智能小车 + 机械臂——华为嵌入式精英挑战赛

选题说明

利用智能小车与机械臂结合，在智能小车自身能够实现的功能的基础上，拓宽功能，使之得到最大化的利用，提高其利用价值。
智能小车可实现障碍物搜寻、扫除或者攻击“敌人”，另外利用智能小车、机械臂的结合实现物体抓取与放置。
小车扫除障碍时，通过上中两层分布的红外传感器感知障碍或“敌人”，加速进行扫除或发动攻击；
小车抓取物体时，通过红外传感器实现避障到达目的地，然后进行物体抓取并放到指定位置，此动作可自动完成，也可通过蓝牙通讯控制完成，使之更加灵活。

选题方向

基于智能小车，给其增加一机械臂，通过智能小车的移动，使机械臂实现“定点抓取”——>“移动抓取”，利用智能小车已实现的避障、攻击等功能，在机械臂抓取物体，放置物体已实现的情况下，二者叠加，使之产生1+1>2的效果。当我们不便或不想行动时，这时它便可以帮助我们拿物体，就像一个简易的“佣人”。
我们可以手动控制机器人手臂的每个伺服或轴的运动，同样使用“Save”按钮，可以记录每个位置或步骤，然后机器人手臂可以自动运行并重复这些步骤，
这样机械臂可帮助我们做一些简单的重复工作，并且使用相同的按钮，可以暂停自动操作以及重置或删除所有步骤，以便我们可以记录新的步骤。

竞赛开发平台

智能小车车体部分
硬件：
其主控是stm32控制板，配置有四个MG996舵机，两个1203驱动器，四个电机，上中下三层各配置四个传感器，依次是红外传感器，红外测距传感器，红外光电传感器，另配置有一倾角传感器，小车配有锂电池为驱动供电，另配有电源为主控及舵机供电。
软件：
利用Keil 软件平台为智能小车配置代码并进行调试；
利用Robot Servo Terminal软件进行舵机、驱动编号并对舵机位置调试设定；
利用LuBy creater 软件进行传感器参数读取及调试；
机械臂部分
硬件：
其主控是arduino UNO 开发板，其主体机械结构由3d打印，关节分别由SG90舵机和MG996R舵机构成，并且使用蓝牙通讯模块辅助实现其控制。
软件：
利用Ardunio软件平台编写调试 UNO 控制程序；
利用Solidworks 软件设计机械臂物理结构；
利用app inventor软件设计开发与机械臂相匹配的蓝牙控制app。
机械臂部分硬件：
首先，使用Solidworks 建模软件设计了机器人手臂，手臂有5个自由度，机械臂全部由3D打印完成。
对于前3轴，腰部，肩部和肘部，使用MG996R伺服系统，而对于另外2轴，腕部滚动和腕部间距，以及夹持具使用了较小的SG90微型伺服系统。
硬件连接示意图：

主函数代码展示：

（2）抓取物体：
使用应用程序中的滑块，我们可以手动控制机器人手臂的每个伺服或轴的运动。同样使用“Save”按钮，我们可以记录每个位置或步骤，然后机器人手臂可以自动运行并重复这些步骤。使用相同的按钮，我们可以暂停自动操作以及重置或删除所有步骤，以便我们可以记录新的步骤。

代码部分展示：

1.void loop() {
2.// Check for incoming data
3.if (Bluetooth.available() > 0) {
4.dataIn = Bluetooth.readString(); // Read the data as string
5.
6.// If "Waist" slider has changed value - Move Servo 1 to position
7.if (dataIn.startsWith("s1")) {
8.String dataInS = dataIn.substring(2, dataIn.length()); // Extract only the number. E.g. from "s1120" to "120"
9.servo1Pos = dataInS.toInt(); // Convert the string into integer
10.// We use for loops so we can control the speed of the servo
11.// If previous position is bigger then current position
12.if (servo1PPos > servo1Pos) {
13.for ( int j = servo1PPos; j >= servo1Pos; j--) { // Run servo down
14.servo01.write(j);
15.delay(20); // defines the speed at which the servo rotates
16.}
17.}
18.// If previous position is smaller then current position
19.if (servo1PPos < servo1Pos) {
20.for ( int j = servo1PPos; j <= servo1Pos; j++) { // Run servo up
21.servo01.write(j);
22.delay(20);
23.}
24.}
25.servo1PPos = servo1Pos; // set current position as previous position
26.}
27.
28.// Move Servo 2
29.if (dataIn.startsWith("s2")) {
30.String dataInS = dataIn.substring(2, dataIn.length());
31.servo2Pos = dataInS.toInt();
32.
33.if (servo2PPos > servo2Pos) {
34.for ( int j = servo2PPos; j >= servo2Pos; j--) {
35.servo02.write(j);
36.delay(50);
37.}
38.}

创新点描述

1.同时采用stm32和arduino控制板配合使用，充分利用二者特点，使之与项目要求达到很好的匹配；
2.利用MIT APP Inventor 设计开发机械臂控制APP，无论对于开发者还是使用者，操作都较简单明了；
3.采用3层传感器的分布结构，使车体对周围环境判断更加灵敏和准确，同时也考虑到实际环境的影响，避免采用灰度传感器（受环境光）等外在客观环境影响较大的传感器；
4.智能小车可以自动搜寻障碍并采取相应措施向起发动进攻；
5.使用机械臂APP中的滑块，可以手动控制机器人手臂的每个伺服或轴的运动。同样使用“保存”按钮，可以记录每个位置或步骤，然后机器人手臂可以自动运行并重复这些步骤。使用相同的按钮，可以暂停自动操作以及重置或删除所有步骤，以便记录新的步骤。

成果展示

比赛报道文章
Control Rush | 决战巅峰，嵌入式精英挑战赛武长赛区决赛回顾