1。4 本文的主要内容

本文的主要内容是搬运机器人的设计与研究，以 STC15W4K48S4 为主控单元，

执行舵机为驱动元件，利用传感器分别实现路线检测、物料探测及物料颜色检测，利 用单片机输出 PWM 信号，控制搬运机器人左右轮的速度，采用 PID 算法使搬运机器 人根据传感器检测到的路况，及时调节车轮转速，从而确保机器人能沿着引导线正确 移动；并使用一自由度的机械手抓取物料。最后，对机器人的路径规划进行研究，使 搬运机器人在给定的场地上寻找避开障碍物的最短路径，将物料搬运到目标区域。

本文结构具体如下： 第一章为绪论，阐述了背景、目的和意义、国内外发展及趋势等； 第二章为系统方案设计的介绍，包括运行环境、整体结构，并对硬件结构和软件

结构进行了简单的划分； 第三章是硬件电路部分，一一论述了整个系统的功能模块； 第四章介绍了软件设计过程，详细介绍了路径识别原理、PID 算法，通过查阅资

料，分析比较了各种路径规划算法，并详细介绍了 A*算法原理及使用方法； 第五章对整个系统软、硬件联调，最终实现了整体功能。

第二章 系统总体方案设计

2。1 系统运行环境介绍文献综述

本课题的主要研究目标是模拟搬运机器人在自动化生产线的作业过程，主要实现 自主循迹、物块探测、颜色分辨、路径规划的功能。

运行环境选用 2015 年中国工程机器人大赛的比赛场地和物块[17]。

图 2-1 运行环境示意图

图 2-2 出发区示意图

如图 2-1 所示，运行场地长 2440mm，宽 2440mm，外圆 d 为 1580mm，内圆 d 为 780mm；设置为白底，黑线为搬运机器人移动的引导线，其线宽为 20mm；内圆与 引导线的交点 A、B、C、D、E 为物块放置点，外圆与引导线的交点是物块目标点。

如图 2-2 所示，出发区域的圆的直径为 320mm，线宽为 20mm。

2。2 系统方案介绍

本搬运机器人系统是以 STC15W4K48S4 单片机[18]为核心控制单元，使用两个 360 度舵机差速驱动车轮[19]的设计方式，采用红外循迹传感器识别路径信息，根据机器人 车轮与路径的偏差大小，采用 PID(比例-积分-微分)控制算法纠正，保证机器人能沿 着黑线准确行驶；使用超声波测距模块检测机器人与物块的距离，小于一定距离后， 使用一个 180 度舵机驱动一自由度机械手抓取物块，然后通过 TCS3200 颜色传感器 进行物块颜色检测，将物块分拣搬运到对应的目标颜色区域。

最后对搬运机器人的路径规划算法进行了一定的研究，在比较了一些方法之后， 最后确定选用 A*(A-Star)算法，将所有节点的位置信息存储在二维数组中，在邻近的 节点中计算与当前节点具有最短距离的节点作为下一个要扩展的点[20]，最终确定搬运 机器人当前点到目标点的最佳路径。来,自.优;尔:论[文|网www.chuibin.com +QQ752018766-

2。3 整体布局

目前机器人的形式可分为轮式、履带和爬行式机器人[21]，其中轮式机器人最为容 易，适应能力强，机械构造简单，应用较为普遍。本设计采用轮式结构，前轮为牛眼 轮，是脚轮，后轮是两个驱动轮，由两个 360 度舵机驱动。