基于单片机的模拟工业搬运机器人

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1、基于单片机的模拟工业搬运机器人　　：模拟工业搬运机器人采用STC15单片机为主控芯片，直流电机驱动电路采用四通道驱动集成芯片L298N，并采用P脉宽调制驱动直流电财会研究论文机和舵机。结合光电传感器，舵机、红外避障模块来模拟工业物流搬运系统，能实现自动检测货物并自动抓取，循迹行进，自动卸货的功能。　　关键词：单片机；P脉宽调制；光电传感器；舵机　　一、概述　　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。[1]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。智能搬运机器人可以安装不同的末端以完成各种不同形状和状态的

2、工件搬运工作，可以广泛应用于机床上下料，冲压机自动化生产线，自动装配流水线，码垛搬运，集装箱等的自动搬运，大大减轻了人类繁重的体力劳动，具有广阔的市场前景。[2]　　以STC15单片机为基础，设计了模拟工业搬运系统。　　二、模拟工业搬运机器人系统的总体设计　　红外循迹模块，把采集出来的赛道信息反馈给单片机，单片机识别之后，给四个电机不同的P信号，使电机稳定的旋转。同时，红外收发管，一直在检查前方道路上是否有物块，一旦发现物块，单片机会送给舵机不同的P信号，舵机开始夹取，并放置到指定的位置。总体设计如下：　　图1系统的总体设计思想　　三、系统的硬件设计　　

3、1.电机驱动模块设计　　电机驱动采用L298N双H桥直流/步进电机驱动芯片。通过单片机模拟P信号，控制电机的转速。　　图2.L298N双H桥电机驱动电路　　L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，其响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机。并且可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的I/O口提供信号，而且带有使能端，方便P调速，电路简单，性能稳定，使用比较方便。　　3.舵机模块设计　　采用三个MG995舵机模拟人的手臂及肘部。控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽

4、度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。舵机的控制脉冲周期20ms，脉宽从0.5ms-2.5ms，分别对应-90度到+90度的位置。三个舵机由于需要足够大的电流，所以需要双电源分别单独供电。　　机械手的夹取通过左右两个舵机的配合来实现，左边的的舵机向右转一定的角度，右边的舵机向左一定的角度，从而实现夹取货物的目的。　　机械手的抬起是通过中间舵机的顺时针转一定的角度来实现的。　　4.

5、循迹及红外避障模块　　根据光线发射头发出的光束，被物体反射，其接收电路据此做出判断反应，物体对红外光由同步回路选通而检测物体的有无。黑色和白色路面对光的反射程度不同，白色反射程度强，黑色反射程度弱。在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；当红外线遇到黑线时红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。　　当光电传感器检测检测到黑线时，将输出一个高电平的信号给单片机。当光电传感器检测检测到白色区域时，将输出一个低电平的信号给单片机。　　单片机按照光电传感器反馈回来的信号来确定小车的位置，判

6、断小车是否偏移轨道。　　5.电源模块　　电源电路采用基于LM7805的输出电压为+5V输出电流为1.5A的稳压电源它包括桥式整流电路Dl到D4，电源变压器B，防止自激电容C12C13，滤波电容C1lC13及一个固定式的三端稳压器78L05，电路搭建简捷方便　　图4基于LM7805的稳压电源　　图5.系统总体流程　　四、系统的软件设计　　系统由一下五个模块构成，分别是：主程序模块、　　P调速模块、循迹模块、避障模块、P控制舵机　　模块、系统总体流程如右图：　　（1）主程序模块：主要完成程序的初始化，以及对各个模块进行调用；　　（2）P调速模块：主要用于对电

7、机的速度进行控制；　　（3）循迹模块：此模块主要用来检测路线；　　（4）避障模块：用来寻找前方的货物，以确定否要夹取；　　（5）P控制舵机模块：此模块主要用来控制舵机夹取货物时的张角。　　五、系统的性能测试　　在进行实际的设计过程中，首先进行了软件仿真，然后实际制作电路模型在电路中输入程序，进行了实物的调试，对舵机的张角进行调试，在抓取货物或者卸下货物时，以期望达到有合适的张角，，实际测试与数据分析表明，此系统能够达到预期的效果，稳定性好。在实际中遇到的问题主要有两个方面，第一，由于舵机需要的电流较大，当使用一个电源控制四个电机与三个舵机时，电机速度过慢

8、，于是，采用了双电源供电，此问题得到解决。第二，电机速度过快时，会冲出路线，于是