arduino设计的工程医疗机器人(附件)
在现代科学技术的不断进步，推动各行各业快速发挥的背景下，越来越多的企业开始注重自身发展细节，努力降低成本，提高企业的竞争力。在这样的背景下，医疗卫生行业在对药品的仓储管理就变得十分重要，其中药品以及医疗器械的搬运效率的高低就直接体现了该医院的管理能力。在传统的药品分拣以及医疗器械的管理通常采用人力或者是人力与机械相结合的方式来进行的，但是这种方法一般会导致人员以及设备成本过高，分拣效率却很低，还存在着一定的安全风险。所以，我们需要设计一种能够完全不需要人力来进行的高效搬运系统，能够对传统的搬运模式进行改进以及升级。经过一定的实验以及分析，在本文中以智能小车为实验平台，设计一种搬运系统。它能够实现对药品以及医疗器械自动化搬运，以及对轨道的自我识别。该系统既涉及到对硬件的选择，也包含了对软件的开发，经过对各个开发平台的对比，认为arduino设计平台较为人性化的设计以及较为简单程序符合要求。在本次设计中，只需要接通电源后，arduino控制完成各个功能模块，从而使小车工作。Arduino硬件电路完成小车的自动循迹、搬运等功能。经过测试，本系统功能稳定，同时硬件电路响应时间快，能够实现小车的智能化搬运。关键词 arduino ，机器人，仓储目 录
1 引言（或绪论） 1
1. 1 课题研究背景以及意义 1
1. 2 国内外搬运机器人发展状况 1
1. 3工程医疗机器人的技术概述 2
1.3.1主控制平台的选择 3
1. 4本论文的内容以及各个章节安排 3
2 系统开发平台Arduino的介绍 4
2. 1Arduino的简介 4
2.1.1 Arduino Uno R3开发板的介绍 5
3 系统总体设计 6
3.1实现的流程 6
3.2设计的总体方案 6
3.3系统总体框架 7
3.4各个模块的概述 7
3.4.1循迹模块 7
3.4.2 搬运模块 7
3.4.3 避障模块 7
3.5医疗机器人的硬件以及连接方法 7
3.5.1 L298N电机驱动板 8
3.5.2 直流减速电机 8
的流程 6
3.2设计的总体方案 6
3.3系统总体框架 7
3.4各个模块的概述 7
3.4.1循迹模块 7
3.4.2 搬运模块 7
3.4.3 避障模块 7
3.5医疗机器人的硬件以及连接方法 7
3.5.1 L298N电机驱动板 8
3.5.2 直流减速电机 8
3.5.3红外光电传感器以及红外模块 8
3.5.4超声波模块 8
3.5.4步进电动机 8
3.5.5 ULN2003 9
3.6硬件电路的连接图 10
3.7 机械爪的分析与设计 10
3.8 车身底座以及轮子的设计 13
3.9 实际电源的选择 14
4 Arduino程序的写入以及调试 14
4.1Arduino与PC的连接 15
4.2 循迹模块的设计与实现 16
4.2.1 循迹模块流程图 16
4.2.2 循迹模块主要程序图 16
4.3搬运模块的实现 17
4.4 避障模块的实现 18
4.5 其他驱动程序 21
4.5.1定义电动机停止、前进、左转、右转、停止函数 18
4.5.2 步进电动机驱动程序 20
总结 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 引言（或绪论）
1. 1 课题研究背景以及意义
随着现代信息技术以及物流技术的飞速发展，货物搬运效率的高低直接决定了一个企业的市场竞争力。因此搬运效率受到了企业越来越高的重视。一个合理的搬运系统能够有效的降低企业的生产成本，提高货物的搬运效率。对于医疗卫生机构来说，也是同样如此。在现代社会生活中，环境污染越来越严重，由此所引起的各种疾病不断困扰着人们，致使医疗卫生机构的负担不断加大。此时如果继续投入人力放在对药品或医疗器械的分拣和管理，则是一种巨大的浪费。一方面在人力分拣药品的过程中，由于忽略对搬运人员技术的培训，可能造成对药品种类的不熟悉，最后导致药品的错误摆放甚至是药物的污染，对搬运人员造成伤害，另一方面，由于医疗器械的存在重量不一的情况，人工搬运过程中可能出现人力不够的情况，导致搬运效率极其低下，影响了整个仓储管理。传统的搬运过程存在着大量的问题，人工搬运存在着安全度不够，效率过低等问题成为制约医疗搬运的最大瓶颈。因此急需一种能够替代人力重复进行简单工作的机器，这是搬运机器人就诞生了。
