的支撑体；气动部件：本装置核心部件，通过真空发生器使吸盘产生吸力，用于抓取放置木块；电动部件：主要包括步进电机和推杆电机，其中步进电机控制吸盘左右移动，推杆电机控制吸盘上下移动；STM32F103C8主控模块：作为整个系统的大脑，根据传感器反馈的信息，对伺服机构发送指令，控制其进行指定动作；电机驱动模块：主要包括直流电机驱动模块和步进

5、电机驱动模块，分别接受单片机的指令，用于控制推杆电机和步进电机；电源模块，为整个系统提供电压合适而又稳定的电源；第二章 机械结构设计2.1码垛机器人机械模型设计通过研读比赛规则，我们根据赛道结构，设计出了码垛机器人的机械结构。2.2 机架组件设计机架组件作为整个装置的主体，其稳固性决定了整个装置的稳固性，通过观察赛道，我们对几种方案进行的了分析讨论，最终确定使用工字结构，如图所示。图一 机架组件2.3 丝杆滑台的安装由步进电机驱动的丝杆滑台主要用于带动吸盘左右移动，经过力学分析我们将其固定于工字机架上方，充分利用了机架组件的空间。图二 丝杆滑台安装2.4 推杆电机的安装 推杆电机用于带动吸盘上

6、下移动，其安装的精度会对最用码垛的效果产生极大的影响，我们通过使用两组连接件使推杆电机垂直于丝杆滑台安装，经过多次矫正，确定了最终的固定方案，如图所示。图三 丝杆滑台安装2.5 气动部件设计我们的码垛机器人移动木块主要是依靠吸盘产生的吸力，因此要求我们的气动部件能够产生恒定压强的吸力，同时我们还要保证气源充足；我们采用饮料品为储气瓶，通过空气压缩机使其内部压力稳定在0.35Mpa，通过稳压阀将压力传递给真空发生器，从而产生吸力；其中加入电磁阀控制吸力的产生与去除。图四 气动部件局部图2.6 装置整体图图五 装置整体图第三章 硬件系统设计及实现我们的装置共包括四大模块：STM32F103C8T6

7、主控模块、电源模块、电机驱动模块，继电器模块。各模块的作用：STM32F103C8T6主控模块：码垛机器人系统以STM32F103C8T6为控制核心，通过接受接触开关的信号，根据控制算法做出控制决策，驱动步进电机和推杆电机完成相应任务，并实现了单片机硬件的最优化设计和单片机资源的合理化使用； 电源管理模块：为整个系统提供合适而又稳定的电源； 电机驱动模块：驱动步进电机和推杆电机完成相应任务；继电器模块： 控制电磁电磁阀的线圈的通电断电。3.1 STM32F103C8T6主控模块STM32F103c8使用高性能的ARM® Cortex-M3 32位的RISC内核，工作频率为72MHz，

8、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I2C接口和SPI接口、 3个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。图六 STM32F103c8模块3.2电源管理模块本系统中电源稳压电路分别需要有+5V，+3.3V， +12V供电。+3.3V给单片机+5V给舵机供电；+12V给电机驱动电路中l298n供电。由于整个系统中+5V 电路功耗较小，为了降低电源纹波，我们考虑使用线性稳压电路。另外，后轮驱动电机

9、工作时，电池电压压降较大，为提高系统工作稳定性，必须使用低压降电源稳压芯片，我们选用了7805。7805 是微功耗低压差线性电源芯片,具有完善的保护电路,包括过流,过压,电压反接保护。使用这个芯片只需要极少的外围元件就能构成高效稳压电路。 图七 电源管理模块原理图3.3电机驱动模块L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控

10、制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。图八 电机驱动模块原理图第四章 软件系统设计及实现4.1赛题及场地分析码垛项目赛题要求将木块从一指定区域放到另一个指定区域，动作过程较为简单。4.2程序设计码垛机器人主要要完成的任务为吸取木块，推杆电机上升，滑台移动，推杆电机下降，放置木块；整个比赛过程我们只需要完成以上几个动作且循环进行即可，具体实现代码见附录。第五章 系统开发及调

