CN110919647A - 一种教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统,包括主控模块,所述主控模块分别与视觉检测模块、行走控制模块、搬运控制模块、启动控制模块、电源控制模块连接。利用本发明可在设定的竞赛场地中,按照竞赛规则,实现机器人的目标位置识别、自主路径规划、自主移动、二维码读取、搬运任务显示、物料颜色识别、物料形状识别、物料抓取和搬运控制功能。
Description
技术领域
本发明属于教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统技术领域,具体涉及一种教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统。
背景技术
智能物流搬运机器人项目是第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛的一项子项目,机器人比赛场地如图1、图2所示。在竞赛过程中,机器人从出发区出发,自主抵达任务提取区,识别任务提取区二维码的物流搬运任务,并显示在显示屏上,机器人自主抵达物料提取区,根据物流搬运任务搬运对应颜色及形状的物料,随后,机器人自主抵达物料存放区,将物料按颜色放置在相应区域内。
比赛场地地面划有间隔为300mm的黑色方格,经线为线宽20mm的单线,纬线线宽为15+10(间隔)+15mm的双线,可用于机器人行走的地面坐标位置判断。物料颜色为红(RGB值为255,0,0)、绿(RGB值为0,255,0)、蓝(RGB值为0,0,255),物料形状为圆柱体、长方体、球体或其任意组合体。
目前针对教学竞赛环节开发的智能物流搬运机器人较少,且多数智能物流搬运机器人采用上位机Arduino Mega 2560与下位机树莓派3B+分别控制的方式,控制关系复杂,编程实现困难,控制速度较慢,所以必须设计开发出控制方式简捷、高效的智能物流搬运机器人,对学生的教学、竞赛进行引导。
发明内容
基于上述目的,本发明提供了一种教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统。
为实现本发明的目的,本发明提供了一种教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统,包括主控模块,所述主控模块分别与视觉检测模块、行走控制模块、搬运控制模块、启动控制模块、电源控制模块连接;
所述主控模块为Arduino Mega 2560控制器;所述主控模块Arduino Mega 2560控制器与视觉检测模块、行走控制模块、搬运控制模块、启动模块、电源控制模块相应引脚连接;所述主控模块Arduino Mega 2560控制器相应引脚接收视觉检测模块、行走控制模块、启动模块输出的信息;所述主控模块Arduino Mega 2560控制器相应引脚输出控制视觉检测模块、行走控制模块、搬运控制模块的控制信息;
所述视觉检测模块包括OpenMV智能视觉检测摄像头及OLED显示屏;OpenMV智能视觉检测摄像头的信号输出与所述主控模块Arduino Mega 2560控制器相应输入引脚连接;OLED显示屏的输入信号与所述主控模块Arduino Mega 2560控制器相应输出引脚连接;
所述行走控制模块包括前A、前B、后A、后B、左A、左B、右A、右B八个光电寻迹传感器,前左、前右、后左、后右四个电机及前轮电机驱动器、后轮电机驱动器;前A、前B、后A、后B、左A、左B、右A、右B八个光电寻迹传感器的输出信号与所述主控模块Arduino Mega 2560控制器相应输入引脚连接;前轮电机驱动器、后轮电机驱动器的输入信号与所述主控模块Arduino Mega 2560控制器相应输出引脚连接;前轮电机驱动器、后轮电机驱动器的输出信号与前左、前右、后左、后右四个电机相应输入引脚连接;
所述搬运控制模块包括机械手臂、机械手爪、机械手臂J1控制舵机、机械手臂J2控制舵机、机械手臂J3控制舵机、机械手爪控制舵机;机械手臂J1控制舵机、机械手臂J2控制舵机、机械手臂J3控制舵机、机械手爪控制舵机的输入信号与所述主控模块Arduino Mega2560控制器相应输出引脚连接;机械手臂J1控制舵机、机械手臂J2控制舵机、机械手臂J3控制舵机输出信号控制机械手臂的运动;机械手臂J1控制舵机、机械手臂J2控制舵机、机械手臂J3控制舵机、机械手爪控制舵机输出信号控制机械手爪的抓取;
所述启动模块为红外测距传感器;红外测距传感器的输出信号与所述主控模块Arduino Mega 2560控制器相应输入引脚连接。
其中,所述电源控制模块为DC12V电池;DC12V电池直接向主控模块Arduino Mega2560控制器、所有电机、所有舵机提供DC12V工作电压。
其中,所述前左、前右、后左、后右四个电机为步进电机。
其中,所述OpenMV智能视觉检测摄像头为支持Python的机器视觉模块。
