焦翌

摘要：本设计是一个自动搬运机器人智能控制系统。本设计采用一片STC15W4K56S4作为核心处理器、控制的物品分拣搬送装置，以步进电机为驱动电机，单片机功能包括步进电机运动控制，舵机方向的控制、信号采集与处理，进而控制小车运动；本系统实现了控制电动车无引导线运动寻找目标运送入库的功能，显示目标对车距离、摄像头、微型计算机与STC15W4K56S4之间等交互功能。

关键词：STC15W4K56S4；OPENCV采样分析；电源模块；驱动模块；微型计算机

中图分类号：TP242.6 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）01-0168-01

1 方案论证（系统结构及实现方法论证）

1.1 机器功能设计

我们采取3轮小车结构，用2个减速电机分别控制个车轮部分。单个牛眼万向轮推动，从而保持结构的平衡。使车身无需转向。车身下层底板安装了电源电路以及驱动电路，摄像头采集数据发送至微型计算机分析数据之后通过串口通信发送至STC控制这两个部分、实现定位。前侧舵机控制收集模块，对木块或者乒乓球采取有效的抓取以及推动传送。实现有收集模块以推动的形式进行。小车的其他一侧，有高处架置摄像头，微型计算机用于图像采集和处理以识别物体和定位。

1.2 机械模块与单片机模块的论证与选择

采用以STC15W4K56S4單片机为核心设计了一种用于自动识别不同颜色物体，并能够运送到相应地点的装置。通过高挂在场地上方的摄像头来采集图像，传送到微型计算机中，通过无线通信发送接收信息，结合电机驱动和电源以及机械模块，组成了一个智能小车，能够完美的实现物品的识别以及搬运要求。

2 机械结构及电路设计

2.1 机械结构

2.1.1 机构设置思路和功能简介

装置功能主要依托移动的小车推动物品来实现。

（1）由于场地较小和运送物品较小等要求，本装置采用了三轮小车，两个普通车轮，和一个小万向轮，保持小车结构平衡的同时使小车移动更加灵活。（2）小车前方有金属手臂，可以将物品夹在中间搬运而不滑出去。机械臂与小车车身之间装有一个舵机，用于控制机械臂，通过控制机械臂的旋转角度来控制开合程度，使符合大量一次性搬运以及分拣搬运的不同要求。（3）由于小车身子小的限制，车身下层底板安装了电源电路以及驱动电路，中层放置单片机最小系统，上层放置装有颜色识别贴片的顶棚。

2.1.2 重要零件

舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的IC判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。

2.1.3 电路板安装位置分析

第一层底盘安装为电源，以及前侧装有驱动电路以便能够有效直接的控制两端轮子的驱动，前端装有舵机控制金属手臂的方向行动操作。其次电源上侧有电源电路，直接与电源在最短的距离内相连，方便布线以及节省了空间。在第二层有着STC单片机电路板，中央芯片与个个电路能够有效相连。

2.2 电路设计

2.2.1 电路功能设计

装置功能要求描述：

（1）能够自动搬运正方体和乒乓球到指定区域，完成任务后指示灯亮，蜂鸣器响起。

（2）能够识别不同颜色的物体，并只搬运指定颜色物品，完成任务后指示灯亮，蜂鸣器响起。

2.2.2 主控芯片、微型计算机选择

（1）STC15W4K56S4核心处理器。

相比其他类型单片机。运算速度快，有效分析控制各类模块。占用空间小。适合相对较小的机械系统。

（2）微型计算机GB-BXI5-5200。

参数设置：CPU类型：Intel/英特尔酷睿i5最大内存容量：16GB机箱类型：mini配置类型：HTPC。

优势：大容量，分析能力强。适合Opencv的图像处理分析。对小木块与乒乓球颜色分析能力强。

3 物品辨识及搬运机构运动控制方法

3.1 物品辨识方法

物品辨识主要是采用了openvc软件：（1）图像分割技术。把图像分成若干个特定的、具有独特性质的区域并提出感兴趣目标的技术和过程。（2）软件优势。openCV提供的视觉处理算法非常丰富，并且它部分以C语言编写，加上其开源的特性，处理得当，不需要添加新的外部支持也可以完整的编译链接生成执行程序。

3.2 物品搬运机构运动控制方法

物品搬运主要依靠了机械臂和舵机来推动物品。单片机通过控制电机和电源来控制小车的启动、停止、前进和后退，通过控制舵机来控制机械臂开口大小。

小车前方装有一个一块约1.5厘米的铁片，宽度和小车前侧保持一致，贴片两侧是装了舵机的可旋转机械臂。通过将物品包围在铁片和机械臂中进行搬运。

当遇到物品贴壁时，也可以通过调整机械臂的角度，先侧面推，物体脱离紧靠墙壁的状态后，再进行同样的运输。

4 总结与心得

本次设计开发过程有利于我们学习能力的提高。这里所说的学习能力包括获取资料的能力、理解前人思路的能力、系统设计能力、动手能力、分析排除故障能力、表达能力等很多方面。与此同时有利于我们应变能力的提高。要求我们在规定时间内完成规定的题目，时间急迫会出现各种意想不到的结果，所以我们必须在尽可能短的时间内解决问题，这就需要在平时的训练中提高应变能力。