前言
第六届全国大学生工程训练竞赛已经过去一年多的时间了，最近两天没啥事，就把自己的整个参赛过程总结出来，也算是给自己留个念想以后能回忆回忆，这个比赛周期很长，也是这个比赛让我学会了不少东西，把自己学的理论付诸到实践中去。当时参加这个比赛的时候，我还啥项目都没有接触过，摸爬滚打慢慢学会了不少东西，总之这个比赛的综合性很强，我也和队友学会了许多其他专业的东西。虽然成绩一般般，但是我感觉这次比赛经历应该是最重要的经历之一了。
以下的文案部分很差劲，大部分是当时写的报告里截取的，当时报告得分着实是一般，时间也匆忙，我记得是第二天早上要上车去石家庄，头天晚上还在实验室修改报告。也是从那时开始注意提升一下自己写报告的能力，整个报告当时都是我写的，由于机械部分和程序部分不是我的专业领域因此写的很外行，凑活着看看就行了。
比赛要求
简单来说，就是AGV小车从出发到二维码地方扫到搬运顺序的信息，然后回到原料区，将带有颜色的物料夹起来放到指定位置。具体的细则可以去官网找，或者看这老哥的博客。
电路设计方案
检测及控制设计思路
电路采用分离式模块，其中主控板上包括显示模块、电机驱动、舵机连接口、显示部分、红外探测部分，另外还有稳压模块，舵机驱动模块单独坐一块电路板，这样做是由于舵机在夹持过程中电流较大，会对其他电路造成影响，另外这种模块分离的结构更加容易检测错误，且由于电路板上的保护措施，可以保护其他的模块，减少损失。
由于分离式的电路板，检测方面也很方便快捷，只要用万用表测量输入输出引脚，检测电压电流是否处于正常工作状态即可。
器件选择及实施方案
电路上器件基本为贴片式电子元件，封装多数为0603，尽可能小的封装，可以大大的减小电路板的面积，驱动芯片为a4950、996、1117、LM2596等大功率输出器件，可以加大的减少错误的出现，同时也可以更好更稳定的输出电平信号。电路板的排布尽可能的遵循电路设计规则，将将高频信号尽量减小布线长度。
AGV物流车循迹流程
首先，开启电源后，自动进行电路和各模块的初始化，方便工作，然后有红外传感器接受信号，做到无接触启动，小车斜着出去，然后找到黑线，由红外对管检测黑线并沿着黑线前行，在过程中，红外对管还起着纠偏的作用，不时地纠正前进的方向，然后走到二维码区，识别二维码上面的数字信息，然后寻迹回到物料抓取区，有摄像头识别物料抓取区的物料颜色信息，按照二维码的数字信息判别抓取的信息，并按照顺序依次抓取，并后退到物料存放区，识别物料存放区的圆环颜色，并进行放置，接着回到物料抓取区，抓取第二个物料，回到物料存放区放置，然后再循环往复，直到物料放置完成之后，直接寻迹回到起点，结束。
AGV电控部分原理图
- 由于本系统需要直流电源供电，我们首先选取锂电池作为能源，锂电池的电量比较足，并且可以充电反复利用，在小车的调试过程中发挥很重要的作用，电源输出后，一部分输给直流电机作为电机的驱动电源，另一部分经过LM2596进行5V的稳压输出供给电路中的液晶屏等元件、LM2596是降压型电源管理单片集成电路的开关电压调节器，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。还有一部分经过AMS1117输出3.3V的稳压，其输出送给单片机，作为其供电电源。AMS1117系列稳压器有可调版与多种固定电压版，设计用于提供1A输出电流且工作压差可低至1V。在最大输出电流时，AMS1117器件的最小压差保证不超过1.3V，并随负载电流的减小而逐渐降低。
- 电机驱动采用a4950作为直流电机的驱动芯片，a4950是一款全桥式DMOS PWM电机驱动器，具有RDS保护输出、过电流保护输出（OCP）、低功耗待机模式、可调PWM电流限制、同步整流、内部欠压锁定、交叉电流等特性，选取该芯片作为电机的驱动，操作方便、稳定性好性能优良。
