基于STM32和機(jī)器視覺(jué)的AGV小車設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

24647實(shí)現(xiàn)將信息化、準(zhǔn)時(shí)化、柔性化等特征融入到物料搬運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)中[1]。國(guó)外很多RFID率。自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車AGV(AutomaticGuidedVehicle)備為輪式移動(dòng)機(jī)械，使用較為廣泛，同時(shí)已經(jīng)吃呢各位計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的主要設(shè)備。該池供給。WMS、少人化的進(jìn)展，從而在肯定程度上降低人工本錢，削減生產(chǎn)本錢的消耗。(3)治理更便利。在掌握過(guò)程中，假設(shè)想要轉(zhuǎn)變AGV移動(dòng)路線，或者擴(kuò)大路線等，只需進(jìn)展程序的AGV系統(tǒng)的使用范圍漸漸擴(kuò)大，已經(jīng)成為了工藝連接紐帶，其擴(kuò)展性較強(qiáng)。AGV系統(tǒng)的運(yùn)行速度可以進(jìn)展掌握，通常狀況下其運(yùn)行速度是比較低的，處于10~70m/min之間，并且該系統(tǒng)中，包含了微掌握器，通過(guò)該掌握器實(shí)現(xiàn)掌握系計(jì)時(shí)，還設(shè)置了相應(yīng)的定位精度傳感器，該傳感器的定位精度在30mm以內(nèi)，保證小車在裝卸、運(yùn)輸過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生碰撞，同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生工件卡死。AGV系統(tǒng)之間的通信是雙向的。小車只要處于掌握范圍內(nèi)，不管將小車目前的運(yùn)行狀態(tài)、蓄電池狀態(tài)等信息傳輸給掌握臺(tái)。1970年左右Webb、Clark公司開(kāi)頭進(jìn)展AGV系統(tǒng)的爭(zhēng)論，并同時(shí)取得了肯定的AGV1975年左右，AGV系統(tǒng)數(shù)量到達(dá)了520AGV小車到達(dá)了4800臺(tái)。當(dāng)進(jìn)展到1985年時(shí)，小車數(shù)量已經(jīng)超過(guò)一萬(wàn)，機(jī)械制造行業(yè)的主要工業(yè)為汽車工業(yè)[9]1980AGV技術(shù)的爭(zhēng)論，而歐洲在美國(guó)的公司通過(guò)1984年時(shí)，AGV技術(shù)中最大的用戶為通用汽車，并且在1986年時(shí)實(shí)現(xiàn)研發(fā)了1409臺(tái)，進(jìn)展到1987年，增數(shù)量為1662臺(tái)。美國(guó)相關(guān)企業(yè)在對(duì)歐洲的AGV技術(shù)進(jìn)展相應(yīng)的爭(zhēng)論分析后，實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)展優(yōu)化，在爭(zhēng)論過(guò)程中，利用計(jì)算機(jī)掌握系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)AGV[10]AGV技術(shù)的爭(zhēng)論工廠建設(shè)于是在1966年，該工廠與美國(guó)公司合資開(kāi)設(shè)，進(jìn)展到1988年時(shí)，AGV制造廠商數(shù)量到達(dá)了二十家以上，截止1986年，日本安裝的AGV系統(tǒng)數(shù)量超過(guò)2312AGV小車數(shù)量為5032臺(tái)。AGV技術(shù)進(jìn)展快速，很多工廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了材料生產(chǎn)治理的全自動(dòng)化，尤其是日本AGV的設(shè)計(jì)量年增長(zhǎng)率已經(jīng)到達(dá)20%。AGV系統(tǒng)的進(jìn)開(kāi)放頭時(shí)是從國(guó)外引進(jìn)的，以國(guó)外技術(shù)為根底進(jìn)展?fàn)幷?，目前已?jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)自主研發(fā)，并且把握了相關(guān)的核心技術(shù)。