医疗机器人是一种包含了单片机技术、传感信息技术、数据处理技术、运动控制算法等多种技术于的综合系统。搬运机器人能够按照预先设定好的路线、程序自动作业，将药品或者工具等运动到指定的位置，医疗机器人是医疗系统中，药品和医疗器械分拣归类系统中实现的关键。工程医疗机器人不仅可以提高药品和医疗器械的管理度、还可以提高药品的搬运效率，从而达到仓储高效搬运的目的。此外，医疗机器人更可以在无菌仓库工作环境下进行搬运工作，实现无菌化操作，降低药品受到外界污染的概率，也能够减轻劳动力，降低成本。
1. 2 国内外机器人发展状况
随着世界经济的高速发展，以减少成本，提高效率的机器人技术开始得到发展。在国外，早期搬运技术的研究开始于20世纪50年代。直到1953年，世界上第一台搬运小车由美国Barrett公司制造出来，至此标志着搬运机器人的开始。伴随着材料学以及信息技术的飞速发展，搬运机器人技术得到了空前的发展。到了20世纪80年代末，国外搬运机器人技术已经发展成熟，并且开始大量应用于工业。由此引起大量的搬运机器人制造厂商纷纷涌现出来，例如HJC、BTS等。在国家方面，对搬运机器人技术影响最大的两个国家分别为美国和日本。由于起步较早，美国在机器人技术方面 发展迅速，直到现在它的综合技术水平上仍然遥遥领先着世界。而日本由于受到地理位置偏僻以及人口老龄化问题日益突出的困扰，迫切需要机器人技术来替代劳动力，因此搬运技术发展迅速。到目前为止，日本有着世界上最为庞大的机器人数量以及丰富的机器人种类。其他国家也在不断发展机器人技术。到目前为止，全世界使用搬运机器人的数量已经超过10万台。
至于我国由于历史以及技术发展水平的制约，发展起步较晚，主要开始于20世纪70年代末，随着改革开放的不断进行，各个学校机构得到了政府的资金支持，促进了机器人技术的发展。在1976年，在北京起重机机械研究所制造出了我国第一台搬运机器人，随后本多的高校也逐步投入了对机器人技术的研究。截止到现在，我国已经掌握了机器人操作机的设计与制作，软件设计以及轨迹的规划。但是我国的技术发展起步较晚，与世界上机器人技术强国相比较，技术水品还处于较落后的状态。但是随着搬运机器人技术在我国的市场需求不断提高，同时我国对搬运机器人也越来越重视，政府不断鼓励科技创新，使我国搬运机器人行业发展前景良好。
1. 3工程医疗机器人的技术概述
工程医疗搬运机器人的设计主要是基于单片机控制的操作平台，通过搭载各个传感器或者是硬件电路来控制机器人从而实现搬运等目的。
1.3.1主控制平台的选择
目前在市场中单片机的种类主要有3种，分别为：
（1）51系列单片机：主要是8031系列和8051系列
PIC系列单片机：PIC12F、PIC16F等。
1 引言（或绪论） 1
1. 1 课题研究背景以及意义 1
1. 2 国内外搬运机器人发展状况 1
1. 3工程医疗机器人的技术概述 2
1.3.1主控制平台的选择 3
1. 4本论文的内容以及各个章节安排 3
2 系统开发平台Arduino的介绍 4
2. 1Arduino的简介 4
2.1.1 Arduino Uno R3开发板的介绍 5
3 系统总体设计 6
3.1实现的流程 6
3.2设计的总体方案 6
3.3系统总体框架 7
3.4各个模块的概述 7
3.4.1循迹模块 7
3.4.2 搬运模块 7
3.4.3 避障模块 7
3.5医疗机器人的硬件以及连接方法 7
3.5.1 L298N电机驱动板 8
3.5.2 直流减速电机 8
的流程 6
3.2设计的总体方案 6
3.3系统总体框架 7
3.4各个模块的概述 7
3.4.1循迹模块 7
3.4.2 搬运模块 7
3.4.3 避障模块 7
3.5医疗机器人的硬件以及连接方法 7
3.5.1 L298N电机驱动板 8
3.5.2 直流减速电机 8
3.5.3红外光电传感器以及红外模块 8
3.5.4超声波模块 8
3.5.4步进电动机 8
3.5.5 ULN2003 9
3.6硬件电路的连接图 10
3.7 机械爪的分析与设计 10
3.8 车身底座以及轮子的设计 13
3.9 实际电源的选择 14
4 Arduino程序的写入以及调试 14
4.1Arduino与PC的连接 15
4.2 循迹模块的设计与实现 16
4.2.1 循迹模块流程图 16