- 本设计采用普通直流电机，直流电机的操作简便，运作平稳，精度能有一定保证，虽然直流电机的控制不及步进电机精准，但是对于本设计来说在完全可以满足要求，通过单片机对PWM输出一样可以控制直流电机的旋转速度，实现小车的速度控制要求，由于本设计不需要跑的太快，因此不存在惯性等问题，并且直流电机不仅编程简单，而且相对于其他更加经济实惠寻迹部分采用红外对管光电传感器，红外传感器在测量系统中已经得到了广泛应用，光电对管传感器在寻迹过程中，红外发射管发射光线到路面，红外光遇到白底则被反射，接收管接收到反射光，经施密特触发器整形后输出低电平；当红外光遇到黑线时则被吸收，接收管没有接收到反射光，经施密特触发器整形后输出高电平。红外寻迹传感器使用起来较方便，而且具有价格低廉等优势。
- 本设计采用STM32F103单片机作为主控制器，STM32F系列属于中低端的32位ARM微控制器，该系列芯片是意法半导体（ST）公司出品，其内核是Cortex-M3。该单片机经常做高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计，他不仅功能强大，还有很大的内存和处理能力，而且在使用方面也有很方便的固件库，因此使用起来比较便。
AGV电控部分PCB
- 正面
- 反面
电路设计方案创新特色说明
元件排布，采用高频就近、散热元件就远的原则， 电路排布尽量规则，对称美观，创新在于元件分离式电路板，将大功率的舵机驱动单独开板，这样可以防止电路中的电流进行干扰和电流的倒灌，电路板布线也是，根据电流的大小来看。
电源模块设计
由于本系统需要直流电源供电，我们首先选取串联12V锂电池作为能源，锂电池重量轻、电量充足，并且可以充电反复利用，在小车的调试过程中发挥很重要的作用，电源输出后，一部分直接输入12V直流电机作为电机的驱动电源，另一部分经过LM2596进行5V的降压输出供给电路中的液晶屏、红外模块等元件。LM2596是降压型电源管理单片集成电路的开关电压调节器，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。还有一部分经AMS1117输出3.3V的稳压，其输出送给单片机，作为其供电电源。AMS1117系列稳压器有可调版与多种固定电压版，设计用于提供1A输出电流且工作压差可低至1V。在最大输出电流时，AMS1117器件的最小压差保证不超过1.3V，并随负载电流的减小而逐渐降低。
电机驱动模块设计
电机驱动采用a4950作为直流电机的驱动芯片，a4950是一款全桥式DMOS PWM电机驱动器，具有RDS保护输出、过电流保护输出（OCP）、低功耗待机模式、可调PWM电流限制、同步整流、内部欠压锁定、交叉电流等特性，相比于ULN2003、L298N等传统驱动芯片，a4590具有体积小、内阻小、发热量少、外围电路简单、稳定性好的优良性能。
电路部分总结和体会
电路设计是整个小车的硬件核心部分，只有电路板的元件能够各司其职，传输信息能够正确，就能出色的完成物料搬运任务，即时电路出现故障，也要能够方便快捷的找出错误所在，方便检修人员能够即时修改错误，因此电路的设计，应该包含多个检测点，方便进行检修，在这次电路的设计中，我学到了许多东西，不仅是电路的设计，还有人性化的学习，不紧要能够正常工作，还要好检修。
结构设计方案
设计思路
依照竞赛命题和规则，小车的基本功能结构是路径扫描，颜色识别，二维码识别。
具体的小车结构设计：
- 为了使小车全方位移动，在小车底盘上装有4个万向轮，垂直错开分布。
- 为了使小车沿指定路线行走，在小车下地盘上装有8个红外对管扫描黑线。
- 为了使小车计数和放置稳定，小车在底盘有增加了三个红外对管。
