基于arduino的避障物料小車設(shè)計

基于arduino的避障物料小車設(shè)計

隨著工程技術(shù)、計算機科學(xué)等科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，智能設(shè)備不斷出現(xiàn)，大大提高了勞動生產(chǎn)效率，解雇了更多的工人，降低了生產(chǎn)成本。除了制造領(lǐng)域，在軍事、餐飲、膠卷膠片、礦山、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域都具有非常廣闊的應(yīng)用場景，因此，避障物料搬運小車的設(shè)計是具有一定的現(xiàn)實意義的。1強控制板單元的選擇Arduino開發(fā)板為嵌入式應(yīng)用控制系統(tǒng)提供靈活、有效的解決方案，能夠通過傳感器來檢測感知周圍環(huán)境，并通過控制燈光、電機及其他硬件裝置來反饋、影響周圍的環(huán)境，因此，采用Arduino開發(fā)板作為控制單元。經(jīng)過分析，該物料搬運小車主要包含上位機手機APP和以下8個硬件模塊。1.1ratmega328概述主控單元由Basra主控板和Bigfish擴(kuò)展板組成的。主控板以AVRATmega328為處理器，具有14路I/O端口，鋰電池供電，支持紅外、灰度、超聲波等多種傳感器，可與無線、藍(lán)牙、OLED等擴(kuò)展模塊直插連接，與擴(kuò)展板一起，可以最多支持2個直流電機，10個舵機，10個傳感器。1.2擴(kuò)展板單元接口與控制單元循跡避障模塊主要是由超聲波傳感器模塊和光電傳感器兩部分組成，通過擴(kuò)展板的外圍接口與控制單元。超聲波傳感器利用超聲波信號來探測障礙物，障礙物將發(fā)射的聲波部分地反射回傳感器的接收器，從而使傳感器檢測到障礙物，最終轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳遞給控制核心。1.3控制單元的控制電機驅(qū)動模塊包含兩個直流電機和一個伺服電機，電機通過擴(kuò)展板的外圍借口與控制單元。小車地盤裝有一個伺服電機，用來控制小車的轉(zhuǎn)向，通過編程可以控制伺服電機的轉(zhuǎn)向角度;小車有四個福來輪作為車輪，兩個直流電機驅(qū)動小車水平方向和垂直方向前進(jìn)，通過編程可以控制小車前進(jìn)還是后退，以及小車的行駛速度。1.4維碼圖像傳播掃碼模塊主要由攝像頭和上位機手機APP端組成。當(dāng)小車停在二維碼區(qū)域后，攝像頭拍攝二維碼圖像，并將圖像經(jīng)藍(lán)牙模塊傳輸?shù)紸PP;APP將二維碼識別結(jié)果經(jīng)藍(lán)牙發(fā)送給主控單元。1.5物料圖像的拍攝顏色識別模塊和掃碼模塊的組成相同。當(dāng)小車行駛到物料區(qū)域后，攝像頭拍攝待檢測的物料圖像，并將圖像經(jīng)藍(lán)牙模塊傳輸?shù)紸PP;APP將顏色識別結(jié)果經(jīng)藍(lán)牙傳送到主控單元。1.6照固定程序為了實現(xiàn)物料的抓取，機械臂設(shè)計成三自由度的機械臂，能夠按照固定程序抓取、搬運物件。機械臂的運動由XY兩個相互垂直方向的直線運動與一個擺動運動組合而成，主要由三個舵機完成，底部舵機、中間舵機和機械爪舵機分別連接到開發(fā)板的舵機口。1.7led燈小可使m采用HC-06藍(lán)牙串口通信模塊實現(xiàn)藍(lán)牙通過。尺寸小可以方便地嵌入到各類應(yīng)用上，自帶的LED指示燈有助于判斷藍(lán)牙狀態(tài)。用戶還可以根據(jù)實際需要靈活地對主、從工作模式、串口波特率及設(shè)備名稱等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。1.8氧化甲基顯示模塊顯示模塊主要是由一個OLED顯示組成。OLED顯示屏是一款無需背光源、自發(fā)光的顯示模塊，為了節(jié)省顯示模塊與控制器的連接線數(shù)量，通過Bigfish擴(kuò)展板的I2硬件控制部分硬件系統(tǒng)設(shè)計完成后，最重要的工作就是軟件程序的設(shè)計。只有軟硬件相互結(jié)合，各個元器件才能夠正確無誤地完成避障循跡物料搬運工作?；贏rduino的控制系統(tǒng)接受傳感器等設(shè)備部件傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，根據(jù)一定的算法進(jìn)行處理，進(jìn)而控制相關(guān)的硬件設(shè)備完成相關(guān)的操作。整個軟件設(shè)計分為以下兩個部分:(1)硬件控制部分，采用模塊化的方法來設(shè)計，分別完成避障循跡、電機驅(qū)動、顯示、機械臂、藍(lán)牙通信等模塊的編程、調(diào)試工作。(2)上位機手機APP端，主要完成掃描二維碼和顏色識別。(1)利用條形碼工具包Zbar實現(xiàn)二維碼掃描:從相冊中獲取待識別的二維碼圖像;預(yù)處理圖像，裁剪條形碼區(qū)域、去噪聲和二值化;由Zbar圖像閱讀器，從圖像中識別條形碼數(shù)據(jù)，并完成格式的轉(zhuǎn)換。(2)利用OpenCV實現(xiàn)顏色識別，主要流程為:從相冊選取待識別的顏色圖像，將圖像的顏色空間由RGB轉(zhuǎn)換為HSV，圖像去噪聲處理，檢測顏色。3動態(tài)調(diào)整增加按照上述設(shè)計思路，完成了Arduino控制的智能物料小車的制作和測試工作。小車能夠正常運行，可以動態(tài)調(diào)整小車的運行速度，實現(xiàn)了按照指定的搬運順序?qū)⑽锪习徇\到指定的目的地。這樣的物料搬運小車的實現(xiàn)還是具