工作时,所述主控模块Arduino Mega 2560控制器读取启动控制模块的控制信号,机器人启动;所述主控模块Arduino Mega 2560控制器通过前轮电机驱动器、后轮电机驱动,发送四个电机控制信号,控制机器人前进、后退、左平移、右平移及停止等基本运动动作;所述主控模块Arduino Mega 2560控制器读取前A、前B、后A、后B、左A、左B、右A、右B八个光电寻迹传感器的不同检测信号,判断机器人行驶位置及方向;所述主控模块ArduinoMega 2560控制器依据OpenMV智能视觉检测摄像头识别的二维码物流搬运信息,读取机器人搬运任务,并将物流搬运任务信息显示在OLED显示屏上;所述主控模块Arduino Mega2560控制器依据OpenMV智能视觉检测摄像头识别的物料颜色和物料形状,获得搬运目标和搬运顺序,并控制搬运控制模块,实现物料搬运;所述主控模块Arduino Mega 2560控制器依据OpenMV智能视觉检测摄像头识别的物料提取区颜色和位置,控制搬运控制模块,放置物料,完成搬运任务。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
(1)可在设定的竞赛场地中,按照竞赛规则,实现机器人的目标位置识别、自主路径规划、自主移动、二维码读取、搬运任务显示、物料颜色识别、物料形状识别、物料抓取和搬运控制功能。
(2)可根据教学竞赛需要,任意调整机器人行驶路径、物料颜色、物料形状、物料位置,实现机器人的目标位置识别、自主路径规划、自主移动、二维码读取、搬运任务显示、物料颜色识别、物料形状识别、物料抓取和搬运控制功能。
(3)主控模块采用Arduino Mega 2560控制器,实现机械人行驶路径规划、目标位置识别、物料抓取、搬运控制功能;采用OpenMV智能视觉检测摄像头实现二维码读取、物料颜色识别、物料形状识别,并将信息传给至Arduino Mega 2560控制器,控制方式简单、高效、易实现。
(4)编程逻辑简明,控制速度快,且能根据实际场地要求进行调整,特别适合教学、竞赛,锻炼学生的动手能力和工程应用能力。
附图说明
图1为本发明中的竞赛场地布局图;
图2为本发明中的竞赛场地三维示意图;
图3为本发明实施方式中教学竞赛用教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统的模块化结构示意图;
图4:本发明实施方式中教学竞赛用教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统的各元器件分布结构图一;
图5:本发明实施方式中教学竞赛用教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统的各元器件分布结构图二;
图6:本发明实施方式中教学竞赛用教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统的各元器件分布结构图三;
图7:本发明实施方式中教学竞赛用教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统的各元器件分布结构图四;
图8:本发明实施方式中教学竞赛用教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统的各元器件分布结构图五;
图9:本发明实施方式中教学竞赛用教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统的控制流程图;
图中:8-OpenMV智能视觉检测摄像头、9-机械手爪、10-机械手爪控制舵机、11-机械手臂J2控制舵机、12-机械手臂J3控制舵机、13-机械手臂J1控制舵机、16-Arduino Mega2560控制器、17-机械手臂、18-OLED显示屏、20-DC12V电池、21-左B光电寻迹传感器、23-左A光电寻迹传感器、24-红外测距传感器、26-前右步进电机、27-前B光电寻迹传感器、28-前A光电寻迹传感器、29-前左步进电机、30-右B光电寻迹传感器、32-右A光电寻迹传感器、33-前轮电机驱动器、34-后轮电机驱动器、36-后左步进电机、37-后A光电寻迹传感器、38-后B光电寻迹传感器、39-后右步进电机。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图4至图9出示了本发明教学竞赛用教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统的一种实施方式。图3是本实施方式中教学竞赛用教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统的模块化结构示意图。
如图3所示,本实施方式中教学竞赛用教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统,包括主控模块1,所述主控模块分别与视觉检测模块2、行走控制模块3、搬运控制模块4、启动控制模块5、电源控制模块连接6。