- 为了平稳的抓取物体，将机械爪采用三自由度平行四边形原理。
行走路线方式
- 小车底盘采用四个万向轮，以十字形错开分布，另外下底盘有10个红外寻迹模块，来规划路线和取放物体，其中8个红外用来寻迹和定位小车中心，另外两个一个用来寻迹一个用来放置物体，机械爪采用杠杆式原理，运用平行四边形使得机械爪一直保持在一个方向，采用舵机驱动。
- 软件方面采用红外触发中断来调整小车的姿态，用openmv来进行颜色识别，openmv通过io口和单片机通信。
- 程序运行时，小车向前行走，当2号和4号红外检测到黑线时小车停止行走，同时1、2、3、4号红外通过中断来调整小车使1、2、3、4号红外都检测到黑线，当1、2、3、4号红外都检测到黑线时，小车开始向右行走，行走过程中，通过1、2、3、4号红外来使得小车沿黑线行走，并且通过9号红外来计数，openmv在次过程中扫描物体颜色，等小车到达二维码前方时小车停止，并通过8个红外使得小车在十字中心，扫描完二维码后，小车左行中间那个物体前，通过二维码扫描的数据和物体摆放的顺序计算出该抓那个物体（机械爪可以抓得到三个物体），通过调节机械爪来抓取物体（通过之前测好角度），抓取物体后收回机械爪，根据物体放置的颜色顺序，先通过左右移动走到放置位的前方，然后向前移动，通过5、6、7、8号红外使得小车沿经线行走，当10号红外第三次检测到黑线时，小车停止，放置物体（通过之前测好角度），放置完物体后，机械爪收回，然后小车按原路返回，反复来回三次，小车回到原位。
机械臂设计方案
为了使机械臂灵活的运动，并且每次抓取都在水平方向上，我们采用平行四边形原理，用4个舵机，两个舵机控制机械臂的上下移动，一个舵机控制机械臂的转动，一个舵机控制机械爪的张合。机械臂转动通过舵机提供扭矩，4个牛眼轴承防止机械臂偏移。
结构设计创新特色说明
（1）小车通过四个万向轮来方便使小车全方位移动。
（2）小车通过下底盘11个红外对管使得小车沿指定路线行走，计数并且平稳的放置物体。
（3）机械臂采用有机玻璃板制三自由度平行四边形结构。该结构具有简单、稳定、重量轻、便于维护的优点，广泛用于带有手臂功能的机械设备上。手臂动作的动力由MG996R型数字舵机提供
（4）采用异性电路板更好分配空间，单独的电源模块可以通过更大的电流。
（5）采用两个openmv摄像头精准的识别物体颜色和扫描二维码。
（6）为了满足车体投影小于A4纸的要求并尽可能增大车体可利用空间，该车车身采用双层正方体结构，车身材料为有机玻璃板，加工工艺为激光切割。上层放置主控电路板，电机驱动板及机械臂云台，下层安装红外对管，红外驱动板。上下两层通过螺柱链接，上层承受大部分受力。
（7）通过一系列计算，我们最终选择了直径58mm全向轮加30减速比的直流电机，该电机长73mm、直径33mm、空载转速366rpm、额定扭矩1kg•cm，足以提供整车的动力供应。相比于麦克纳姆轮，全向轮对编程更加友好，而切损失的速度少、能提供更快的速度以达到节约时间的目的。
（8）为适应不同形状、大小的物体，该车手抓部分采用二指结构，通过杠杆及齿轮传动完成加持动作，加持范围15mm-180mm，弧形手抓可适应方形、圆形、圆柱、三棱柱等多种形状的物体。动力由MG996R型数字舵机提供,承重大于90g。双层手抓在满足重量轻、抓放稳定的同时更易进行线切割加工，符合更新、维护要求。
结构部分总结和体会
这次设计和竞赛活动，是对我们以往所学专业课程的总结应用，加深了我们对产品设计制造、工艺和成本分析以及工程管理等方面的认识，检验了我们的设计能力、动手能力和实践能力，也锻炼了我们分析问题、解决问题的能力，培养了我们的创新能力与团队协作能力。
AGV车身装配图
AGV车身爆炸图
作品图片
