手动机器人自控系统设计毕业论文.doc

湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计 手动机器人自控系统设计THE DESIGN OF MANUAL HANDLING ROBOT IN AUTONOMOUS SYSTEM学生姓名：谢雨帆学 号：200941914423年级专业及班级：2009级机械设计制造及其 自动化(4)班指导老师及职称：康江 副教授 学 院：理工学部 湖南·长沙提交日期：2013 年 05月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方东方科技学院、指导老师共同拥有本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 毕业设计作者签名： 年 月 日目 录摘 要 1关键词 11 前言 21.1 2012年亚太机器人大赛比赛主题与规则 21.1.1 主题简述 21.1.2 规则简述 21.2 手动机器人的主要任务简介 32 机器人创意设计与方案 42.1 机器人一般组成 42.2 本次机器人设计原则 52.3 比赛策略 52.4 机械结构设计 52.5 方向盘的设计与讨论 62.6 棘轮机构的设计与讨论 73 机器人自控部分设计 83.1 总体方案设计 83.2 各模块硬件部分设计 93.2.1 中央处理模块 93.2.2 通信模块 123.2.3 LM629驱动模块 133.2.4 单片机模块 193.2.5 驱动模块 203.2.6 电源模块设计 233.2.7 电机模块 243.2.8 底盘控制系统 263.2.9 升降系统及棘轮模块 273.2.10 输入模块 283.3. 辅助电路设计 293.3.1 复位电路设计 293.3.2 过流保护与欠压保护电路设计 293.3.3 信号隔离部分部分电路设计 313.3.4 编码盘采样模块电路设计 313.3.5 按键模块电路图 323.4 硬件抗干扰措施 323.5印刷电路板可靠性和抗干扰性分析 324 算法论证 334.1 主控板程序流程图 334.2 底盘控制系统算法设计 384.2.1程序流程图: 384.2.2电子油门程序 384.2.3电子方向盘及差速器程序 404.2.4刹车程序及底盘方向判断程序 415 调试工具和方法介绍 425.1应用PROTUES进行调试与仿真 425.2应用IAR EMBEDDED WORKBENCH FOR ARM进行编程调试 436 结论 43参考文献 44附录 44附录1：主控板程序代码 44附录2：LM629控制程序 44附录3：总电路原理图（A0图） 44附录4：STM32最小系统原理图 （A2图） 44附录5： 手动机器人总装配图（A1图） 45手动机器人自控系统设计学 生：谢雨帆指导老师：康 江（湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128）摘 要：在国内外机器人竞赛热潮的背景下，作为人才新生主力军的大学生，自制机器人参加各种比赛已经成为了大学校园里一道亮丽的风景线。

本人作为湖南农业大学参赛代表之一，参加了2012年亚太大学生机器人大赛的各项活动，参与了机器人的设计和制作整个过程，在创新设计能力、动手能力和培养团队合作精神等方面都得到了很大提高而本次设计的手动机器人是一台自动化程度较高、控制精确灵活的机器人，这台手动机器人由行走模块、主控模块和机械手臂等组成需要完成一定难度的硬币精确抓放，搬运收集机器人并精确放置等工作（题目源于2012年亚太大学生机器人大赛）这对机器人的竞争力、灵活性、准确性有较高要求手动机器人的控制系统采用基于STM32的Cortex-M3内核的开发板作为底层控制模块，充分利用了该款单片机高速处理能力与可靠性高的优势关键词：机器人；驱动；通信；PID算法 ；PWM调速；Manual robot control system designAuthor: Xie YufanTutor: Kang Jiang(Oriental Science &Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract: In the context of the robotics competition at home and abroad, as the main force of college students of talent newborn, homemade robot to participate in various competitions has become a beautiful landscape in the university campus. As one of the participating representatives of Hunan Agricultural University, participated in the Universiade in 2012, the Asia-Pacific Robot Contest activities involved in robot design and production of the entire process, in terms of innovative design capabilities, ability and cultivate teamwork spirit have been greatly improved. The design of the manual is a high degree of automation, to control accurately flexible robot, robot manual robot by walking module, main control module and the mechanical arm. Need to complete a certain degree of difficulty of the coin accurate pick and place handling robot collection and precise placement of the work (the title comes from the Asia-Pacific Robot Contest of College Students in 2012). This robot competitiveness, flexibility, accuracy have higher requirements. Manual robot control system uses as the underlying control module development board based on the STM32 Cortex-M3 core, take full advantage of that subsection micro-controller high-speed processing capability and high reliability advantages. Key words: Robot; drive; communication; PID algorithm; PWM speed control；1 前言机器人涉及多学科交叉综合；人工智能、机器人技术、通信技术、传感器技术、信息及编程技术、计算机学、材料学、电子技术、传动技术、接口技术、单片机原理、精密机械技术、自动控制理论、伺服传动技术等诸多领域的技术集成。

