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文檔簡介
題目:視覺識別分揀機(jī)器人設(shè)計(jì)及制作1競賽任務(wù)按賽題要求,利用所發(fā)的技術(shù)資料、元器件及器材完成視覺識別分揀機(jī)器人控制器的設(shè)計(jì)和裝調(diào)任務(wù),進(jìn)行Cortex-M3系列STM32F103ZET6(LQFP144)處理器或STC單片機(jī)IAP15W4K61S4(LQFP64S)的軟件設(shè)計(jì),完成該控制器的設(shè)計(jì)及制作。1.1根據(jù)本賽題及所給的技術(shù)資料分析視覺識別分揀機(jī)器人控制器的工作原理和功能要求;1.2根據(jù)賽題所給的機(jī)器人控制器原理圖和印刷線路板約束條件,利用AltiumDesigner軟件繪制元器件封裝圖及印刷線路板圖;1.3完成賽項(xiàng)所提供印刷線路板的焊接任務(wù);1.4利用賽項(xiàng)提供的機(jī)器人控制器機(jī)箱及套件完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整機(jī)安裝,包括開關(guān)、電源、電路板、插座的安裝及機(jī)箱內(nèi)走線的規(guī)劃;1.5完成機(jī)器人控制器的功能調(diào)試,使其達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo),實(shí)現(xiàn)視覺識別分揀機(jī)器人的正常工作;1.6完成STM32F103ZET6或IAP15W4K61S4處理器軟件的編寫,使視覺識別分揀機(jī)器人達(dá)到規(guī)定的功能要求。2競賽時間競賽時間為6小時(8:30-14:30)。3功能要求與技術(shù)指標(biāo)3.1原理說明電容式位移傳感器攝像頭OV7725前后運(yùn)動直線導(dǎo)軌左右運(yùn)動直線導(dǎo)軌面板與圖形件上下運(yùn)動直線導(dǎo)軌機(jī)械手視覺識別分揀機(jī)器人為三自由度機(jī)器人,可以用攝像頭實(shí)現(xiàn)對不同顏色形狀的物件進(jìn)行自動識別分揀,其機(jī)構(gòu)如圖1所示。電容式位移傳感器攝像頭OV7725前后運(yùn)動直線導(dǎo)軌左右運(yùn)動直線導(dǎo)軌面板與圖形件上下運(yùn)動直線導(dǎo)軌機(jī)械手圖1視覺識別分揀機(jī)器人視覺識別分揀機(jī)器人由三個直線導(dǎo)軌分別控制機(jī)械手的左右、上下和前后運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)對面板上的圖形件進(jìn)行識別分揀。左右運(yùn)動導(dǎo)軌的驅(qū)動為帶編碼器的直流減速電機(jī),并安裝電容式位移傳感器,在導(dǎo)軌的兩端安裝防撞的行程開關(guān);上下運(yùn)動導(dǎo)軌的驅(qū)動為帶編碼器的直流減速電機(jī),在導(dǎo)軌的兩端安裝防撞的行程開關(guān);前后運(yùn)動導(dǎo)軌的驅(qū)動為直流減速電機(jī),在導(dǎo)軌的兩端安裝防撞的行程開關(guān);機(jī)械手的驅(qū)動為舵機(jī);在機(jī)械手夾持板的一邊內(nèi)側(cè)安裝力傳感器,可以檢測夾持圖形件的力度,在機(jī)械手的下方安裝攝像頭,用于識別圖形件的顏色與形狀,實(shí)現(xiàn)自動分揀。視覺識別分揀機(jī)器人還配有搖桿電位器控制板,與控制器有線連接,可手動控制視覺識別分揀機(jī)器人的工作。3.2功能實(shí)現(xiàn)視覺識別分揀機(jī)器人通過判斷圖形件的顏色與形狀,實(shí)現(xiàn)手動分揀或自動分揀。