【项目实战】智能机械臂协同视觉辅助仓储物流管控平台

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一、项目原型

  此前，博主做过一个基于 STM32 的智能物流仓储管理系统，使用国信长天蓝桥杯嵌入式开发板STM32G431RBT6 完成。

1、项目演示效果

2、Github源码仓库地址

  基于STM32的智能物流仓储管理系统项目源码

二、项目思路

  本项目考虑以物流仓储管理系统为原型，在仓储管理底层逻辑的基础上，做出实物来，取放货物用机械臂实现，加入温湿度传感器之类的传感器检测仓库环境状态，内容侧重于机械臂抓取，加入中控屏触屏操作，原型项目的工作就相当于做了中控屏的逻辑处理。

  本项目类似于工训赛的垃圾分类赛项，识别垃圾，然后机械臂抓起来放到相应垃圾桶，逻辑相似。而本项目的应用场景为物流仓储，使用机械臂实现，可以取名为“智能机械臂协同视觉辅助仓储物流管控平台”

  主要工作是机械臂抓取的动作实现，顶层仓储管理的逻辑在项目原型中已有，前期主要做机械臂的动作实现，后期加入摄像头视觉识别定位，辅助机械臂取放货物。

三、项目参考

  本项目的实现逻辑与2024年电赛E题五子棋题赛项的逻辑比较相似，使用机械臂，并且考虑下棋位置，棋子可类比为货物，$9$ 个棋子落点位置即为 $9$ 个仓库。

  可以参考以下项目的实现效果。

四、项目方案

两种方案：

• 前期可以不加入视觉，就是使用仓储管理系统在上层上就写死，比如在中控屏上就明确指定什么物品，放入哪个仓库，这样机械臂按写死的程序执行。

• 后期可以加入视觉识别，这样可以简化在中控屏的操作，直接把货物放入分拣台，视觉自动识别是什么物品，放入哪个仓库，更节省人工。

系统框图

  系统中各个组件之间的交互关系和数据流向如下图所示：

  本项目涉及多个子系统和模块系统，包括 G431 主控平台、C8T6、Andurio、摄像头检测等。这些组件通过不同的接口进行通信，如串口控制机械臂运动、语音播报模块等。此外，还有其他一些与系统功能相关的元素，例如蜂鸣器是否报警、已使用的仓库温湿度数据以及传送带运动等。

  关于串口信息的通信，使用 C8T6 一个板子简化多个串口的接收发送。

(1)G431

  在入库完成退出时发送信息到 C8T6 (rx:表示第 $x$ 个仓库收到货物)

  货物盘点功能的变量需要发送，指示哪个仓库被占用。

(2)C8T6

  收发串口信息。

  接收存放仓库状态信息；发送存入仓库具体位置。

(3)Andurio

  控制机械臂。

(4)OpenMV

  视觉识别目标货物类别，分类存储。

(5)其他模块

• DHT11温湿度传感器
  监测仓库状态信息

• 蜂鸣报警器
  异常情况报警

• 语音模块
  播报货物类别，存放的目标仓库位置。

五、硬件结构

1、环绕式结构

(1)单层仓库

仓库1	仓库2	仓库3
仓库4	机械臂	仓库5
仓库6	出入货物口	仓库7

  九宫格布局，由于机械臂末端执行器为水平夹取结构，无法夹取类似五子棋的物品（靠电磁铁竖直吸取）

(2)多层仓库

  机械臂可通过其中一个舵机调节末端执行器高度，设计两层仓库结构（将单层布局四个角上的仓库移到第二层）

  第一层仓库布局：

  第二层仓库布局：

  侧视图：

  每个仓库分为上下两层，上层存储仓库货物，下层传感器读取仓库的状态信息。仓库 $1$ 的侧视图如下所示：

  仓库之间存在挡板，保证仓库之间的安全性，不同仓库之间互不影响。

  每次取放动作结束，机械臂回到初始位置。

  仓储管理系统：可查看当前仓库的占用情况、仓库温湿度信息、异常报警以及入库出库管理。

2、传送带结构

  不同于之前的箱状布局，加上传送带结构，更符合物流仓库场景，结构布局如下图所示：

  一层两个仓库，奇数仓库在下，偶数仓库在上：传送带运动，机械臂控制和抓取。

  自定义机械臂动作指令，例如上位机输入串口信息 r1 发送给 G431，机械臂抓取目标货物存入 $1$ 号仓库。

  根据每个仓库和取放货物点的距离固定传送带移动机械臂的距离。

  加入摄像头视觉识别货物类型，将特定类别的货物存放入对应的仓库中。

  修改 G431 项目原型中的代码，删除入库管理界面中的货物类型，其他内容保留。

  加入语音模块，存入取出时播报货物信息及入库位置，异常情况时报警提示。

  最后美化实物，初期阶段可用纸盒代替仓库。

六、技术路线

1、仓储管理

  【蓝桥杯嵌入式】基于STM32的智能物流仓储管理系统——项目演示

2、机械臂

  使用三轴机械臂，先做缩小版原理样机，后期再扩大。

  包含底盘转动舵机、高度调节舵机、机械臂向前移动舵机、水平夹取舵机。

  【太极创客】零基础入门学用Arduino 第二部分 meArm机械臂 合辑

3、摄像头

  摄像头使用 OpenMV。

  OpenMV参考手册

  星瞳科技资料文档

  视觉辅助控制机械臂的运动，得到目标货物的位置。

七、实施计划

1、机械臂调试

  拿到机械臂后，把机械臂组装起来，调试机械臂，现在已经有andurio的代码，重点调试角度。

2、传送带控制

  搭建传送带模型，改进现有的传送带控制代码，加入 PID 控制算法

3、板间通信

  实现各个板子之间的通讯，借助led表示是否通讯完成

4、实物组装

  组装各器件。

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后记：

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