基于机器视觉的智能物流搬运机器人的设计与研究

第七届全国大学生工程训练综合能力竞赛智能+赛道基于机器视觉的智能物流搬运机器人,对OpenMV4视觉模块进行研究,应用该模块进行二维码、不同颜色物料等多种目标的识别,信息经过模块上STM32F427微控制器的处理,与Arduino Mega 2560板通信,机器人识别场地上的三个区域,用PID算法驱动麦克纳姆轮机器人的四个直流电机旋转并且定位机器人,通过PCA9685模块的I2C通信协议,发送PWM脉冲信号给机械臂上的四个关节舵机,使智能物流搬运机器人对场地上的物料进行自动搬运。实验证明其可以较为精确地完成各项搬运任务。     

腿轮混合式六足机器人设计

本项目以STM32F429为主控制板,研究腿轮混合式六足机器人的结构设计和控制平台,结合轮式机器人与六足机器人的结构和运动特点,设计腿轮混合式六足机器人模型。通过搭建相应的硬件平台,实现该机器人轮式模式和腿式模式的转换,三角步态的运动方式和远程数据图像的传输。     

四足机器人的障碍检测及躲避系统设计

当今社会,人工智能行业蓬勃发展,机器人是未来发展的必然趋势。仿生机器人是机器人领域的一个重要分支。文章根据全国机器人大赛ROBOCON赛事规则要求,设计了一款四足机器人,采用STM32F407VET6作为主控制器,对其自主避障系统做了研究。针对四足机器人的障碍检测及躲避,设计了一种基于激光雷达、光电等多种传感器信息融合的自主避障算法及避障策略的四足机器人,在上位机对各方面功能进行仿真,实现四足机器人自主避障,并对四足机器人的障碍检测及躲避系统进行实验验证,证明理论的可行性,满足了预期的设计指标。     

农业搬运机器人控制系统设计

本课题组设计的农业搬运机器人控制系统是以燃料电池作为动力源,集合路径自主规划于一体的机器人。设计采用燃料电池作为动力装置,具有转化效率高、环境污染少、燃料来源广和价格较低等优势。采用树莓派作为主控系统,树莓派安装乌班图系统,乌班图系统搭载ROS机器人控制系统,通过GPS定位装置实现自主定位导航,利用超声波传感器使机器人完成避障功能。四轮采用无刷轮毂电机作为驱动机构,具有结构简单、成本低、维护简单以及应用成熟的特点,控制器采用STM32F103ZET6作为机器人运动控制芯片,通过USART接口与导航模块连接,通过I/O与3路超声波连接,通过PWM信号对轮毂电机的驱动器进行调速控制。     

基于STM32的移动式智能搬运机器人设计

为了实现远距离的物体搬运,研制了一种移动式智能搬运机器人。在完成机器人本体设计的基础上,提出了以STM32F103C8T6为主控制单元的搬运机器人总体设计方案,分析了移动式智能搬运机器人工作流程,设计了主控制器电路和电机驱动、循迹定位、物体识别、舵机控制、避障控制等外围电路,给出了移动式智能搬运机器人的主程序流程图,在STM32集成开发环境Keil 4下编写了相应的控制程序,并进行软件调试。经试验测试,本文设计的移动式智能搬运机器人满足设计要求。     

水田作业农业机器人平台设计

以水田作业环境和无人农机作业要求为依据,设计并搭建了一种采用电驱动的机器人移动平台,主要包含行走底盘和控制系统。行走底盘由主机架、电力驱动系统、行走总成、转向总成和提升机构等组成;控制系统以STM32F407IGT6为主控制器,利用测速编码器、角度传感器、AT9S遥控器及R9D无线模块等设备,实现了机器人平台的远程遥控行驶控制。平台搭载GPS-RTK导航系统进行了轨迹追踪试验,结果表明:水田作业机器人平台的远程遥控控制及轨迹追踪控制符合农机无人作业的要求。     

基于直流电机驱动电路的移动式采摘机器人设计

基于直流电机驱动策略,采用STM32微处理器,搭建了采摘机器人运动控制系统,并基于H桥功率驱动电路及PWM脉宽调速策略,实现了采摘机器人电机驱动调速系统。试验结果表明:该采摘机器人在行走和转弯测试中,误差较小,能够满足设计要求,对直流电机在其场合的驱动控制具有一定的参考价值。     

