论文总字数：23742字

摘 要

随着工业化的发展和自动化水平的提高，越来越多的企业对物流效率提出了更高的要求。现代空运、陆运和水运等运输手段的提升，给提高物流运输速度提供了良好的条件。因此，货物在仓储中转运的速度决定物流效率，人们需要一种可以按照预定轨迹进行移动，并且投资低、效率高、安全性高的机器人。根据以上需求，本文设计的循迹搬运机器人，实现了循迹搬运，并且可以使用手机和PS2控制搬运机器人实现避障、循迹和搬运货物的功能。

循迹搬运机器人是通过外部传感器感知环境信息，进行避障和循迹，本文提出了基于STM32单片机的循迹搬运机器人的设计与实现，目的是在特定工作环境下，以自动化的方式减少人力，保证安全的前提下，机器人按预定的轨迹行走，进行自动搬运。本设计使用两个单片机控制，STM32F103C8T6做主机，由蓝牙模块接收手机发送的数据，控制机器人的移动，并把数据发送给从机，控制机械手的移动。Arduino Uno R3做从机，接收主机和PS2无线手柄发送的数据，控制机械手的运行，并把数据发送给主机，控制机器人的移动。使用App Inventor编写手机App，通过手机蓝牙控制机器人的运行，使用PS2手柄可以线性的控制机械臂动作。

经过调试，机器人能稳定运行，实现了用手机App遥控和无线手柄遥控实现机械手搬运、循迹、避障后停止、避障后转弯等功能，达到了预期目标，实现了货物的自动化搬运。

关键词：STM32；Arduino；循迹搬运机器人；蓝牙控制；PS2无线手柄控制

Based on the STM32 tracking handling robot design and implementation

Abstract

With the development of industrialization and the improvement of automation level, more and more enterprises put forward higher requirements for the efficiency of logistics. Modern transportation means such as air, land and water transportation, to increase the speed of logistics transportation provides a good condition. As a result, the goods in storage and transport decided the speed of the logistics efficiency, people need a can be mobile, according to the desired trajectory and low investment, high efficiency, high safety of the robot. According to the above requirements, design of tracking moving robot, this paper realized the tracking carry, and you can use mobile phones and PS2 control handling robot obstacle avoidance and the function of tracking and handling of goods.

Tracking moving robot is through external sensors' environmental information, obstacle avoidance and tracing, is proposed in this paper, based on the STM32 MCU tracking moving robot, the design and implementation of aim is to work in a specific environment, in an automated way to reduce the manpower, guarantee under the premise of safety, walking robot according to the predetermined trajectory, automatic handling. This design USES two single-chip microcomputer control, STM32F103C8T6 do host, send data by bluetooth module receiving phone, to control the movement of the robot, and sends the data from the machine, to control the movement of manipulator. Arduino Uno R3 made from the machine, send data receiving host and PS2 wireless controller, control the operation of the manipulator, and sends the data to the host, control of mobile robot. Using App Inventor write mobile phone App, bluetooth mobile phone control the operation of the robot, using the PS2 controller can be linear control of the mechanical arm action.

After debugging, the robot can achieve stable operation, the mobile phone App remote control and wireless controller remote manipulator handling, tracking, obstacle avoidance turn after stopping, obstacle avoidance, and other functions, to achieve the expected goals, automate the cargo handling.

Key words: STM32,Arduino, Tracking moving robot, Bluetooth control, PS2 wireless controller control

