基于PID算法和STM32的分拣搬运机器人的设计
发布时间：2020-05-18 20:12
【摘要】：为了提高物体分拣搬运的速度和效率,设计一种控制移动轨道在承载架上自由滑动的机械结构和基于此结构的搬运方式。此搬运方式的机器人控制系统以STM32为核心,红外传感器判断物体的存在,颜色传感器识别物体颜色,L298N分别驱动X轴和Y轴两个减速电机作为驱动装置,舵机和机械手为抓取搬运机构。系统应用增量式PID算法分别控制X轴和Y轴的减速电机同步运行。应用规划式全覆盖折返形算法对物体区域进行搜索。实验证明,可以实现全区域搜索进行颜色识别和物体抓取搬运的功能。
【图文】：
3］和基座加机械臂的四轴机器人［4］等方式。本文设计一种新型的物体搬运机械结构的方式，设计基于STM32物体自动分拣机器人系统，采用PID算法控制X轴和Y轴的减速电机同步运行，，用红外和颜色传感器进行物体识别，在物体区域内采用路径规划折返形算法进行全覆盖搜索。可以实现牢固抓取和正确分拣搬运等系统运行性能的要求。1系统硬件设计1．1系统结构机器人控制系统分为控制系统模块、红外传感器模块、颜色传感器模块、电机驱动模块、舵机加机械手模块、电源模块、独立按键、显示模块。系统框图如图1所示。图1系统框图1．2控制核心模块选用STM32F407ZGT6作为主控制器，STM32采
mA，接口丰富，多达2个I2C和SPI通信接口［5］。1．3电机驱动调速模块L298N内含2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制［6－7］。通过设置PWM的占空比即可改变电机的驱动电流，也就改变了电机输出扭矩的大校L298N驱动减速电机和舵机。电源为12V，提高电压可增大电机转矩的输出。OUT1，OUT2，OUT3，OUT4引脚分别为电机2路输出接口。ENA，ENB分别为2路使能端，IN1和IN2，IN3和IN4为2路电机方向控制口。如图2所示。图2L298N驱动电路1．4电源电路设计LM2596开关电压调节器是降压型电源管理芯片，能够输出3A的驱动电流，具有很好的线性和负载调节特性［8］。给系统供电输出电压有3．3，5，12V。P1口电压输入，通过调节Ｒ2的阻值大小，从而控制P2口电压输出的大校如图3所示。图3LM2596稳压电路1．5颜色识别模块颜色识别采用TCS230颜色传感器。TCS230输出信号是数字量，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可直接与STM32相连。由于输出是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单［9－10］。2理论分析与计算2．1机械结构的设计在待搬运物体上方搭建一个100cm×150cm×40cm的立体承载架，在边长为100cm的Y轴两边上面放置固定轨道，再用一根可以沿着Y轴轨道自由移动的杆放置在固定轨道上，机械手Q和舵机安装在可自由移动的杆下面。以起始点为原点，边长100cm为Y轴，150cm为X轴，简化图如图4所示。图4承载架机械结构图自由移动的杆可以沿着Y轴移动，杆上的机械手Q可以沿着X轴移动，所以机械手能到达区域内的任何地方。同时红外传感器和颜色传感器
本文编号：2670254
【图文】：
3］和基座加机械臂的四轴机器人［4］等方式。本文设计一种新型的物体搬运机械结构的方式，设计基于STM32物体自动分拣机器人系统，采用PID算法控制X轴和Y轴的减速电机同步运行，，用红外和颜色传感器进行物体识别，在物体区域内采用路径规划折返形算法进行全覆盖搜索。可以实现牢固抓取和正确分拣搬运等系统运行性能的要求。1系统硬件设计1．1系统结构机器人控制系统分为控制系统模块、红外传感器模块、颜色传感器模块、电机驱动模块、舵机加机械手模块、电源模块、独立按键、显示模块。系统框图如图1所示。图1系统框图1．2控制核心模块选用STM32F407ZGT6作为主控制器，STM32采
mA，接口丰富，多达2个I2C和SPI通信接口［5］。1．3电机驱动调速模块L298N内含2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制［6－7］。通过设置PWM的占空比即可改变电机的驱动电流，也就改变了电机输出扭矩的大校L298N驱动减速电机和舵机。电源为12V，提高电压可增大电机转矩的输出。OUT1，OUT2，OUT3，OUT4引脚分别为电机2路输出接口。ENA，ENB分别为2路使能端，IN1和IN2，IN3和IN4为2路电机方向控制口。如图2所示。图2L298N驱动电路1．4电源电路设计LM2596开关电压调节器是降压型电源管理芯片，能够输出3A的驱动电流，具有很好的线性和负载调节特性［8］。给系统供电输出电压有3．3，5，12V。P1口电压输入，通过调节Ｒ2的阻值大小，从而控制P2口电压输出的大校如图3所示。图3LM2596稳压电路1．5颜色识别模块颜色识别采用TCS230颜色传感器。TCS230输出信号是数字量，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可直接与STM32相连。由于输出是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单［9－10］。2理论分析与计算2．1机械结构的设计在待搬运物体上方搭建一个100cm×150cm×40cm的立体承载架，在边长为100cm的Y轴两边上面放置固定轨道，再用一根可以沿着Y轴轨道自由移动的杆放置在固定轨道上，机械手Q和舵机安装在可自由移动的杆下面。以起始点为原点，边长100cm为Y轴，150cm为X轴，简化图如图4所示。图4承载架机械结构图自由移动的杆可以沿着Y轴移动，杆上的机械手Q可以沿着X轴移动，所以机械手能到达区域内的任何地方。同时红外传感器和颜色传感器
本文编号：2670254
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