多颜色识别的智能搬运机器人的研制软件设计(附件)【字数：9124】
摘 要文中根据中国工程机器人大赛搬运项目比赛规则与竞赛要求，设计了一种以飞思卡尔KL25芯片为控制核心的智能搬运机器人。在硬件电路与机械结构搭建完成的基础上，通过软件编程构思智能搬运机器人在赛场上的行径轨迹，设立搬运策略使得机器人能够高效率的套取、搬运、堆叠物块从而获得较高分数，随后完成红外循迹模块、舵机驱动模块和颜色识别模块软件设计，并将其组合成一个可以通过既定程序实现搬运任务的智能系统，确保机器人运行过程中的准确性及稳定性。在机器人搭建完成后，模拟真实比赛环境从而进行大量的实验。经实验证明该机器人能够完成设计之初定下的目标。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景意义 1
1.2同行研究概况 1
第二章 总体方案设计 4
2.1智能搬运机器人的任务分析 4
2.2智能搬运机器人的硬件系统组成 4
2.3智能搬运机器人的系统软件设计方案 5
2.4本章小结 7
第三章 软件控制设计 8
3.1软件平台与主控芯片介绍 8
3.2系统软件设计 8
3.3第一环节任务分析 8
3.4第二环节任务分析 9
3.5循迹传感器及其控制程序 9
3.6驱动元件及其控制程序 13
3.7颜色识别模块 16
3.7.1颜色传感器工作方式与工作原理 16
3.7.2颜色传感器工作方式软件配置 17
3.7.3颜色传感器的软件算法 19
3.8软件总体设计规划 22
3.9本章小结 23
第四章 实验总结 24
4.1实验一：循迹功能实验与检测 24
4.2实验二：颜色识别模块实验与检测 24
4.3实验三：套筒的夹取、搬运、堆叠物块实验 25
结束语 27
致 谢 28
参考文献 29
附 录 ..30 绪论
1.1研究背景意义
机器人是一种可以接受人类指令，或按照预先编程设定好的程序自动执行工作的机械装置。它的任务是帮助或取代人类 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
完成简易或极度危险的工作。其中，机器人可分为民用机器人、工业机器人、以及军用机器人等。
此次研究是基于江苏省大学生机器人大赛机器人搬运工程项目，为了达到比赛规则的要求，设计出一台可以依照既定程序完成循迹、颜色识别、搬运任务的智能机器人。它将在赛场内移动，将颜色不同但形状相同的物块分拣搬运到该颜色的对应区域。
1.2 同行研究概况
随着近些年来科技的发展，搬运机器人的研究设计越来越多样化，且功能也越来越强大。
2012年亚马逊花费8亿美元收购机器人生产商，在其储物仓库内普及kiva搬运机器人。据调查，kiva搬运机器人的工作准确率能达到99.99%，并且能够将亚马逊仓库的工作效率大幅度提高。
/
图11 kiva机器人
以色列申卡尔工程与设计学院的一名学生设计一款由独轮车加上搬运手臂的机器人Transwheel。它的内部嵌入了平衡系统，能够平稳地运行在多数路况中，每一台Transwheel搬运机器人都能够独自搬运一件小物料，多台机器合力可以运送体积较大的包裹。它还具有GPS定位功能，能够准确的导航至目标位置。
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图12 Transwheel机器人
国内目前只有两个仓库开始大规模的使用搬运机器人，其中，阿里的天猫超市使用了自己研发的“曹操”机器人，它可以承重50公斤，行动速度为2m/s。系统在接受到订单后，能够通过内部GPS自主地定位仓库内商品货物的位置，并且自动规划最优路径。
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图13 “曹操”机器人
表11 国内外搬运机器人举例
机器人名称
kiva机器人
Transwheel机器人
“曹操”机器人
生产国家
美国
以色列
中国
科研公司
亚马逊
色列申卡尔工程与设计学院
阿里巴巴
生产时间
2012年
2015年
2015年
搬运机器人特点
承重能力强
具有面部识别功能
速度快、效率高
使用场所
仓库
平坦路面
仓库
总结国内外搬运机器人的现状，基本上遵循着高度智能化、快速化的发展趋势。
1.3智能机器人编程语言发展现状
在现如今各种编程语言创造之前，最早的机器语言即是程序员用0和1这两个数字组成的二进制程序代码通过复杂的方式输入计算机来进行运算，然而这种纯粹由两个数字构成的语言繁冗复杂，不利于后期的升级、阅读与修改，所以后来人们发明了汇编语言。它是一种可以直接由计算机识别的语言，其操作对象为计算机内部的寄存器或存储器。不过，在加快了处理速度的同时却又增加了程序编译的复杂性。其后，C语言应运而生，它是一种应用广泛的且面向编译过程的计算机编程语言，具有强大的阅读性与可移植性。
有了编程语言，自然需要一种强大又方便的嵌入式系统开发工具。IAR Embedded Workbench是一种著名的C编译器，它为智能搬运机器人的研究与调试提供了强大的可操作性的平台。