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 循迹搬运机器人国内外研究现状 1

1.2.1 循迹搬运机器人国内研究现状 1

1.2.2 循迹搬运机器人国外研究现状 1

1.3 本文所做的主要设计和研究工作 1

第二章 循迹搬运机器人硬件系统设计 3

2.1 循迹机器人运动方式选择 3

2.2 循迹搬运机器人控制系统方案 3

2.3 循迹搬运机器人硬件设计 4

2.3.1 控制主板 4

2.3.2 TCRT5000红外反射传感器循迹模块 5

2.3.3 红外光电传感器避障模块 5

2.3.4 电机驱动模块 6

2.3.5 蓝牙模块 6

2.3.6 PS2无线手柄 7

2.3.7 MG90S舵机 7

2.4 硬件清单 8

2.5 本章小结 8

第三章 循迹搬运机器人程序设计 9

3.1 STM32F103系统程序设计 9

3.1.1 系统总体框图 9

3.1.2 红外循迹模块程序设计 9

3.1.3 红外避障模块程序设计 12

3.1.4 USART通信程序设计 14

3.2 Arduino Uno R3系统程序设计 15

3.2.1 系统总体框图 15

3.2.2 串口通信程序设计 15

3.2.3 PS2无线遥控程序设计 16

3.3 本章小结 16

第四章 循迹搬运机器人App设计 17

4.1 认识App Inventor 17

4.2 配置开发环境 17

4.3 循迹搬运机器人手机App需求分析 17

4.4 Android手机App开发 17

4.4.1 分配控制码 17

4.4.2 功能说明 18

4.4.3 App Inventor2的界面配置 20

4.4.4 手机蓝牙App编程 21

4.5 本章小结 29

第五章 调试过程 30

5.1 机器人功能调试 30

5.1.1 循迹功能 30

5.1.2 遇障后转弯功能 31

5.1.3 遇障后停止功能 32

5.1.4 机械手 33

5.1.5 手动运行 33

5.1.6 最终调试 34

5.2 通信 34

5.2.1 手机和STM32通信 35

5.2.2 PS2和Arduino通信 35

5.2.3 STM32和Arduino通信 35

5.3 循迹搬运机器人App 调试 36

5.4 遇到的问题及解决办法 36

5.4.1 手机通信问题 36

5.4.2 STM32与Arduino通信问题 38

第六章 总结与展望 39

6.1 总结 39

6.2 展望 39

致 谢 40

参考文献 41

第一章 引 言

1.1 课题研究背景及意义

随着工业化的发展，越来越多的企业对物流效率提出了更高的要求。在当今人们对速度的要求越来越高的情况下，现代空运、陆运和水运等运输手段的提升，给提高物流运输速度提供了良好的条件。因此，提高物流效率的关键是提高货物在仓储中转运的速度。目前，大多数企业都是由叉车或者人工来完成搬运工作，这种方式投资高、效率低，还有一定的安全问题。因此，人们迫切的需要一种能够代替人工搬运货物，能够按照预定轨迹进行移动，并且投资低、效率高、安全性高的机器人，因此，循迹搬运机器人有了用武之地。

循迹搬运机器人可以适应各种生产场地，搬运不同形状和状态的物件，可应用在各种行业的仓储和自动化装配线上，可以从事物流搬运，减轻人类的体力劳动，降低成本，提高生产效率，循迹搬运机器人可以促进物流行业的创新和发展，具有广阔的市场前景。

1.2 循迹搬运机器人国内外研究现状

1.2.1 循迹搬运机器人国内研究现状

我国的循迹搬运机器人的研究，起步较晚，但现在也已经成熟。清华大学最早着力于搬运机器人的研究，二十世纪七十年代在北京起重机械研究所研发了我国第一台搬运机器人，二十世纪八十年代中科院研制出用于汽车生产线的搬运机器人。目前我国的搬运机器人相较于国外的搬运机器人还有较大差距，很多方面仍有非常大的进步空间。

1.2.2 循迹搬运机器人国外研究现状

国外对移动机器人的相关技术研究成功已经很成熟。从上世纪四十年代末五十年代初，国外就开始对移动机器人进行机器视觉、自动循迹等方面的研究。1953年，美国研制出了世界上第一台移动运机器人。日本在1966年成立了生产搬运机器的制造公司，其年产值以平均每年平均21%的速度增长。目前，全世界的搬运机器人的使用量达到20万台以上。

1.3 本文所做的主要设计和研究工作

通过查找技术资料和参考文献，本着低成本、结构简单、可靠性高的原则，设计出手机App遥控和PS2无线2.4G游戏手柄控制的循迹搬运机器人，并具有体积小、重量轻、可靠性高和功能扩展性强等特点。为此所做的工作有以下几点：

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