三轮机器人搬运小车控制系统的设计
摘 要摘 要随着电子技术的发展，对自动化要求越来越高，智能搬运小车将成为以后的一个新的发展方向。在危险或不利于人工作业的环境下，利用智能搬运小车替代人工作业完成工作，节约人力资源，提高效率，避免人员伤亡，可以减少经济损失。因此在本文中我在搬运机器人的基础上设计一种专门用于机场、公路等地方布置路障用的布障机器人。小车可以通过车头的传感器在单片机的控制下实现自动寻迹和布障的功能。本文中我在明确小车功能后，通过选择传感器的基础上，按功能模块划分，设计系统硬件电路，实现小车行走以及机械手搬运物体的基本功能。然后运用Altium Designer软件结合硬件电路设计PCB版。在做出实物后，搭建基本的实验系统，编写程序代码，不断的改进和烧录程序代码，真正实现小车的功能。结果通过布障小车在实验室展现的功能效果，我相信具有一定的实用价值，能够运用到实际当中，但实际还需要攻克一些技术难题，比如我选用的传感器必须在白色的地面并且需要确定的黑色线路轨迹，希望将来布障小车能够越走越远，为人们工作带去福音。关键词： 控制系统；单片机；传感器；机械手；自动循迹目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景 1
1.2 研究目的和意义 2
1.3 国内外研究现状 2
1.3.1 国内研究现状 3
1.3.2 国外研究现状 3
1.3.3 存在的问题 4
1.4 研究内容及方法 4
1.4.1研究内容 4
1.4.2 研究方法 5
1.4.3研究步骤 5
第二章 三轮机器人搬运小车总体方案设计 6
2.1 三轮机器人搬运小车设计需求 6
2.2 机械本体结构设计 6
2.2.1 小车底盘 6
2.2.2 机械手 7
第三章 三轮机器人搬运小车硬件设计 9
3.1 单片机的选型 9
3.1.1 单片机STC12C5A60S2介绍 9
3.1.2 STC12C5A60S2引脚在设计中的应用 10
3.1.3电源稳压电路设计 11
3.2 循迹模块的设计 12
3.2.1 光
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
6
2.2.2 机械手 7
第三章 三轮机器人搬运小车硬件设计 9
3.1 单片机的选型 9
3.1.1 单片机STC12C5A60S2介绍 9
3.1.2 STC12C5A60S2引脚在设计中的应用 10
3.1.3电源稳压电路设计 11
3.2 循迹模块的设计 12
3.2.1 光电传感器TCRT5000工作原理 12
3.2.2 寻迹光电对管电路的设计 13
3.3 测速模块设计 14
3.3.1 测速传感器A3144工作原理 14
3.3.2 测速磁铁的安装 15
3.4 电机驱动模块 16
3.4.1 L298N 芯片介绍 16
3.4.2 电机驱动电路的设计 18
3.5 机械手驱动模块 19
3.5.1 STC10F08XE 芯片介绍 19
3.5.2 STC10F08XE引脚在设计中的应用 19
第四章 PCB板的设计 22
4.1 Altium Designer软件介绍 22
4.2 PCB设计流程 22
第五章 三轮机器人搬运小车软甲设计 27
5.1 编程语言的选择 27
5.2 开发环境介绍 28
5.3 小车底座程序设计 29
5.3.1 循迹模块原理 29
5.3.2 循迹程序 30
5.3.3 运动控制原理 31
5.4 机械手控制程序的设计 32
5.5 小车底座与机械手之间通信 33
结 论 35
致 谢 36
参 考 文 献 37
第一章 绪论
1.1选题背景
机器人技术时二十世纪人类最伟大的发明之一。从上世纪60年代问世到现今这么多年的发展已经取得巨大的成就。紧接着各种特种机器人由于它们的广泛用途而被纷纷开发，例如防人形、农业、娱乐等职能机器人应运而生，正以飞速的状态朝着实用化发展。机器人的发明引来了社会的各种问题，为何要发展机器人？
其实机器人的出现并且高速发展是社会经济和文明发展的必然。机器人在提高社会生产水平和提高人类生活质量等方面发挥着巨大的作用。机器人可以做很多目前人类无法做到的事情以及代替人类去做一些繁重的环境恶劣的工作。