总体方案设计
针对智能搬运机器人的功能需求，本章提出了关于智能搬运机器人的总体设计方案，在对搬运机器人的需求分析基础上确定总体结构框架的设计，并对其硬件结构和软件设计做出详细的分析。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景意义 1
1.2同行研究概况 1
第二章 总体方案设计 4
2.1智能搬运机器人的任务分析 4
2.2智能搬运机器人的硬件系统组成 4
2.3智能搬运机器人的系统软件设计方案 5
2.4本章小结 7
第三章 软件控制设计 8
3.1软件平台与主控芯片介绍 8
3.2系统软件设计 8
3.3第一环节任务分析 8
3.4第二环节任务分析 9
3.5循迹传感器及其控制程序 9
3.6驱动元件及其控制程序 13
3.7颜色识别模块 16
3.7.1颜色传感器工作方式与工作原理 16
3.7.2颜色传感器工作方式软件配置 17
3.7.3颜色传感器的软件算法 19
3.8软件总体设计规划 22
3.9本章小结 23
第四章 实验总结 24
4.1实验一：循迹功能实验与检测 24
4.2实验二：颜色识别模块实验与检测 24
4.3实验三：套筒的夹取、搬运、堆叠物块实验 25
结束语 27
致 谢 28
参考文献 29
附 录 ..30 绪论
1.1研究背景意义
机器人是一种可以接受人类指令，或按照预先编程设定好的程序自动执行工作的机械装置。它的任务是帮助或取代人类 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
完成简易或极度危险的工作。其中，机器人可分为民用机器人、工业机器人、以及军用机器人等。
此次研究是基于江苏省大学生机器人大赛机器人搬运工程项目，为了达到比赛规则的要求，设计出一台可以依照既定程序完成循迹、颜色识别、搬运任务的智能机器人。它将在赛场内移动，将颜色不同但形状相同的物块分拣搬运到该颜色的对应区域。
1.2 同行研究概况
随着近些年来科技的发展，搬运机器人的研究设计越来越多样化，且功能也越来越强大。
2012年亚马逊花费8亿美元收购机器人生产商，在其储物仓库内普及kiva搬运机器人。据调查，kiva搬运机器人的工作准确率能达到99.99%，并且能够将亚马逊仓库的工作效率大幅度提高。
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图11 kiva机器人
以色列申卡尔工程与设计学院的一名学生设计一款由独轮车加上搬运手臂的机器人Transwheel。它的内部嵌入了平衡系统，能够平稳地运行在多数路况中，每一台Transwheel搬运机器人都能够独自搬运一件小物料，多台机器合力可以运送体积较大的包裹。它还具有GPS定位功能，能够准确的导航至目标位置。
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图12 Transwheel机器人
国内目前只有两个仓库开始大规模的使用搬运机器人，其中，阿里的天猫超市使用了自己研发的“曹操”机器人，它可以承重50公斤，行动速度为2m/s。系统在接受到订单后，能够通过内部GPS自主地定位仓库内商品货物的位置，并且自动规划最优路径。
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图13 “曹操”机器人
表11 国内外搬运机器人举例
机器人名称
kiva机器人
Transwheel机器人
“曹操”机器人
生产国家
美国
以色列
中国
科研公司
亚马逊
色列申卡尔工程与设计学院
阿里巴巴
生产时间
2012年
2015年
2015年
搬运机器人特点
承重能力强
具有面部识别功能
速度快、效率高
使用场所
仓库
平坦路面
仓库
总结国内外搬运机器人的现状，基本上遵循着高度智能化、快速化的发展趋势。
1.3智能机器人编程语言发展现状
在现如今各种编程语言创造之前，最早的机器语言即是程序员用0和1这两个数字组成的二进制程序代码通过复杂的方式输入计算机来进行运算，然而这种纯粹由两个数字构成的语言繁冗复杂，不利于后期的升级、阅读与修改，所以后来人们发明了汇编语言。它是一种可以直接由计算机识别的语言，其操作对象为计算机内部的寄存器或存储器。不过，在加快了处理速度的同时却又增加了程序编译的复杂性。其后，C语言应运而生，它是一种应用广泛的且面向编译过程的计算机编程语言，具有强大的阅读性与可移植性。
有了编程语言，自然需要一种强大又方便的嵌入式系统开发工具。IAR Embedded Workbench是一种著名的C编译器，它为智能搬运机器人的研究与调试提供了强大的可操作性的平台。
总体方案设计
针对智能搬运机器人的功能需求，本章提出了关于智能搬运机器人的总体设计方案，在对搬运机器人的需求分析基础上确定总体结构框架的设计，并对其硬件结构和软件设计做出详细的分析。
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