圖形件的形狀為三角形、正方形、圓形。視覺識別分揀機(jī)器人控制器由微處理器(STM32或51)電路,顯示與鍵盤電路,傳感器測量電路,A/D轉(zhuǎn)換電路,電機(jī)驅(qū)動電路和電源電路等部分組成。參賽隊(duì)需完成印刷線路板繪制,線路板的焊接與調(diào)試,控制器的安裝與調(diào)試,控制器指定功能的軟件編程與調(diào)試等多項(xiàng)競賽任務(wù)。3.2.1印刷線路板的繪制根據(jù)賽題所指定的器件原理圖、PDF說明文件和印刷線路板約束條件,利用AltiumDesigner軟件繪制元器件封裝、印刷線路板圖。原理圖由多個部分組成,印刷線路板的外形結(jié)構(gòu)有若干種選擇。比賽時由裁判長下發(fā)具體方案。根據(jù)器件PDF說明文件或?qū)嵨餃y量的方法進(jìn)行元器件封裝的繪制。線路板約束規(guī)則要求:雙層印刷線路板,最小間距10mil(集成電路引腳間距不受此約束),最小線寬10mil,過孔最小孔徑15mil,過孔最小直徑30mil,敷銅最小間距10mil。參賽隊(duì)所繪制的原理圖、元器件封裝和印刷線路板圖的電子稿采用U盤上交。3.2.2印刷線路板焊接與調(diào)試微處理器核心板(DCP-401或DCP-301),DCP-204液晶顯示和鍵盤電路板、DCP-218功率H橋PWM輸出電路板、DCP-216功率運(yùn)放輸出電路板、DCP-206ADS7950串行A/D轉(zhuǎn)換電路板、DCP-208串行A/D轉(zhuǎn)換電路板ADS1118、DCP-226多功能萬用板、DCP-28-1信號調(diào)理電路板等電路板中其中兩塊為散件,需參賽隊(duì)根據(jù)比賽時下發(fā)的焊接套件清單、焊接原理圖自己焊接和調(diào)試。3.2.3視覺識別分揀機(jī)器人控制器的安裝與調(diào)試視覺識別分揀機(jī)器人控制器的裝調(diào)工作要求在如圖2所示的機(jī)箱中完成。安裝套件包括機(jī)箱、開關(guān)電源、前面板、后面板、安裝底板、微處理器核心板(STM32或51單片機(jī))、人機(jī)接口電路板、傳感器測量電路板、A/D轉(zhuǎn)換電路板、功率輸出電路板以及必要的電氣附件。圖2視覺識別分揀機(jī)器人控制器機(jī)箱圖視覺識別分揀機(jī)器人控制器的具體線路板構(gòu)成如下:1)DCP-401或DCP301微處理器核心板;2)DCP-204液晶顯示和鍵盤電路板;3)DCP-206ADS7950或DCP-208ADS1118串行A/D轉(zhuǎn)換電路板;4)DCP-216功率運(yùn)放輸出電路板;5)DCP-218功率H橋PWM輸出電路板;6)DCP-226多功能萬用板或DCP-28-1信號調(diào)理電路板。參賽隊(duì)需自行完成視覺識別分揀機(jī)器人控制器機(jī)箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝調(diào)工作。以上線路板的原理圖、印刷線路板元件布置圖、元件清單均在電子文件“視覺識別分揀機(jī)器人控制器裝調(diào)”文件夾中。視覺識別分揀機(jī)器人控制器的前面板安裝微處理器核心板DCP-401或DCP301、搖桿電位器接口和電源開關(guān)。前面板的布置如圖3所示。視覺識別分揀機(jī)器人控制器的后面板的布置如圖4所示,安裝有三個接線插座和帶保險(xiǎn)絲的電源插座。其中端口1連接左右運(yùn)動導(dǎo)軌電機(jī)及編碼器、電容式位移傳感器的信號,端口2連接上下運(yùn)動導(dǎo)軌電機(jī)及編碼器、前后運(yùn)動導(dǎo)軌電機(jī)的信號,端口3連接機(jī)械手舵機(jī)、攝像頭和力傳感器的信號。