AGV1960年時(shí)才開(kāi)頭對(duì)該技術(shù)進(jìn)展?fàn)幷?，但是由于進(jìn)展速度緩慢，1980年時(shí)，原郵電部北京郵政科學(xué)技術(shù)爭(zhēng)論也實(shí)AGV1990年時(shí)生產(chǎn)了六AGV汽車，并將這些汽車投入到生產(chǎn)裝配線中使用，1996年時(shí)獲得了我國(guó)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng)[12]。天津理工學(xué)院在1992年時(shí)研發(fā)了核電站，通過(guò)光學(xué)實(shí)現(xiàn)AGV的引導(dǎo)，我國(guó)的AGV技術(shù)在1995年時(shí)實(shí)現(xiàn)了引進(jìn)韓國(guó)，代表我國(guó)自主機(jī)器AGV系統(tǒng)，同時(shí)經(jīng)過(guò)對(duì)該系統(tǒng)[13]AGV小車為米克力美，該小車在研發(fā)出來(lái)以后得到了廣泛關(guān)注，同時(shí)AGVSAGVS作為出口導(dǎo)向型優(yōu)先進(jìn)展自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)。世界自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)需求量在2023年為700億美元，臺(tái)灣36億美元?！吨袊?guó)制造2025》中，提出了我國(guó)由制造大國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞆?qiáng)國(guó)相關(guān)打算，首先需用率?！爸袊?guó)制造2025”、才智物流等影響下，我國(guó)的AGV機(jī)器人銷售量得到了提升提升。2023年，AGV機(jī)器人銷售量為12900臺(tái)，20231.8萬(wàn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)同比增長(zhǎng)40%。2023年銷售量快速增長(zhǎng)的緣由為市場(chǎng)對(duì)于興產(chǎn)業(yè)的需求量漸漸提升。AGV技術(shù)的進(jìn)展能夠?qū)崿F(xiàn)代表我國(guó)物流裝備技術(shù)的進(jìn)展水平。對(duì)于AGV系統(tǒng)而言，導(dǎo)航的設(shè)計(jì)時(shí)格外重要的，同時(shí)導(dǎo)航技術(shù)目前在很多領(lǐng)域AGV從而滿足目前市場(chǎng)需求。的，本錢較低，使用較為簡(jiǎn)潔。的，本錢較低，使用較為簡(jiǎn)潔。修改路徑時(shí)不便利，進(jìn)展路線設(shè)置時(shí)比較便利，同時(shí)敏捷度較高。激光導(dǎo)引定位準(zhǔn)確度較高，通過(guò)CCD攝像頭實(shí)現(xiàn)小車行駛圖像的獵取，同時(shí)將獵取到的信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，從而利用計(jì)算機(jī)對(duì)小車行駛方向、位置進(jìn)展推斷。定位準(zhǔn)確度較高，通過(guò)CCD攝像頭實(shí)現(xiàn)小車行駛圖像的獵取，同時(shí)將獵取到的信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，從而利用計(jì)算機(jī)對(duì)小車行駛方向、位置進(jìn)展推斷。導(dǎo)航。對(duì)小車的實(shí)際距離進(jìn)展測(cè)量后，依據(jù)測(cè)量信息實(shí)現(xiàn)位置信息的更；作者在該節(jié)中主要實(shí)現(xiàn)本次爭(zhēng)論內(nèi)容、重點(diǎn)的介紹。中格外重要的設(shè)備，使用肯定數(shù)量的中格外重要的設(shè)備，使用肯定數(shù)量的AGV能夠?qū)崿F(xiàn)依據(jù)設(shè)定好的工序進(jìn)展物料的輸送[21]。AGVS系統(tǒng)中，包含了充電系統(tǒng)、AGV小車、掌握系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等幾個(gè)局部。等幾個(gè)局部。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)系外部系統(tǒng)，同時(shí)依據(jù)AGV運(yùn)行狀態(tài)、物料需求等實(shí)現(xiàn)利用通AGV。