11、试工具Keil uVision4引入灵活的窗口管理系统，使开发人员能够使用多台监视器，并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方。新的用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口，提供一个整洁，高效的环境来开发应用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，还添加了一些其他新功能。使用keil4 配合其自带的软件模拟以及STlink，大大加快了码垛机器人制作进度。第六章 总结6.1改进方向我们目前装置目前的运行速度有进一步提升的空间，将电动部件改为气动，吸盘的左右移动由气动装置驱动，可以进一步缩短时间，但改进后装置的稳定性需要实验验证。6.2参赛心得经过此次备赛，我们学习到了机器人制

12、作知识，加深了对专业知识的理解，积累了项目研发经验，经过对方案的不断改进，对故障的不断调试，磨练了我们的意志，对我们今后的发展有着重要意义。 附录#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();/时钟配置 PWMON();/ dianji();/推杆控制初始化PAout(2)=1;PAout(3)=1;/推杆复位 KEY_Init();/ Delay_Ms(300);/PAout(1)=1;/回到抓取区 / TIM2->CCR1=500;Led_Init(); while(1) KEY_Scan();/按键扫描if(Re_flag=1)/复位键按下if(Re_flag_R=0)/防止重复进入if(key1_flag=1)PAout(2)=0;PAout(3)=1;/推杆上升Delay

14、_Ms(500);PAout(2)=1;PAout(3)=1;/推杆暂停Re_flag_R=1;/打开防重复标志位elsePAout(1)=1;/回到抓取区 TIM2->CCR1=500;PAout(2)=0;PAout(3)=1;/推杆上升Delay_Ms(500);Delay_Ms(500);Delay_Ms(500);PAout(2)=1;PAout(3)=0;/推杆下降Delay_Ms(500);PAout(2)=1;PAout(3)=1;/推杆暂停Re_flag_R=1;/打开防重复标志位/*复位*/if(S_flag=1)/Start键按下if(key1_flag=1)/抓去

15、区接触开关按下if(key3_flag=0)/木块检测开关未按下！PAout(2)=1;PAout(3)=0;/推杆下降/*Start键按下*/if(key1_flag=1)/抓取区接触开关触发if(key1_flag_R=0)if(Re_flag=1)/检测是否处于复位模式Re_flag_R=0;/清空防重复标志位Re_flag=0;/清空复位标志PAout(2)=1;PAout(3)=1;/推杆暂停TIM2->CCR1=0;/步进电机停转key1_flag_R=1;/打开防重复标志位if(key2_flag=1&&key3_flag=1) TIM2->CCR1=

16、0;/步进电机停转 key2_flag=0; key3_flag=0; key3_flag_R=0;/状态位复位 PAout(2)=1; PAout(3)=0;/推杆下降 key1_flag_R=1;/打开防重复标志位/*抓取区*/if(key2_flag=1)/放置区接触开关触发 if(key1_flag=1&&key3_flag=1) TIM2->CCR1=0;/步进电机停转 key1_flag=0; key1_flag_R=0; key3_flag=0; key3_flag_R=0;/状态位复位 PAout(2)=1; PAout(3)=0;/推杆下降 /*放置区*

17、/if(key3_flag=1)/木块检测开关触发if(key3_flag_R=0)if(key1_flag=1)key3_flag_R=1;/打开防重复标志位PAout(3)=0;/推杆暂停PAout(2)=0;PAout(4)=1;/打开真空发生器Delay_Ms(200);PAout(2)=0;PAout(3)=1;/推杆上升 PAout(2)=0;Delay_Ms(300);Delay_Ms(150);PAout(1)=0;/前往放置区TIM2->CCR1=500;/步进电机停转if(key2_flag=1)key3_flag_R=1;/打开防重复标志位PAout(3)=0;/推杆暂停PAout(2)=0;PAout(4)=0;/关闭真空发生器/Delay_Ms(200);PAout(2)=0;PAout(3)=1;/推杆上升 PAout(2)=0;Delay_Ms(300);PAout(1)=1;/前往放置区TIM2->CCR1=500;/步进电机停转Delay_Ms(400);Delay_Ms(400);Delay_Ms(40