圖3視覺識別分揀機(jī)器人控制器前面板圖圖4視覺識別分揀機(jī)器人控制器后面板圖控制器整機(jī)的安裝工藝評分和印刷線路板的焊接工藝評分將在比賽結(jié)束、整機(jī)功能測試后集中進(jìn)行,比賽過程中不對印刷線路板的焊接工藝單獨(dú)評分。3.2.4視覺識別分揀機(jī)器人的功能要求1)視覺識別分揀機(jī)器人控制器前面板的按鍵定義此處考察選手現(xiàn)場編程能力,具體要求比賽時下發(fā)。2)上電后控制器初始要求系統(tǒng)通電后顯示界面一,包含參賽隊(duì)自己的賽位號,核心板上蜂鳴器鳴叫X秒,界面底部“按X進(jìn)入主界面”每隔X秒閃爍一次,按下面板上的X鍵,進(jìn)入主界面。進(jìn)入主界面后通過前面板的按鍵進(jìn)入對應(yīng)的子功能界面注1:通電界面、主界面、子功能界面具體要求均在比賽時下發(fā)。注2:“X”代表具體的數(shù)字,具體數(shù)字在比賽時下發(fā)。3)手動分揀控制要求進(jìn)入手動分揀界面后,將圖形件(顏色、圖形、位置隨機(jī)),從面板上夾取出來,并放入裁判指定的位置,具體要求比賽時下發(fā)。4)自動分揀控制要求進(jìn)入自動分揀界面后,自動分揀“區(qū)域設(shè)定”內(nèi)的圖形件,把識別的圖形件自動放入籃中,具體要求比賽時下發(fā)。3.3功能的分步實(shí)現(xiàn)本賽題包含印刷線路板設(shè)計(jì)、印刷線路板焊接和調(diào)試、視覺識別分揀機(jī)器人控制器的裝調(diào)、控制器軟件的編寫幾方面內(nèi)容,參賽隊(duì)在設(shè)計(jì)及制作時可分步完成以上各項(xiàng)內(nèi)容。參賽隊(duì)必須用自己焊接的線路板構(gòu)建控制器,若自己焊接的線路板不能正常工作,可以申請成品功能板代替,但會扣除相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。4技術(shù)文件要求各隊(duì)完成的全部文件存放在“2019SD××”(××為2位數(shù)字,即競賽隊(duì)工位號)文件夾中,提交的電子文件采用統(tǒng)一命名規(guī)則(類型名+工位號),不得以其它名稱命名電子文件。因保密要求,在電路原理圖和線路板圖文件中不得出現(xiàn)學(xué)校名稱、參賽選手姓名等信息;電子文件名稱如不符合命名規(guī)則,體現(xiàn)參賽隊(duì)信息的,該隊(duì)該項(xiàng)競賽成績將被取消。4.1提交的技術(shù)文件參賽隊(duì)提交的電子文件均采用U盤提交,技術(shù)文件包括:1、電子設(shè)計(jì)工藝所繪制的印刷線路板原理圖、封裝圖和線路板圖;2、視覺識別分揀機(jī)器人任務(wù)與功能驗(yàn)證所編寫的源程序;4.2文件命名要求電子文件列表如下:2019SD××電路原理圖××.SchDoc線路板圖××.PcbDoc源程序××(文件夾)元器件封裝.PcbLib4.3技術(shù)文件上交方式原理圖、線路板圖、元器件封裝及源程序均需提交電子文檔,采用U盤上交,上交時間為比賽結(jié)束時(14:30)。5評分標(biāo)準(zhǔn)序號評分項(xiàng)目知識、技能點(diǎn)分值1安全操作規(guī)范操作規(guī)范、環(huán)境清潔、安全用電團(tuán)隊(duì)合作、符合職業(yè)崗位的要求和企業(yè)生產(chǎn)“5S”原則。102電子設(shè)計(jì)工藝按賽卷要求完成印刷線路板繪制203電子裝接工藝印刷線路板焊接、機(jī)器人控制器安裝布局與接線工藝。304任務(wù)與功能驗(yàn)證根據(jù)競賽任務(wù)書要求,完成某一特定功能機(jī)器人的任
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