基于Arduino的六足仿生机器人的设计与研究

文章分析了六足机器人的工作原理,机械结构设计和运动步态,并以Arduino板作为主控板,舵机控制板控制舵机,超声波和红外传感器结合实现机器人平稳运动。     

智能采摘机器人路径规划的设计与研究

以四足轮式采摘机器人为研究载体，将采集的果园图像经过灰度化、阈值分割、几何校正、比例尺寸划分等处理，然后进行栅格化；在此基础上，对采摘机器人在作业时的路径进行全局规划，通过蚁群算法寻找出一条无障碍、短距离的行驶路线；同时，结合运动学模型和PID闭环等现代控制理论，将得到的路径信息转化为控制信号，输出占空比变化的PWM波，从而控制电机运转，使得采摘机器人以规定的速度跟踪已规划好的行驶路线；最后，将此理论以嵌入式方式进行软硬件开发，设计出一款路径规划-跟踪控制系统。实验结果表明，利用路径规划-跟踪控制系统的采摘机器人按规划的路径到达目标点的平均概率为94.5%,能够准确、有效地辅助采摘机器人进行采摘作业。     

基于Cortex-M3处理器的数据采集系统的设计

文章介绍了一种基于Cortex-M3处理器的信号采集系统,详细阐述了STM32F103RC系列32位处理器实现片内A/D转换、USB通信及信号调理等电路设计的技术要点。利用片内D/A模块设计了一个回放接口,以便实时观察实际采集到的信号。     

基于STM32的远程控制植保无人机

针对农药喷洒存在的低效高害问题,提出了一种基于STM32单片机的植保无人机设计方案。以STM32F407单片机为控制核心,配合陀螺仪、气压计、超声波磁力计模块等实现基本的飞行姿态控制。遥控器通过2.4G接收机发送信号给单片机控制农药喷洒装置的启停。此外,无人机上装有GPS模块,可回传位置信号,给远程的手动操控提供参考。该植保无人机运行稳定,可远程控制,提高工作效率,减少对人体的危害,实现高效低害的农药喷洒。     

基于模型的四足机器人步态转换控制研究

为了解决基于模型的控制方法在四足机器人步态转换过程中稳定控制问题,本文在仿生学和机构学基础上设计了一款四足机器人样机平台,并推导了机器人单腿运动学模型。在足端可达工作空间内规划了机器人抬腿高度和迈步步长,利用理想的复合摆线轨迹,通过合理控制步态周期,提出了一种过渡段变周期控制方法,实现了步态转换前后定速度控制和变步长控制,保证了步态转换前后速度不变或可变。为了验证所提算法的正确性和稳定性,分别开展了单腿足端轨迹实验和整机步态转换实验。在完成整机运动控制的基础上,对比了基于模型的控制方式和基于中枢模式发生器的控制方式在四足机器人步态转换过程的应用。仿真和实验结果表明,在基于模型的控制算法下,四足机器人可以实现步态的平滑转换,且速度能伴随步长和周期的变化实现调节,满足了不同速度下的行走要求,为四足机器的运动控制提供了参考。     

基于STM32的智能格斗机器人控制系统设计

本课题设计了一种基于STM32的智能格斗机器人控制系统。系统以单片机STM32F103C8T6为控制核心,单片机连接传感器,对外界环境进行信息采集,通过编写相应的控制算法程序,实现对障碍物的智能判断,根据判断的不同结果做出相应不同动作,有自我防御、自主避障以及搜寻攻击的功能。机器人设有智能程度切换的功能,可间接调整机器人的操控难度,扩大格斗机器人的使用人群范围,提升操作者的操控体验感,并设有备用防御触发途径,增加格斗机器人的安全保障。     

基于GPS定位的四旋翼飞行器设计

设计基于微控制器STM32F4系列和GPS定位的新型农情监测平台,以微控制器STM32F407为控制核心,用GPS模组、陀螺仪、加速度计等多种传感器测算位置和姿态信息。硬件由飞行控制器、数传模组、动力系统、机架、云台伺服系统组成。软件则采用简洁稳定的四元数加互补滤波姿态解算算法,融入PID控制算法,实现稳定飞行、GPS定位等功能。四旋翼飞行器扩展性高、适应性强,能够适应各种复杂环境,在农情信息采集中具有较高的应用价值。     