所述主控模块1为Arduino Mega 2560控制器16;所述主控模块Arduino Mega2560控制器16与视觉检测模块2、行走控制模块3、搬运控制模块4、启动模块5、电源控制模块6相应引脚连接;所述主控模块Arduino Mega 2560控制器16相应引脚接收视觉检测模块2、行走控制模块3、启动模块5输出的信息;所述主控模块Arduino Mega 2560控制器16相应引脚输出控制视觉检测模块2、行走控制模块3、搬运控制模块4的控制信息。
所述视觉检测模块2包括OpenMV智能视觉检测摄像头8及OLED显示屏18;所述OpenMV智能视觉检测摄像头8的信号输出与所述主控模块Arduino Mega 2560控制器16相应输入引脚连接;所述OLED显示屏18的输入信号与所述主控模块Arduino Mega 2560控制器16相应输出引脚连接。
所述行走控制模块3包括前A28、前B27、后A37、后B38、左A23、左B21、右A32、右B30八个光电寻迹传感器,前左29、前右26、后左36、后右39四个电机及前轮电机驱动器33、后轮电机驱动器34;所述前A28、前B27、后A37、后B38、左A23、左B21、右A32、右B30八个光电寻迹传感器的输出信号与所述主控模块Arduino Mega 2560控制器16相应输入引脚连接;所述前轮电机驱动器33、后轮电机驱动器34的输入信号与所述主控模块Arduino Mega 2560控制器16相应输出引脚连接;所述前轮电机驱动器33、后轮电机驱动器34的输出信号与所述前左29、前右26、后左36、后右39相应输入引脚连接。
所述搬运控制模块4包括机械手臂17、机械手爪9、机械手臂J1控制舵机13、机械手臂J2控制舵机11、机械手臂J3控制舵机12、机械手爪控制舵机10;所述机械手臂J1控制舵机13、机械手臂J2控制舵机11、机械手臂J3控制舵机12、机械手爪控制舵机10的输入信号与所述主控模块Arduino Mega 2560控制器16相应输出引脚连接;所述机械手臂J1控制舵机13、机械手臂J2控制舵机11、机械手臂J3控制舵机12输出信号控制所述机械手臂17的运动;所述机械手臂J1控制舵机13、机械手臂J2控制舵机11、机械手臂J3控制舵机12、机械手爪控制舵机10输出信号控制所述机械手爪9的抓取。
所述启动模块5为红外测距传感器24;所述红外测距传感器24的输出信号与所述主控模块Arduino Mega 2560控制器16相应输入引脚连接。
所述电源控制模6块为DC12V电池20;所述DC12V电池20直接向主控模块ArduinoMega 2560控制器16、所有电机(26、29、36、39)、所有舵机(10、11、12、13)提供DC12V工作电压。
优选地,根据场地特点,智能物流搬运机器人底板前后左右各放置两个共八个光电寻迹传感器(21、23、27、28、30、32、37、38),通过所述前A28、前B27、后A37、后B38、左A23、左B21、右A32、右B30八个光电寻迹传感器实现机器人的路径规划,路径规划精准、快速。
优选地,行走控制模块3中,由所述前轮电机驱动器33、后轮电机驱动器34通过驱动所述前左29、前右26、后左36、后右39四个电机控制麦克纳姆轮,实现智能物流搬运机器人全方位移动,移动方式更灵活、精准、快速。
优选地,搬运控制模块4中,由所述机械手臂J2控制舵机11控制所述机械手臂17在垂直方向前后运动,由所述机械手臂J3控制舵机12控制所述机械手臂17在垂直方向上下运动,由所述机械手臂J1控制舵机13控制所述机械手臂17在水平平面上转动,实现所述机械手臂17并带动所述机械手爪9运动;由所述机械手爪控制舵机10控制所述机械手爪17的抓取角度,实现不同形状、尺寸的物料抓取。
优选地,主控模块1与所述OpenMV智能视觉检测摄像头8通过串口通信协议,实现物料颜色、物料形状的识别。
本实施例物流搬运机器人控制系统的控制流程图如图9所示,具体流程为:
Arduino Mega 2560控制器16,接收到红外测距传感器24的启动信号之后,智能物流搬运机器人从出发区出发,开始工作;
机器人通过前A28、前B27、后A37、后B38、左A23、左B21、右A32、右B30八个光电寻迹传感器实现路径规划,由前轮电机驱动器33、后轮电机驱动器34通过驱动前左29、前右26、后左36、后右39四个电机控制麦克纳姆轮,实现机器人移动直至到达任务提取区,机器人停止;
机械手臂J1控制舵机13、机械手臂J2控制舵机11、机械手臂J3控制舵机12控制机械手臂17动作,实现OpenMV智能视觉检测摄像头8对准任务二维码;
Arduino Mega 2560控制器16发送高电平至OpenMV智能视觉检测摄像头8(P1引脚),实现OpenMV智能视觉检测摄像头8识别二维码信息,提取搬运任务;
OpenMV智能视觉检测摄像头8将搬运任务通过串口发送至Arduino Mega 2560控制器16;
Arduino Mega 2560控制器16控制OLED显示屏18显示搬运任务;
机器人通过前A28、前B27、后A37、后B38、左A23、左B21、右A32、右B30光电寻迹传感器实现路径规划,由前轮电机驱动器33、后轮电机驱动器34通过驱动前左29、前右26、后左36、后右39四个电机控制麦克纳姆轮,实现机器人移动直至到达物料提取区,机器人停止;