机器人的发展趋势是从室内固定到室外可移动，上世纪六十年代就开始研究移动机器人，最初是由（SRI）斯坦福研究院几位学者开展的研究，六年的研究使得机器人拥有了自主推理，规划行走路线并自行控制的特性。随着机器人技术的发展，机械机构的差异，机器人又逐渐朝蠕动式、履带式、爬行式不同方向发展，当然大多数停留在实验室阶段。
轮式机器因其结构简单运动灵活且容易控制的优势发展的较为成熟，应用也更广泛。轮式机器人按移动方式非全向移动的。其中最常见的三轮和四轮机器人，本次毕业设计研究的课题是非全向的三轮机器人搬运小车。轮式机器人的移动是需要攻克的难关，但经过科学家、学者等机器人领域的前辈们的研究和发展中已经较为成熟，由其转向结构可分为艾克曼式、滑动式、全轮转向—关节式及车体关节式转向五中，本次毕业设计采用的是滑动转向。
滑动转向又称为差速转向，两侧轮子是独立驱动的，通过改变车轮的转速可以实现不同角度的转向以及原地转向。正因为这种结构简单饿转向原理，轮式机器人就不需要专门的转向结构，同时它却又具有低成本和高效性。美国佛罗里达农工大学研制的ATRVJR机器人都采用了滑轮转向原理左边两个车轮右边两个车轮分别由一个电机控制，靠两侧的差速度来实现转向。
本次三轮搬运小车后两个车轮分别用一个电机控制，靠差速度来实现小车左右转向。
1.2 研究目的和意义
运货是各个行业不可或缺的过程，人工运货随着经济的快速发展，不能完全满足市场的需求。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。随着文化的普及，我们人才的积累，因此需要的更少的人工劳动力，智能搬运小车的研发可以完全代替人工，解决生产和生活中的一些繁重的物品的搬运，不仅方便轻松而且可以减少很多生产生活中的事故。例如在船舶行业中，由于大量的搬运货物，一般都是从码头搬运到货船上，坡度较大，人工效率低下而且有安全隐患，此时智能搬运小车的出场就能轻松的解决这个问题。它通过红外传感器在给定的搬运轨迹轻易安全的运送将货物送达目的地同时机械手臂又能灵活的取卸货物。例如在仓储方面的运用，短途的机械化的搬运一大批仓储货物等等都是轮式智能搬运小车发挥作用的地方。随着将来科技的发展，智能搬运小车肯定会全面运用的日常生活中，比如残疾人的日常的物品的取送，甚至我们可以在家中通过智能搬运小车简单的互相传递物品，当然这是建立在智能搬运小车像更高级别发展，更智能化，更灵活。
轮式智能搬运小车目前是全世界研究的热点之一，正因为它具有特殊的研究意义。轮式智能搬运小车的主要优点如下：1）几乎完全解放人工劳动力，提高搬运的效率。2）智能三轮搬运小车自重轻，承载力大，机构简单，驱动和控制相对方便行走速度快，较为激动灵活
第一章 绪论 1
1.1选题背景 1
1.2 研究目的和意义 2
1.3 国内外研究现状 2
1.3.1 国内研究现状 3
1.3.2 国外研究现状 3
1.3.3 存在的问题 4
1.4 研究内容及方法 4
1.4.1研究内容 4
1.4.2 研究方法 5
1.4.3研究步骤 5
第二章 三轮机器人搬运小车总体方案设计 6
2.1 三轮机器人搬运小车设计需求 6
2.2 机械本体结构设计 6
2.2.1 小车底盘 6
2.2.2 机械手 7
第三章 三轮机器人搬运小车硬件设计 9
3.1 单片机的选型 9
3.1.1 单片机STC12C5A60S2介绍 9
3.1.2 STC12C5A60S2引脚在设计中的应用 10
3.1.3电源稳压电路设计 11
3.2 循迹模块的设计 12
3.2.1 光
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
6
2.2.2 机械手 7
第三章 三轮机器人搬运小车硬件设计 9
3.1 单片机的选型 9
3.1.1 单片机STC12C5A60S2介绍 9
3.1.2 STC12C5A60S2引脚在设计中的应用 10
3.1.3电源稳压电路设计 11
3.2 循迹模块的设计 12
3.2.1 光电传感器TCRT5000工作原理 12
3.2.2 寻迹光电对管电路的设计 13
3.3 测速模块设计 14
3.3.1 测速传感器A3144工作原理 14
3.3.2 测速磁铁的安装 15
3.4 电机驱动模块 16
