作品名稱：智能收盤機器人
學校名稱：山西工程技術學院
參賽隊伍：智能收盤機器人
參賽學生：孫宏宇 王志華 郭馨陽
指導老師：李莉 孟繁博
一、產品簡介
1.開發背景
當代高校食堂回收餐具區排隊現象嚴重，由于就餐時間集中，就餐人數較多，造成食堂內比較擁擠，工作人員收盤時間緊張，工作量大，學生需要長時間的排隊送餐具，會浪費廣大學生時間，嚴重影響大學生的就餐體驗，影響校容校貌，由于工作時間集中，廣大收餐人員更是苦不堪言，所以處理高校食堂收餐區擁擠現象尤為重要。
2.設計方案
由于機械臂在各行各業中得到了愈來愈廣泛的應用，機械臂控制的多樣化、 復雜化的需要也隨之日趨增多。作為當今科技領域研究的一個熱點，提高機械臂 的控制精度、穩定性、操作靈活性對于提高其應用水平有著十分重要的意義。
經過仔細的分析和研究之后，我選擇的是STM32VET6單片機進行控制，運動的控制選用舵機進行控制。數據采集采用超聲波傳感器實現。 通過機械臂將碗盤夾起，轉過一定的角度之后，將廚余垃圾傾倒到提前設計好的桶里面，然后再轉過一定的角度將碗盤放入指定的收盤盒當中，從而實現收 取碗盤全過程智能自動化。首先根據機械臂系統的控制要求，整體上設計出單 CPU 的系統控制方案，即 通過控制主控制器輸出的 PWM 波的占空比實現對舵機轉動的控制，進而實現各個 關節的位置控制。在硬件方面，主要論述了如何以 STM32VET6、舵機為主要器件， 通過搭建硬件平臺和設計軟件控制程序構建關節運動控制系統。然后按照結構化 設計的思想，依次對以上各部分的原理和設計方法進行了分析和探討。在軟件設計方面，按照模塊化的設計思想將控制程序分為初始化模塊和運行模塊，并分別對各個模塊的程序進行設計。
3.功能
通過STM32VET6單片機來實現智能收盤機 器人的功能。當單片機上電，按下啟動按鈕后，顯示屏以及驅動芯片按鈕會開始工作。顯示屏模塊顯示智能收盤機器人幾個字，下方通過文字和箭頭的方式提示 同學們要把餐具放在指定的 A 區域，驅動模塊將開始驅動舵機實現機械手臂的收 盤，傾倒，擺放，一站式服務，從而實現收盤全過程智能化。
4.使用說明
啟動按鈕按下之后，機械臂將按開始初始化顯示屏亮旋 轉到 A 位置機械爪夾取旋轉到 B 位置機械臂成 90 傾倒旋轉到最后到位置C 機械爪松爪的全過程。顯示屏模塊會顯示智能收盤機器人幾個字，下方 提示同學們要把餐具放在指定的 A 區域，以及通過箭頭指向位置 A 所在的方向， 來保證同學們能夠將餐盤放對位置，從而智能收盤機器人的平穩運行。
二、產品說明
經過仔細的分析和研究之后，選擇STM32VET6單片機進行控制，運動的控制選用舵機進行控制。在單片機最小系統的基礎上擴展按鍵接口和舵機接口，構成機械臂控制系統，最終用于餐廳當中收盤以及廚余垃圾的傾倒，實現收盤智能化，工作當中無需收盤工作人員親自動手，從而減輕工作人員工作強度，提高工作效率。
主要工作原理為通過舵機來控制機械臂各個關節的轉動，機械爪旁邊的舵機負責機械爪的開閉角，來實現對碗盤的抓取，下方的舵機控制機械臂底盤部分的旋轉，從而與機械爪配合實現對廚余垃圾的傾倒。
首先通過機械臂將碗盤夾起，轉過一定的角度之后，將廚余垃圾傾倒到提前設計好的桶里面，然后再轉過一定的角度將碗盤放入指定的收盤盒當中，從而實現收取碗盤全過程智能自動化。
硬件方面。采用餐盤與機械爪之間的配合，實現運行過程平穩牢固?？刂乒竦脑O計能夠有效的保護單片機，增強本產品的可靠性。顯示屏的設計能夠告訴同學們這個智能收盤機器人是做什么的以及一些注意事項。桌子和下方垃圾桶的配合可以實現收盤，傾倒，擺放一站式服務，垃圾桶設計為靈活可移動式，可以進行快速更換，提高本產品的運行效率。
軟件方面，應用C語言編程，通過STM32VET6單片機來實現智能收盤機器人的功能。當單片機上電，按下啟動按鈕后，顯示屏以及驅動芯片按鈕會開始工作。顯示屏模塊顯示智能收盤機器人幾個字，下方通過文字和箭頭的方式提示同學們要把餐具放在指定的區域，驅動模塊將開始驅動舵機實現機械手臂的收盤，傾倒，擺放，一站式服務，從而實現收盤全過程智能化。