因此难度高、技术综合性极强，能充分锻炼参与者多学科综合及设计能力和团队协作精神2012年全国大学生机器人大赛机器人主要任务是由手动操作者坐在手动机器人上控制机器人抓取硬币放到硬币箱，自动机器人抓取篮子放到手动机器人运动区域，然后手动机器人穿越障碍区搬运搜集机器人到自动机器人上，由自动机器人将搜集机器人送到包山所在区域，待搜集机器人到达包山，手动机器人需抓取篮子回到出发点配合搜集机器人完成“平安大吉”，等搜集机器人将包山不同层的包子放到篮子里面并没有出现犯规动作时宣布比赛结束，其中完成所有任务耗时少的一方获胜在这种互相干扰不大、主要比拼速度及精度的竞赛中，制作的机器人越稳定，越高速，就越有可能取得比赛的胜利本人参与设计制作的手动机器人就是参加该项比赛的机器人之一1.1 2012年亚太机器人大赛比赛主题与规则1.1.1 主题简述此次大赛的主题为“Peng On Dai Gat”，中文意思为“平安大吉（包山斗智显平安）”，源于民俗活动，旨在祈求平安1.1.2 规则简述每只参赛队伍要求有三台机器人:一台手动机器人，一台自动机器人和一台收集机器人首先，手动机器人从硬币架上拿起硬币投到硬币箱中。

然后，自动机器人启动把公共区的篮子搬到手动区并回到启动区，与此同时，手动机器人需要把收集机器人搬起运到自动机器人上，由手动机器人把收集机器人搬运到自动机器人上最后，收集机器人爬上小岛，把底层和中间层的包子抓取并放到篮子里，再由手动机器人把收集机器人托起抓取顶层包子放到篮子里，完成任务期间不能违反比赛规定的限制要求，用时最少完成任务或得分最多的获胜图1 比赛场地规格Fig.1 Specifications of Game Field 1.2 手动机器人的主要任务简介手动机器人的主要任务有：一、 手动机器人启动后需要从硬币架拿起硬币并放入硬币箱； 二、 在没犯规的前提下，手动机器人必须穿越隧道，到达搜集机器人所在区域并搬运搜集机器人至自动机器人A（5区）区域（见图2）；三、 手动机器人搬运放在手动区的篮子（4区）按照图中所示路线回到启动区（6区），并将篮子放置在小岛上的放篮区；四、 手动机器人托起 搜集机器人夹取包山最顶层包子，手动机器人和搜集机器人之间通过非射频方式通信；五、 在比赛规定时间（三分钟）的最后一分钟内，手动机器人可以直接从底层开始夹取包子；六、 当搜集机器人完成每层至少一个包子的夹取和投放，比赛立即宣布结束，完成规定任务并耗时最短的获胜，未完成任务按照得分多少衡量胜负。

规则限定：手动机器人抓取硬币并将硬币放置到硬币箱中，完成速度较快的另外两台机器人优先启动，这就要求手动机器人稳定性高、速度快、定位精准，所以对手动机器人的要求更高 图2 手动机器人行动路线示意图Fig.2 schematic diagram of Manual robot walking route 2 机器人创。