3.4.1 L298N 芯片介绍 16
3.4.2 电机驱动电路的设计 18
3.5 机械手驱动模块 19
3.5.1 STC10F08XE 芯片介绍 19
3.5.2 STC10F08XE引脚在设计中的应用 19
第四章 PCB板的设计 22
4.1 Altium Designer软件介绍 22
4.2 PCB设计流程 22
第五章 三轮机器人搬运小车软甲设计 27
5.1 编程语言的选择 27
5.2 开发环境介绍 28
5.3 小车底座程序设计 29
5.3.1 循迹模块原理 29
5.3.2 循迹程序 30
5.3.3 运动控制原理 31
5.4 机械手控制程序的设计 32
5.5 小车底座与机械手之间通信 33
结 论 35
致 谢 36
参 考 文 献 37
第一章 绪论
1.1选题背景
机器人技术时二十世纪人类最伟大的发明之一。从上世纪60年代问世到现今这么多年的发展已经取得巨大的成就。紧接着各种特种机器人由于它们的广泛用途而被纷纷开发，例如防人形、农业、娱乐等职能机器人应运而生，正以飞速的状态朝着实用化发展。机器人的发明引来了社会的各种问题，为何要发展机器人？
其实机器人的出现并且高速发展是社会经济和文明发展的必然。机器人在提高社会生产水平和提高人类生活质量等方面发挥着巨大的作用。机器人可以做很多目前人类无法做到的事情以及代替人类去做一些繁重的环境恶劣的工作。
机器人的发展趋势是从室内固定到室外可移动，上世纪六十年代就开始研究移动机器人，最初是由（SRI）斯坦福研究院几位学者开展的研究，六年的研究使得机器人拥有了自主推理，规划行走路线并自行控制的特性。随着机器人技术的发展，机械机构的差异，机器人又逐渐朝蠕动式、履带式、爬行式不同方向发展，当然大多数停留在实验室阶段。
轮式机器因其结构简单运动灵活且容易控制的优势发展的较为成熟，应用也更广泛。轮式机器人按移动方式非全向移动的。其中最常见的三轮和四轮机器人，本次毕业设计研究的课题是非全向的三轮机器人搬运小车。轮式机器人的移动是需要攻克的难关，但经过科学家、学者等机器人领域的前辈们的研究和发展中已经较为成熟，由其转向结构可分为艾克曼式、滑动式、全轮转向—关节式及车体关节式转向五中，本次毕业设计采用的是滑动转向。
滑动转向又称为差速转向，两侧轮子是独立驱动的，通过改变车轮的转速可以实现不同角度的转向以及原地转向。正因为这种结构简单饿转向原理，轮式机器人就不需要专门的转向结构，同时它却又具有低成本和高效性。美国佛罗里达农工大学研制的ATRVJR机器人都采用了滑轮转向原理左边两个车轮右边两个车轮分别由一个电机控制，靠两侧的差速度来实现转向。
本次三轮搬运小车后两个车轮分别用一个电机控制，靠差速度来实现小车左右转向。
1.2 研究目的和意义
运货是各个行业不可或缺的过程，人工运货随着经济的快速发展，不能完全满足市场的需求。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。随着文化的普及，我们人才的积累，因此需要的更少的人工劳动力，智能搬运小车的研发可以完全代替人工，解决生产和生活中的一些繁重的物品的搬运，不仅方便轻松而且可以减少很多生产生活中的事故。例如在船舶行业中，由于大量的搬运货物，一般都是从码头搬运到货船上，坡度较大，人工效率低下而且有安全隐患，此时智能搬运小车的出场就能轻松的解决这个问题。它通过红外传感器在给定的搬运轨迹轻易安全的运送将货物送达目的地同时机械手臂又能灵活的取卸货物。例如在仓储方面的运用，短途的机械化的搬运一大批仓储货物等等都是轮式智能搬运小车发挥作用的地方。随着将来科技的发展，智能搬运小车肯定会全面运用的日常生活中，比如残疾人的日常的物品的取送，甚至我们可以在家中通过智能搬运小车简单的互相传递物品，当然这是建立在智能搬运小车像更高级别发展，更智能化，更灵活。
轮式智能搬运小车目前是全世界研究的热点之一，正因为它具有特殊的研究意义。轮式智能搬运小车的主要优点如下：1）几乎完全解放人工劳动力，提高搬运的效率。2）智能三轮搬运小车自重轻，承载力大，机构简单，驱动和控制相对方便行走速度快，较为激动灵活
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