根據機械臂系統的控制要求，整體上設計出單CPU的系統控制方案，即通過控制主控制器輸出的PWM波的占空比實現對舵機轉動的控制，進而實現各個關節的位置控制。在硬件方面，以STM32VET6、舵機為主要器件，通過搭建硬件平臺和設計軟件控制程序構建關節運動控制系統，按照結構化設計的思想對以上各部分的原理和設計方法進行了分析和探討。在軟件設計方面，按照模塊化的設計思想將控制程序分為初始化模塊和運行模塊，并分別對各個模塊的程序進行設計。
Solid Works軟件制作的機械臂三維平面圖，原因是Solid Works能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。Solid Works 不僅提供如此強大的功能，而且對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。
機械爪方面本次設計主要考慮到以下五點內容：
1. 應具有足夠的握力即夾緊力，在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應考慮在傳送或操作過程中產生的慣性力和振動，以保證碗盤不致產生松動或脫落。
2.機械爪間應有一定的開閉角，兩個爪張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為爪的開閉角，爪的開閉角保證工件能順利進入或脫開。若夾持不同的工件，應按最大寬度的工件考慮。
3.應保證工件的準確定位:為使機械爪和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據被抓取碗盤的形狀，選擇相應的爪張開的大小。
4.應具有足夠的強度和剛度:爪除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產生的慣性力和振動的影響，要求具有足夠的強度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應盡量使結構簡單緊湊，自重輕。
5.應考慮被抓取對象的要求:應根據抓取碗盤的形狀、抓取部位和抓取數量的不同，來設計和確定機械抓的形狀。
作為機械臂的一個重要組成部分，手臂不僅起到支撐被抓物體、手爪和其他關節的作用，而且還可以驅動手爪抓取物體，并根據事先預定的位直將碗盤運
到指定地點并進行傾倒。機械臂的結構形式必須基于其運動形式、動作自由度、抓取質量、受力情況和其他的固素來確定，整個系統的總質量比較大，受力也比較復雜，其運動部件的質量直接影響到機械臂的剛度和強度。所以，進行手臂的設計至關重要，機械臂設計方面主要考慮到以下兩個方面：
1.為了避免機械臂在運動過程中發生較大的形變，要合理選擇機械爪的截面形狀。
2.偏重力矩要小。要盡可能減小機械臂運動部分的質量。
該設計根據機械臂的功能及搬運工作的任務的特點以及類型，為了使其在一定程度上具有操作的靈活性和運行性能的良好，經過多次的比較、討論后，該設計選用多關節型的機械臂，它不僅具有動作的角度大的優點，還可以使機械臂在更大的空間內的運動。
三、產品特色
（1）控制方面采取了STM32單片機，STM32單片機程序都是模塊化，接口簡單，工作速度很快。故采用了STM32單片機，進一步確保了智能收盤機器人運行的穩定性。
（2）在工作上比人類工作效率高，能連續長時間工作，減少人工費的支出。
（3）體積小，搬運方便，相比與其他機器人來說，靈活性高，可以根據學生人數的來調整機器的數量，以達到資源的高效利用。
（4）采用傳統PWM控制方式，相比于串行總線來說最大的特點就是廉價，從而降低了制造成本，其低成本的特點將為企業造就更大的商業價值。
（5）我們的用戶廣泛，既有各類學校食堂，又有企業員工食堂，當然每一個用餐的地方都是我們的市場。
