智能搬运车控制系统设计.docVIP

　　智能搬运车控制系统设计 摘 要：针对智能搬运车的控制问题，提出了采用STM32F103控制器构建控制系统的方法，应用于智能搬运车的寻迹及运动控制。首先进行了智能搬运车的总体控制方案设计；然后设计了STM32最小系统、机械手控制、舵机控制和驱动电机的速度控制算法；最后进行了系统整体调试。实验表明，该控制系统实现了智能搬运车的全向运动、精确定位和智能避障。 中国 1/vie 　　关键词：全向移动平台；智能控制；STM32F103 　　1 概述 　　1980年代初期，为了提升公司生产的效率，美国一家生产公司从其他地方学习了智能搬运车的关键技术，在此技术上又做进一步的改进，整体提升了智能搬运车的实用性及稳定性[1]。此后，许多的公司都进行了研究与创新，智能搬运车技术有了长足发展。比较典型的例子包括：瑞典的一家制造企?I开发了激光智能寻线车，利用激光引导小车寻线；荷兰发明了以磁体技术导引的智能寻线车[2]。随着网络技术和信息技术的高速发展，智能搬运车充分利用了网络资源、电子技术、传感技术等一系列新技术的优势，大大提高了运动控制、智能寻迹和精确定位的性能，使得智能搬运车的应用越来越广泛，比如汽车、餐饮、航天、医院、工厂、农业等[3]。随着智能搬运车应用领域越来越广泛，推进了该技术不断地完善与发展。本文提出了采用STM32F103控制器构建控制系统的方法，采用白光传感器实现自动寻迹，超声波传感器对移动方向的障碍进行检测，对障碍的位置进行判断从而选择最优的路线移动；设计了STM32F103主控电路、超声波处理电路、电机驱动电路、舵机控制电路和机械手控制电路，实现了搬运车全向运动、精确定位和智能避障。 　　2 总体方案设计 　　智能搬运车共有STM32F103微控处理器、电机驱动、机械手、寻迹模块、避障模块、电源模块和稳压模块等七个部分组成。智能搬运车控制系统以微控制器为核心，接收外围传感器的信号，经过相关算法的分析、判断，输出控制信号到电机驱动模块，实现智能搬运车的运动控制；输出控制信号到机械手控制模块，实现抓取物体和放下的操作。在运动控制中，一方面要实现智能车的精确定位，另一方面要实现智能避障控制。在抓取与放下控制中，要实现精确定位和机械手的柔性控制。 　　2.1 搬运车寻线方案 　　智能搬运车有多种寻线方式，比如红外传感器寻迹、白光传感器寻迹、电磁感应寻迹和激光导引等，电磁感应需要庞大的运行轨道，激光导引需要大量的计算和严格位置要求，根据用户需要，本设计选择白光传感器寻线[4]。 　　该传感器把发射装置和接收装置作为一体，这样减少了安装时不必要的误差。接收装置检测被反射回来的光强的大小，传感器上面的转换芯片把模拟量转换为数字量上传到主控芯片。提前预设好的轨道为白线轨道，把白光传感器安装在智能搬运车的前端，从左到右分别标记为1-15号传感器。若7号传感器感应到白线，智能搬运车将会跟着白线直走；若1-6号传感器感应到白线，说明智能搬运车发生偏离并且是左边车轮靠近白线。此时控制器会接收到白光传感器微控芯片传来的八位二进制信号，将会立即调整左右电机的速度使其产生速度偏差，让右电机速度大于左电机速度，从而使智能搬运车发生左转弯，实现智能搬运车对其行驶方向的矫正。同理，若此时8-15号传感器感应到白线，智能搬运车放生偏离并且车身发生右偏，控制器会调整左右电机速度，让左电机的速度高于右电机的转速，从而使智能搬运车发生右转弯。 　　2.2 机械手控制方案 　　本设计的智能搬运车车身采用四轮模型车，车身重量比较轻，为了整个设计安全性，采用简单的机械手设计。就是通过STMF103微控制器产生P方波，通过控制舵机的转动，让机械手可以抓取货物和放下物体。整个机械手使用两个舵机，两个舵机相互配合完成操作，一个舵机控制角度的转向，另一个舵机控制物品的抓取与放下。 　　2.3 电源方案 　　在智能搬运车的控制中，需要较大的输出电流和电压，选用四块基于LM2596来提供稳定的电压。该稳压模块能够输出3A的驱动电流，而且该模块对电源的高频率的干扰具有抗干扰的能力，减少对设计的影响。在输入电压最高为40V的情况下，它可以调节出最高为37V的各种电压。该器件内部集成频率补偿和固定频率放生器，LM2596的内部振荡频率为150KHz，具有功耗小，效率高的特性。相对于低频开关，它的滤波元件规模更小，该电压调节器添加几个外部元件就可以使用，通常该模块只需要四个外接元件，它可以使用通用的标准电感，这使开关电源电路的设计非常的简单，但是又具有自我保护的功能。 　　2.4 避障方案 　　避障传感器采用E18-D80NK，是一种红外传感器，这种红外传感器是集接受和发射于一体，该传感器拥有较远的探测距离，可以不受可见光干扰，而且操作起来比较方便。该红外传感器对