一、 專案簡介  隨著物流業的迅速發展，物品搬運工作變得越發的枯燥，效率低下，而且工人的勞動強度更是大大提高，因此解決物品搬運的問題顯得尤為重要。為了提高效率、減輕工人的負擔，設計了一款智慧物流搬運小車，通過控制小車的運動和物品的抓取以及擺放，能夠提高工作效率，減輕工人的勞動強度，以此實現機器換人的目的。 |
二、 專案相關研究現狀及發展動態 自動化物流是集光機電資訊科技為一體的系統工程，隨著資訊科技的發展，它具有更廣闊的外延，典型的自動化物流技術主要包括自動化立體倉庫系統、自動輸送系統、自動引導車系統AGVS、機器人作業系統和自動控制系統等。 AGV在我國的研究及應用起步較晚，20世紀70年代後期，北京起重運輸機械研究所研製了三輪式AGVS：80年代後期，北京機械工業自動化研究所為二汽研製了應用在立體化倉庫中的AGV：瀋陽自動化研究所為金盃汽車公司研製了汽車發動機裝配用的AGV：90年代，清華大學國家CIMS工程中心將衝國外引進的AGV成功的應用於CIMS的實驗研究；清華大學計算機技術應用系研製了用於郵政中心的AGV：昆明航舶裝置研究所研製了鐳射導向式AGV以及吉林工業大學智慧車輛課題組為汽車裝配研製了視覺導向AGV等。 在國外，美國的機器人技術一直處於世界領先水平。在1967-1974年間，由於政府對機器人的發展的重視程度不夠，且機器人處於發展初期，價格昂貴，適用性不強，導致發展緩慢。此後，在美國機器人協會、製造工程師協會積極主動地進行推廣的前提下，同時以機器人為核心的柔性自動化生產線所具備的優點又適應了美國高效生產、市場多變的需要，從而使機器人技術得到迅猛發展。 日本機器人的發展經歷了20 世紀 60 年代的搖籃期，70 年代的實用期以及80年代的普及、提高期三個階段。日本東京機械貿易公司於 1967 年首次從美國AMF公司引進 Vetsatran 機器人。日本川崎重工業公司於 1968 年與美國 Unimation公司締結國際技術合作協議，引進Unimation 機器人。日本機器人於 1970 年實現國產化。自此以後，日本進入了機器人技術的開發和應用時期。 |
三、 專案實施的目的、意義（不少於200 字） 利用微控制器技術、電機驅動技術、無線技術、聲音識別技術等知識設計一個基於微控制器的聲音引導系統，控制小車在特定聲音的引導下進行運動併到達指定的位置。其涉及的知識面較廣，它涵蓋了電子、機械、通訊、軟體學等領域。通過本次設計掌握一般自動控制系統的軟體(如C語言、組合語言)，硬體(如電機驅動電路、放大比較電路、抗干擾電路)的設計原理及實現方法，能提高對系統設計的總體除錯和整體把握能力，熟悉系統的開發安裝除錯過程，為今後的工作打下基礎。採用自動運輸業提高了運輸過程中的安全性。對於人力搬運而言，在搬運過程中的任何小小的失誤，都可能造成搬運人員的人身傷害。自動引導小車不僅可以在無人監控的狀態下正常執行，同時也可以通過在車的四周裝上一些避障感測器來有效地躲避障礙物，有效地將人員的傷害降到了最低點。 |
四、專案研究內容和擬解決的關鍵問題（不少於300 字） 專案研究內容： 針對目前大型企業辦公室人們高強度的工作狀態以及近年來飛速發展的物流快遞行業，我們設計，製作了智慧物流搬運機器人，機器人不僅可以在辦公室等不同的工業場景內工作，也可以在物流1業在分類，分揀使，代替人工從而大大提高工作的效率與成本問題。該機器人由機械，驅動，感測器，控制四個模組構成，通過STM32主機板的控制，maixpy系統的識別，循線感測器的場景識別，舵機，步進點選綜合除錯，可以完成對不同物料的抓取，運送，擺放等功能。系統採用的ATM32與各級之間串列埠通訊的功能，利用maixpy技術可以對簡單顏色，二維碼等達到有效識別的作用，提高了機器人的安全性，可靠性與經濟性。 擬解決的關鍵問題： （1） STM32微控制器分析處理，傳送各級硬體反饋的訊號。 （2） Maixpy結合高清攝像頭完成影象識別 （3） 多個電機的循線與穩定移動 （4） 多級操控機械臂有效執行抓取 （5） 二維碼識別系統 （6） 應用麥輪適應多型別工業場景穩定搬運 （7） 高效能航模電池持續續航 |
五、專案研究與實施的基礎條件（不少於300 字） (1) 人員基礎可行：參加本專案的同學已學習了電路、數模電和通訊原理等相關課程，學習了PLC和低壓電氣控制的相關知識，以及可以很好的掌握，應用STM32解決串列埠通訊，瞭解並可以正確使用maxipy技術，並且可以張哇相關機械知識背景來設計製造機械部分。 (2) 實驗條件可行：電工電子實驗中心為學生提供實驗室，以及相關的實驗儀器，技術支援和老師指導。 (3) 研究方法可行：採取實驗、調查，查閱資料相結合的研究方法，可以在保證專案質量的基礎上，加快專案進度。 (4) 研究實用性和可行性： 基於以Coryex-M3為核心的STM32F103R8T6晶片，我們要在掌握了KEIL MDK程式設計的基礎上，通過Maixpy模組對不同的物體進行有效識別。這樣就有了機器人的基本執行架構，再加上機械電子等模組的有機結合，就可以基於這樣的技術搭建起一臺智慧物流搬運機器人。而對機械與電子模快模型的資料綜合更改與除錯，就可以使機器人在不同型別的工作場景下面對不同質量體積，不同型別的物體進行有效投放。這樣的設計在工廠，寫字樓，辦公場所與未來獎面臨的多樣化的智慧場所使可以大大降低勞動力與成本的設計，而機器人的推廣與運營，就要靠技術的告訴發展與智慧概念的傳播。智慧機器人的使用，將來一定可以將人們的生活，工作帶向更便捷，智慧，經濟的方向。 |