AGV在接收到命AGV系統(tǒng)中，小車的數(shù)量可以為幾十臺(tái)，因此在設(shè)計(jì)掌握系統(tǒng)時(shí)，需要將現(xiàn)場(chǎng)一區(qū)域的分站進(jìn)展掌握。[22]：〔1〕在進(jìn)展路線修改時(shí)，比較便利，該系統(tǒng)中，每一臺(tái)小車都是獨(dú)立運(yùn)行〔2〕該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的柔性，系統(tǒng)中設(shè)置了相應(yīng)的定位設(shè)備、工位識(shí)別設(shè)治理系統(tǒng)的掌握實(shí)現(xiàn)物流柔性掌握，提高物流運(yùn)輸效率。生碰撞，因此具有較強(qiáng)的運(yùn)行安全性。場(chǎng)常規(guī)通道、人行通道，可實(shí)現(xiàn)小車運(yùn)行路線的隨時(shí)更改。本次設(shè)計(jì)的AGVLCD視覺(jué)導(dǎo)航、車體架構(gòu)等幾個(gè)模塊。率在領(lǐng)域中排名其次，鋼鐵使用率為第一[23-24]。在進(jìn)展率在領(lǐng)域中排名其次，鋼鐵使用率為第一[23-24]。在進(jìn)展AGV設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證小車在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生碰撞現(xiàn)象，從而保證激光、紅外、接近覺(jué)、微波雷達(dá)等類型的傳感器[27]。警模塊產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，并且將該信號(hào)通過(guò)無(wú)線通訊傳輸?shù)秸莆张_(tái)中，AGVAGV在進(jìn)展AGV小車運(yùn)動(dòng)模型構(gòu)建過(guò)程中首先需要對(duì)小車驅(qū)動(dòng)模式進(jìn)展推斷，通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析后，才能夠進(jìn)展運(yùn)動(dòng)模型的構(gòu)建。本次設(shè)計(jì)的AGV小車通過(guò)兩輪差速獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，依據(jù)兩輪的差速實(shí)現(xiàn)方向的變化，其運(yùn)動(dòng)示意圖為以下圖，將驅(qū)動(dòng)輪安裝在AGV 后端，實(shí)現(xiàn)軸向與中心線重合，徑向平行，能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，該小車在轉(zhuǎn)彎時(shí)抗熱通過(guò)調(diào)整兩輪差速進(jìn)展掌握，將其中一輪速度設(shè)置為0后，即可實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，在進(jìn)展小車運(yùn)動(dòng)模型構(gòu)建之前，需要依據(jù)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)提出相應(yīng)的假設(shè)條件：①小車剛性；④不考慮空氣阻力。④不考慮空氣阻力。上圖中：L——驅(qū)動(dòng)輪間距；圖(2-3上圖中：L——驅(qū)動(dòng)輪間距；R——轉(zhuǎn)彎半徑；Vl,Vr——驅(qū)動(dòng)輪輪線速度；V(VlVr)實(shí)現(xiàn)掌握小車轉(zhuǎn)彎過(guò)程。假設(shè)Vl＝Vr，驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向一樣，此時(shí)小車處于直線前進(jìn)、后退的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，轉(zhuǎn)彎半徑等于0；假設(shè)Vl≠VrAGVVl＞Vr，小Vl＜Vr，小車右轉(zhuǎn)，也不考慮車輪運(yùn)動(dòng)方向。Vm車體構(gòu)造得到Vm、Vl、Vr關(guān)系為：當(dāng)小車轉(zhuǎn)彎時(shí)，其轉(zhuǎn)角為ω，得到其計(jì)算表達(dá)式為：小車運(yùn)動(dòng)t時(shí)間，小車、路徑中心線之間產(chǎn)生了ee。依據(jù)上述兩個(gè)表達(dá)式即可得到小車的運(yùn)動(dòng)方程：