Arduino Mega 2560控制器16发送高电平至OpenMV智能视觉检测摄像头8(P2引脚),实现OpenMV智能视觉检测摄像头8识别物料颜色、物料形状;
OpenMV智能视觉检测摄像头8将物料颜色、物料形状通过串口发送至ArduinoMega 2560控制器16;
机械手臂J1控制舵机13、机械手臂J2控制舵机11、机械手臂J3控制舵机12控制机械手臂17动作,机械手爪控制舵机10控制机械手爪9动作,按照搬运任务,抓取物料;
机器人通过前A28、前B27、后A37、后B38、左A23、左B21、右A32、右B30八个光电寻迹传感器实现路径规划,由前轮电机驱动器33、后轮电机驱动器34通过驱动前左29、前右26、后左36、后右39四个电机控制麦克纳姆轮,实现机器人移动直至到达物料存放区,机器人停止;
Arduino Mega 2560控制器16发送高电平至OpenMV智能视觉检测摄像头8(P2引脚),实现OpenMV智能视觉检测摄像头8识别物料存放区相应颜色;
OpenMV智能视觉检测摄像头8将物料存放区相应颜色通过串口发送至ArduinoMega 2560控制器16;
机械手臂J1控制舵机13、机械手臂J2控制舵机11、机械手臂J3控制舵机12控制机械手臂17动作,机械手爪控制舵机10控制机械手爪9动作,将物料放置物料存放区相应颜色区域;
机器人通过前A28、前B27、后A37、后B38、左A23、左B21、右A32、右B30八个光电寻迹传感器实现路径规划,由前轮电机驱动器33、后轮电机驱动器34通过驱动前左29、前右26、后左36、后右39四个电机控制麦克纳姆轮,实现机器人移动直至出发区,机器人停止,完成搬运任务。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统,其特征在于:包括主控模块,所述主控模块分别与视觉检测模块、行走控制模块、搬运控制模块、启动控制模块、电源控制模块连接;
所述主控模块为Arduino Mega 2560控制器;所述主控模块Arduino Mega 2560控制器与视觉检测模块、行走控制模块、搬运控制模块、启动模块、电源控制模块相应引脚连接;所述主控模块Arduino Mega 2560控制器相应引脚接收视觉检测模块、行走控制模块、启动模块输出的信息;所述主控模块Arduino Mega 2560控制器相应引脚输出控制视觉检测模块、行走控制模块、搬运控制模块的控制信息;
所述视觉检测模块包括OpenMV智能视觉检测摄像头及OLED显示屏;OpenMV智能视觉检测摄像头的信号输出与所述主控模块Arduino Mega 2560控制器相应输入引脚连接;OLED显示屏的输入信号与所述主控模块Arduino Mega 2560控制器相应输出引脚连接;
所述行走控制模块包括前A、前B、后A、后B、左A、左B、右A、右B八个光电寻迹传感器,前左、前右、后左、后右四个电机及前轮电机驱动器、后轮电机驱动器;前A、前B、后A、后B、左A、左B、右A、右B八个光电寻迹传感器的输出信号与所述主控模块Arduino Mega 2560控制器相应输入引脚连接;前轮电机驱动器、后轮电机驱动器的输入信号与所述主控模块ArduinoMega 2560控制器相应输出引脚连接;前轮电机驱动器、后轮电机驱动器的输出信号与前左、前右、后左、后右四个电机相应输入引脚连接;
所述搬运控制模块包括机械手臂、机械手爪、机械手臂J1控制舵机、机械手臂J2控制舵机、机械手臂J3控制舵机、机械手爪控制舵机;机械手臂J1控制舵机、机械手臂J2控制舵机、机械手臂J3控制舵机、机械手爪控制舵机的输入信号与所述主控模块Arduino Mega 2560控制器相应输出引脚连接;机械手臂J1控制舵机、机械手臂J2控制舵机、机械手臂J3控制舵机输出信号控制机械手臂的运动;机械手臂J1控制舵机、机械手臂J2控制舵机、机械手臂J3控制舵机、机械手爪控制舵机输出信号控制机械手爪的抓取;
所述启动模块为红外测距传感器;红外测距传感器的输出信号与所述主控模块Arduino Mega 2560控制器相应输入引脚连接。
2.根据权利要求1所述教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统,其特征在于:所述电源控制模块为DC12V电池;DC12V电池直接向主控模块Arduino Mega 2560控制器、所有电机、所有舵机提供DC12V工作电压。
3.根据权利要求1所述教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统,其特征在于:所述前左、前右、后左、后右四个电机为步进电机。
4.根据权利要求1所述教学竞赛用智能物流搬运机器人的控制系统,其特征在于:所述OpenMV智能视觉检测摄像头为支持Python的机器视觉模块。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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