4.2.2 循迹模块主要程序图 16
4.3搬运模块的实现 17
4.4 避障模块的实现 18
4.5 其他驱动程序 21
4.5.1定义电动机停止、前进、左转、右转、停止函数 18
4.5.2 步进电动机驱动程序 20
总结 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 引言（或绪论）
1. 1 课题研究背景以及意义
随着现代信息技术以及物流技术的飞速发展，货物搬运效率的高低直接决定了一个企业的市场竞争力。因此搬运效率受到了企业越来越高的重视。一个合理的搬运系统能够有效的降低企业的生产成本，提高货物的搬运效率。对于医疗卫生机构来说，也是同样如此。在现代社会生活中，环境污染越来越严重，由此所引起的各种疾病不断困扰着人们，致使医疗卫生机构的负担不断加大。此时如果继续投入人力放在对药品或医疗器械的分拣和管理，则是一种巨大的浪费。一方面在人力分拣药品的过程中，由于忽略对搬运人员技术的培训，可能造成对药品种类的不熟悉，最后导致药品的错误摆放甚至是药物的污染，对搬运人员造成伤害，另一方面，由于医疗器械的存在重量不一的情况，人工搬运过程中可能出现人力不够的情况，导致搬运效率极其低下，影响了整个仓储管理。传统的搬运过程存在着大量的问题，人工搬运存在着安全度不够，效率过低等问题成为制约医疗搬运的最大瓶颈。因此急需一种能够替代人力重复进行简单工作的机器，这是搬运机器人就诞生了。
医疗机器人是一种包含了单片机技术、传感信息技术、数据处理技术、运动控制算法等多种技术于的综合系统。搬运机器人能够按照预先设定好的路线、程序自动作业，将药品或者工具等运动到指定的位置，医疗机器人是医疗系统中，药品和医疗器械分拣归类系统中实现的关键。工程医疗机器人不仅可以提高药品和医疗器械的管理度、还可以提高药品的搬运效率，从而达到仓储高效搬运的目的。此外，医疗机器人更可以在无菌仓库工作环境下进行搬运工作，实现无菌化操作，降低药品受到外界污染的概率，也能够减轻劳动力，降低成本。
1. 2 国内外机器人发展状况
随着世界经济的高速发展，以减少成本，提高效率的机器人技术开始得到发展。在国外，早期搬运技术的研究开始于20世纪50年代。直到1953年，世界上第一台搬运小车由美国Barrett公司制造出来，至此标志着搬运机器人的开始。伴随着材料学以及信息技术的飞速发展，搬运机器人技术得到了空前的发展。到了20世纪80年代末，国外搬运机器人技术已经发展成熟，并且开始大量应用于工业。由此引起大量的搬运机器人制造厂商纷纷涌现出来，例如HJC、BTS等。在国家方面，对搬运机器人技术影响最大的两个国家分别为美国和日本。由于起步较早，美国在机器人技术方面 发展迅速，直到现在它的综合技术水平上仍然遥遥领先着世界。而日本由于受到地理位置偏僻以及人口老龄化问题日益突出的困扰，迫切需要机器人技术来替代劳动力，因此搬运技术发展迅速。到目前为止，日本有着世界上最为庞大的机器人数量以及丰富的机器人种类。其他国家也在不断发展机器人技术。到目前为止，全世界使用搬运机器人的数量已经超过10万台。
至于我国由于历史以及技术发展水平的制约，发展起步较晚，主要开始于20世纪70年代末，随着改革开放的不断进行，各个学校机构得到了政府的资金支持，促进了机器人技术的发展。在1976年，在北京起重机机械研究所制造出了我国第一台搬运机器人，随后本多的高校也逐步投入了对机器人技术的研究。截止到现在，我国已经掌握了机器人操作机的设计与制作，软件设计以及轨迹的规划。但是我国的技术发展起步较晚，与世界上机器人技术强国相比较，技术水品还处于较落后的状态。但是随着搬运机器人技术在我国的市场需求不断提高，同时我国对搬运机器人也越来越重视，政府不断鼓励科技创新，使我国搬运机器人行业发展前景良好。
1. 3工程医疗机器人的技术概述
工程医疗搬运机器人的设计主要是基于单片机控制的操作平台，通过搭载各个传感器或者是硬件电路来控制机器人从而实现搬运等目的。
1.3.1主控制平台的选择
目前在市场中单片机的种类主要有3种，分别为：
（1）51系列单片机：主要是8031系列和8051系列
PIC系列单片机：PIC12F、PIC16F等。
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