距離偏差，角度偏差e VlVr

sinet 2e

VrVl

(2-3)(2-4)t L假設(shè)角度偏差e小，依據(jù)上表達(dá)式2-4 得到角度偏差e變化率為：de VrVl (2-5)dt L進(jìn)展0。同理，距離偏差e

變化率計(jì)算表達(dá)式：de

VlVr

sine

(2-6)dt 2 0。

進(jìn)展Vm

VlVr2

，VV

Vl

，式2-5)、2-6)，實(shí)現(xiàn)小車狀態(tài)方程的建r立，噶方程的狀態(tài)變化量為er

de 00e

LV

(2-7)dt V

e

dedt

m 00。依據(jù)小車狀態(tài)方程可以得到，小車運(yùn)動(dòng)時(shí)，距離偏差e

、角度偏差e的偏差的掌握，從而保證小車能夠正常運(yùn)行[32]。大扭矩碼盤減速電機(jī)較為強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)中，還實(shí)現(xiàn)了圖像、網(wǎng)絡(luò)、聲音等系統(tǒng)的集成[33]。通常我們將單片機(jī)叫做微掌握器〔Microcontoler通常我們將單片機(jī)叫做微掌握器〔Microcontoler片中只包含了CPU專用處理器，將CPU、部格外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)集成在芯片上，從INTEL的Z80實(shí)現(xiàn)了處理器的設(shè)計(jì)，處理器消滅后，將專用處理器、單片機(jī)分別開(kāi)[34]。AGV智能化設(shè)計(jì)的核心為數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，該系統(tǒng)中，包含了相應(yīng)的處理運(yùn)行而言，主控芯片的選擇是格外重要的，作者比照STM32F103、其他AGV常見(jiàn)的主控芯片后得到：STM32F103芯片的資源豐富度更高，因此將其作為系統(tǒng)的主控芯片能夠?qū)崿F(xiàn)更328或16，因此該芯片對(duì)數(shù)據(jù)的處理力量更強(qiáng)。②相比于其他32ARM711他32位處理器，該芯片的性價(jià)比更高[35]。③相較于DSPDSP芯片系統(tǒng)頻率是比較高的，同時(shí)其處理力量也很強(qiáng)，但是其本錢高于STM32F103芯片，使用DSP芯片進(jìn)展設(shè)計(jì)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率價(jià)格等因素進(jìn)展分析后，本次設(shè)計(jì)的AGV系統(tǒng)主控芯片選擇為STM32F103。單片機(jī)進(jìn)展信息處理時(shí)更加簡(jiǎn)單，因此選擇黑白攝像頭進(jìn)展設(shè)計(jì)。電荷藕合器件圖像傳感器：ChargeCoupledDevice、CMOS〔互補(bǔ)性氧化金屬ComplementaryMetal-OxideSemiconductor〕兩種。存的電荷取出訪用，CCD圖像傳感器通過(guò)目標(biāo)反射光線時(shí)攜帶的相關(guān)信息提取，聚焦于CCD存的電荷取出訪用，CCD圖像傳感器通過(guò)目標(biāo)反射光線時(shí)攜帶的相關(guān)信息提取，聚焦于CCD芯片圖像系統(tǒng)較為全面CMOS傳感器中，包含了儲(chǔ)存器、規(guī)律存放器、轉(zhuǎn)換器、圖像陣列、定時(shí)脈沖轉(zhuǎn)換器。(3)CCD、CMOS傳感器A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，然后傳輸?shù)街骺谻PU。積分電路，一個(gè)積分電路即為一個(gè)像素點(diǎn)，通過(guò)SI信號(hào)、時(shí)鐘CLK信號(hào)組成控系。關(guān)系，像素值越小，光強(qiáng)越飽和，當(dāng)灰度值根本為全白時(shí)，即為白電平[39]。統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)電池運(yùn)行進(jìn)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。升系統(tǒng)檢測(cè)準(zhǔn)確度，所以該傳感器目前在該領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注[44]。超聲波測(cè)距模塊設(shè)計(jì)是，通過(guò)渡越時(shí)間檢測(cè)方法進(jìn)展設(shè)計(jì)，運(yùn)行原理[45]：通過(guò)升系統(tǒng)檢測(cè)準(zhǔn)確度，所以該傳感器目前在該領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注[44]。超聲波測(cè)距模塊設(shè)計(jì)是，通過(guò)渡越時(shí)間檢測(cè)方法進(jìn)展設(shè)計(jì)，運(yùn)行原理[45]：通過(guò)的系統(tǒng)中，將晶振頻率設(shè)置為12MHz的系統(tǒng)中，將晶振頻率設(shè)置為12MHz，從而保證時(shí)鐘頻率穩(wěn)定，測(cè)量誤差小。傳感器與AGV同時(shí)其本錢較低，通過(guò)IO口TRIG實(shí)現(xiàn)距離檢測(cè)的觸發(fā)，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)時(shí)，高電平信號(hào)最小10us；〔2〕通過(guò)該傳感器模塊實(shí)現(xiàn)8個(gè)40khz方波的自動(dòng)發(fā)送，對(duì)返回信號(hào)進(jìn)展檢測(cè)；〔〔3〕IO口ECHO輸出高電平，設(shè)置其持續(xù)時(shí)間等算。于超聲波放射、返回時(shí)間。距離=〔高電尋常間*聲速〔340M/S〕/2。該模塊的使用格外便利，通過(guò)掌握口實(shí)現(xiàn)超過(guò)10US算。包含了三相、單相兩種類型的電動(dòng)機(jī)。50kg本次設(shè)計(jì)的AGV ，通過(guò)調(diào)整兩驅(qū)動(dòng)輪差速，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)展掌握，調(diào)速功能，小車能夠沿引導(dǎo)路徑順當(dāng)前行。