基于升压系统的模拟电磁曲射炮

笔者以意法半导体集团制造的STM32F103RBT6为控制核心,制作了一个基于升压系统的模拟电磁曲射炮,系统由充电电路与发射电路模块、舵机控制模块、OPENMV图像识别模块,以及控制核心板及其周围电路模块组成,先利用单相全桥逆变电路将直流转换为交流,再经过变压器升压和四倍压整流将电压放大到电磁炮的充电电压,单片机处理摄像头返回的数据后,分别调整两个舵机角度并控制继电器进行炮弹发射,进而达到要求。该系统结构简单,制作精良,达到了较好的实验效果。     

基于速度逆运动学的六足步行机器人位姿闭环控制

六足步行机器人位姿控制系统是强耦合冗余非线性系统,对单腿速度逆运动学进行研究,建立六足步行机器人速度逆运动学模型,对六足步行机器人位置和姿态进行解耦控制。对机器人位置和姿态采用比例控制策略,建立机器人位置控制闭环和姿态控制闭环实现六足步行机器人位姿闭环控制。基于六足步行机器人平台,由MATLAB和ADAMS建立六足步行机器人仿真模型,并对六足步行机器人位姿闭环控制进行联合仿真,仿真结果验证了六足步行机器人位姿闭环控制方法的正确性。     

基于MC9S12DG128单片机的智能循线车的设计

以飞思卡尔公司的16位微控制器MC9S12DG128作为核心控制单元,设计了智能循线汽车控制系统的软硬件,主要包括传感器选型及信号采集处理、电机和舵机的控制等部分。采用12对红外光电传感器作为信息采集模块,安装在小车前部,检测白色跑道上的黑色引导线。根据12对红外光电传感器相对黑线的位置,通过所设计的电路和程序对传感器信号进行采集处理,从而获取车模相对赛道的偏移量、方向、速度等信息。通过编写控制程序,产生PWM脉冲信号,对模型车转向舵机以及驱动电机进行控制,最后完成了智能车工程制作及调试,并实现车模能够沿着赛道高速稳定地行驶。     

基于FPGA的无刷直流电机控制系统

文章偏重解析无刷直流电机的内部构造、工作方式和控制原理,并研究基于FPGA的无刷直流电机控制系统.其基本原理是FPGA输出的PWM波首先经过推挽放大电路,然后启动六个功率管,由功率管组成的三相全桥式逆变电路控制电机定子的各相通断,其偏差经电流调节后的信号控制PWM占空比,完成无刷直流电动机的速度与电流控制.     

柔顺关节并联机器人设计与实验

通过实验研究,运用结构参数化方法设计了满足要求的柔顺关节,用以代替传统运动副进行传动,建立了含有柔顺关节的柔顺并联机器人机构,并与控制系统和OPTOTRAK测量系统一起组成实验系统,开展柔顺关节并联机器人动力学建模、分析、设计、规划与控制等方面的系统研究.以3自由度柔顺并联机器人为研究对象,分别对用转动副传动的刚性并联机器人和用柔顺关节传动的柔顺并联机器人进行了实验研究.通过对实验数据的对比分析,各项实验指标相对误差均控制在允许之内,表明在并联机器人中用柔顺关节取代转动副的有效性.     

基于PWM的变浓度喷施控制系统设计与试验

变浓度喷施技术与变流量喷施技术相比,具有雾滴喷洒效果好、避免人药接触、作业后剩余药和水可回收重复使用(降低环境污染)等优势。为此,基于脉冲宽度调制(又称PWM)技术研发了变浓度喷施控制系统,以STM32F103单片机为控制核心,基于PWM技术精准调制整个系统,根据作物病虫草害的严重程度,在线配置不同浓度的农药进行作业。试验结果表明:基于PWM的变浓度喷施控制系统可行,控制系统响应时间少;喷洒效果良好,系统流量和蠕动泵单体流量误差在1%左右,最大不超过1.50%;实际喷洒浓度与预计喷洒浓度误差不超过2.71%。