基于STM32的示教型送餐機器人的設計

陳新欣

摘? ?要：本文機器人為送餐而設計，采用STM32F103RCT6為主控核心，采用藍牙通信技術實現(xiàn)示教遙控，利用超聲波實現(xiàn)避障。示教者教導機器人運輸路線，然后系統(tǒng)通過電子羅盤記錄一維平面轉彎角度，再與動力車輪反饋的脈沖數(shù)據(jù)相結合，傳輸路徑到ROM，達到斷電記憶路徑的目的，然后重復路徑，將菜肴送到餐桌，實現(xiàn)多菜肴運輸功能。

關鍵詞：STM32? 記憶路徑? 示教功能

中圖分類號：TP242? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（c）-0013-03

1? 功能描述

本文為送餐而設計，采用STM32F103RCT6為主控核心進行智能控制;按照我們對相應功能的計劃，首先設計出合理的送餐機器人的小車，采用特殊的塑料支架作為盛放餐點的托盤，然后在機身加上LN298電機驅動模塊，采用藍牙通信技術實現(xiàn)遠距離控制小車運動;通過設計的微信小程序來實現(xiàn)手機界面操作;利用超聲波模塊，讓小車實現(xiàn)前方避障功能。使用人員操作教導機器人運輸路線，然后機器人通過電子羅盤記錄一維平面轉彎角度，再與動力車輪反饋的脈沖數(shù)據(jù)相結合，傳輸路徑到ROM，達到斷電記憶路徑的目的，然后重復路徑，將菜肴送到餐桌，實現(xiàn)多菜肴運輸功能。該機器人通過設置按鍵設定送餐次數(shù)，OLED顯示屏來進行人機交互，將餐點溫度、機器運行信息、時間等傳送至OLED顯示，防止人員拿取菜肴時溫度過高，實現(xiàn)良好的控制效果;系統(tǒng)通過A/D轉換電路采集電壓數(shù)據(jù)，從而判斷電池電壓情況。

2? 系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)總體結構如圖1所示。

系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

根據(jù)STM32A/D轉換口，內部下拉電阻大概10K，所以我們采用最簡單的串聯(lián)分壓電路來采集電壓，然后通過A/D轉換為數(shù)字量。由于核心板電壓不能過高，也不能太低，我們采用MT3608升壓模塊，將電池的3.7V通過升壓達到穩(wěn)定的5V供給核心板，12V電壓連接開關供給電機驅動模塊L298N驅動電機運動，經(jīng)過實驗證明該電路能穩(wěn)定輸出。該系統(tǒng)的最終PCB板圖如圖3所示，考慮到系統(tǒng)的簡潔，外部擴展電路不在該圖上顯示。

3? 系統(tǒng)軟件設計

在該機器人控制系統(tǒng)中，程序大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標度變換等;過程控制主要是使控制芯片按一定的方法進行計算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。

該機器人的程序運行流程為：STM32開始運行時，初始化系統(tǒng)，通過A/D采集數(shù)據(jù)，傳輸?shù)絆LED顯示電源電壓，通過操作者按鍵設置運輸菜肴數(shù)目，并通過OLED顯示菜肴數(shù)據(jù)，操作者開始設置運輸路線，“教導”送餐機器人送一遍，當達到目的地，發(fā)送結束信號，送餐機器人開始重復剛才記憶的路線，達到重復運輸菜肴的效果，如果途中有行人走過，送餐機器人會停止運輸，運輸菜肴達到操作者設置的值，即送餐結束，其主程序流程圖如圖4所示。

電子羅盤在較高磁場的環(huán)境下，會出現(xiàn)角度較大誤差，導致復原路徑出現(xiàn)極大的誤差，導致送餐點不正確或者出現(xiàn)誤差，開始運行時，進行電子羅盤校準來減少磁場帶來的干擾。我們設計一種運輸方式，停止調整角度的方法來減少角度帶來的誤差，送餐機器人每一次停止，都會記錄停止角度，當復原路徑時，達到停止點都會調整角度，修正角度帶來的誤差。

由于送餐機器人的速度，或突然的停止或運動，會導致菜肴搖動或機器人出現(xiàn)摩擦位移，從而使機器人路徑出現(xiàn)錯誤，為了減少轉彎摩擦力對機器人的影響，我們設計一種n形三段速度曲線，采用與電子羅盤角度相結合的減速方法，電子羅盤數(shù)據(jù)與記錄下的數(shù)據(jù)相差作為控制值，將小車速度降低，使得小車實現(xiàn)平穩(wěn)轉彎與平穩(wěn)啟動/停止，從而達到穩(wěn)定運行的效果。

4? 結語

針對循跡送餐機器人在送餐循跡過程中路徑偏差較大、修正時間比較長，不夠智能化，成本過高，在家庭布置循跡軌道過于麻煩、添加室內定位系統(tǒng)價格過高、影響本來的家庭布局等問題，我們提出一種基于STM32的示教型送餐機器人，是用“記憶”路線的方式來規(guī)劃路線，從而達到送餐的目的，我們的優(yōu)勢在于無需對環(huán)境進行改變，送餐的路線隨時可以進行修改，局限性大大減小。通過較高的精度來運輸菜肴，檢測菜肴或環(huán)境的溫濕度，較好的人機交互界面等，使其成為家庭內的好幫手，更加嵌入家庭生活，具有較好的推廣價值。

參考文獻

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