本次設(shè)計(jì)中包含了脈沖寬度調(diào)制((PWM)，樞電壓均值進(jìn)展調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的掌握，保證如以下圖。PWM掌握即固定開(kāi)關(guān)通斷周期T，對(duì)器件導(dǎo)通時(shí)間t1進(jìn)展調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓均值。與本次設(shè)計(jì)的要求吻合，系統(tǒng)中通過(guò)閉環(huán)PWM調(diào)速實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的掌握，從而〔〔feedbackorclosedloopcontrol〕為根本掌握形式，掌握過(guò)程中，依據(jù)被控量反掌握技術(shù)進(jìn)展掌握。PID掌握的應(yīng)用是比較廣泛的，其掌握較為便利，同時(shí)具有較高的魯棒性，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確模型的建立。直流電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)掌握MAA件實(shí)現(xiàn)對(duì)50ms內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)量M進(jìn)展計(jì)算，置對(duì)待測(cè)對(duì)象所處的實(shí)際位置進(jìn)展推斷[52,置對(duì)待測(cè)對(duì)象所處的實(shí)際位置進(jìn)展推斷[52,光敏器件輸出增加，即可實(shí)現(xiàn)AGV光敏器件輸出增加，即可實(shí)現(xiàn)AGV定位掌握。該器件的檢測(cè)范圍較廣，檢測(cè)距離超過(guò)200mm，但是檢測(cè)得到的結(jié)果準(zhǔn)確度較小，同時(shí)其定位時(shí)，產(chǎn)生的輸出較小，標(biāo)定不便利[54]。位檢測(cè)范圍超過(guò)100mm，因此該傳感器的尺寸較大[55]。線圈通過(guò)電流時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)的電磁場(chǎng)，利用電磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)位置引導(dǎo)。運(yùn)行到目標(biāo)位置時(shí)，，同時(shí)包含了集成掌握平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)AGV的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)展掌握，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)合AGV，同時(shí)包含了集成掌握平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)AGV的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)展掌握，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)合AGVAGV任務(wù)進(jìn)展合理安排，同時(shí)進(jìn)展路徑的選擇，提升運(yùn)行治理安全性。KeilSoftware公司研發(fā)的51序設(shè)計(jì)語(yǔ)言為C語(yǔ)言，相比于匯編語(yǔ)言，C語(yǔ)言的功能、構(gòu)造、性能等方面更加Keil中包含了庫(kù)治理、鏈接器、C編譯器、宏匯編等幾個(gè)局部，可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展仿真調(diào)試，從而完成系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。KeilDos集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE為μVisionIshell，通過(guò)該環(huán)境能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)試、仿真、編譯、連接等，設(shè)計(jì)者通過(guò)其他編譯器、IDE實(shí)現(xiàn)匯編、C源文件的編輯。同時(shí)利用C51、C51編譯器實(shí)現(xiàn)將該源文件轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)文件〔.obj。通過(guò)LIB51可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)文件的建立，同時(shí)生成相應(yīng)的庫(kù)文件，可通過(guò)L51實(shí)現(xiàn)連接庫(kù)文件，最終生成確定目標(biāo)文件(.abs。通過(guò)OH51可實(shí)現(xiàn)將abs文件轉(zhuǎn)換為hex文件，從而利用dScope51 、tScope51調(diào)試器實(shí)現(xiàn)源代碼調(diào)試，該過(guò)程也可通過(guò)仿真器完成，或者將程序直接儲(chǔ)存到EPROM。方法的使用而言，最主要的是閾值的推斷。閾值設(shè)為T，以該閾值為接線，實(shí)現(xiàn)將圖像中全部的灰度值分為兩個(gè)局部，大于T、不大于T，將不大于閾值的像素局部設(shè)置為目標(biāo)，黑色，其余為背景，設(shè)置為白色，將目標(biāo)圖像從整個(gè)背景中分別。包含了目標(biāo)像素為中心相鄰的8個(gè)像素，將其設(shè)置為濾波模板，但是模板中不包像素值。假設(shè)待處理像素點(diǎn)為〔像素值。假設(shè)待處理像素點(diǎn)為〔x，y)，依據(jù)該像素點(diǎn)確定模板，模板中包含該像素值，圖像處理后，該點(diǎn)灰度像素值，圖像處理后，該點(diǎn)灰度g(x，y)，g(x，y)=1/m·∑f(x，y)，其中m為模該系統(tǒng)操作。開(kāi)頭開(kāi)頭20ms時(shí)間到否NYCCD采集數(shù)據(jù)計(jì)算曝