六、專案實施方案（不少於300 字） 1.系統設計思路 （1）機械：機器人的主機板可以用有機玻璃亞克力板材料這種材料有很好的機械強度，可以支撐機器人完成各種搬運動作。而且有機玻璃可以很好的讓人們看見內部機器人的結構，在機器人出現故障的時候，可以快速確定故障的原因而不拆開機器人。舵機架，電機架，機械臂等結構可以使用一些強度比較高的材料，如碳纖維，輕質鋁合金等。機器人的緊韌體需自行設計，匹配各種型號，各種型別的不同螺絲，螺母。整個機器人的機械部分都需要有一定建模水平的機械專業同學來設計，優化，製造。 （2）驅動：機器人的驅動部分也是整個機器人的核心部分。一個驅動系統的完整性以及功能多樣性決定了機器人可以實現的功能以及在執行中的穩定與否。我們自主設計的驅動系統由以Coryex-M3為核心的STM32F103R8T6晶片作為主控模組，連線了從底盤，機械臂到攝像頭等各個硬體的驅動模組，具體有：電源穩壓模組，直流電機驅動模組，舵機驅動模組，循線感測器模組，步進電機驅動模組。其中，舵機驅動模組還包含了機械臂電機驅動控制模組控制的功能，而循線感測器模組還包括了整車四個電機的綜合穩定循跡除錯等功能。整個系統都由程式自動控制驅動，從而達到自主執行的效果。 （3）感測器：機器人的循線感測器系統使保證其穩定準確執行的前提與保證，Maixpy攝像頭可以提供正確的影象識別資訊。在機器人自主執行的過程中，首先由Maixpy正確識別物體的外形以及二維碼等有效資訊，傳輸到主控模組，再由提前下載好的程式判斷接下來的動作。而在完成識別認證確認後，循線感測器將綜合底盤的電機進行循跡調整，依次實現機器人的穩定行進。最後再由舵機驅動模組下達正確的擺放動作。 （4）控制：整個機器人都採用串列埠通訊的方式連線各個模組與主控板。在機器人完成初始化設定前，要先進行串列埠綜合除錯。在串列埠綜合除錯過程中，要對各個模組進行模組種類號與ID號的設定與初始化。在完成一系列初始化設定後，可以對機器人的接線進行相關處理，以達到美觀整齊的效果。可以運用紮帶，包裝線，貼紙等簡單的工具進行外觀處理，也可以運用提前設計號的模型，用塑料等簡單材料3D列印或製造相關外殼。 （5）循跡：針對不同的工業場景和多樣化的執行環境，機器人可以採取麥輪，萬向輪，履帶等多種組合方式搭建。而不管何種地盤，都要運用到循線感測器來進行循跡綜合電機除錯，來保障機器人在移動過程中的穩定執行。 2.系統框圖 3.各個模組及其功能 主控模組功能：採集下屬感測器模組的資訊，通過通訊介面下發命令與引數從而實現對下屬驅動模組的控制。 電源穩壓模組功能：1、電源介面擴充套件；2、電源電壓轉換。 直流電機驅動模組功能：控制與驅動直流減速電機，擁有開環、速度閉環等多種模式，預設模式為速度環。 舵機驅動模組功能：功能：控制與驅動舵機，可同時控制角度舵機與360度舵機。 循線感測器模組功能：檢測路面導航條的位置，並將取得的資訊傳送給主控模組。巡線模組的ID號可通過自身按鍵設定；巡線模組可進行檢測訊號閾值自校準。 步進電機驅動模組功能：控制與驅動舵機，可同時控制角度舵機與360度舵機。 4.具體時間和任務安排： 第一階段：2021年6月——2021年7月完成實驗方案的論證，所需器材的統 計與採購。完成為下一階段的實施提供必要的實驗物資的準備工作。 第二階段：2021年7月——2021年9月完成硬體電路的軟體模擬，以及對硬體電路的除錯與優化，為系統搭建良好的硬體平臺。 第三階段：2021年10月——2021年12月完成系統原始碼的編寫與除錯，使各個模組能夠正常的執行。 第四階段：2022年1月——2022年3月完成各個模組的聯調以及原始碼的優化，使各個模組達到最優的執行效果。 第五階段：2022年3月——2022年4月完成整理資料，撰寫、修改論文等工作。 第六階段：2022年4月——2022年6月完成實驗專案，驗收結題。 |
七、專案創新點及特色（不少於300 字） |
八、已有基礎（包括與本專案有關的研究積累和已取得的成績、學校可以提供的條件、尚缺少的條件及解決方法） （1）指導老師會對本隊成員提供科學詳盡的指導，提供強有力的理論基礎。 （2）電工電子實驗中心會為本隊成員提供學生自主實驗室，為我們提供優良的科研環境。 （3）電工電子實驗中心會為本隊成員提供必需的實驗儀器，例如：示波器，函式訊號發生器等。 |
九、專案研究進度安排及各階段預期成果(本欄內容為中期檢查及結題答辯重要參考) (1) 將會完成本課題的所有申報任務； (2) 樣機1套； (3) 研究報告1份； |