2021-第七届工训赛-物流搬小车程序

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发布时间：2021-10-09

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技术：C语言

概述

此demo为第七届工程训练大赛（现更名为“2021中国大学生工程与创新实践大赛”），智能物流搬运赛项，天津市省赛的比赛程序。程序可实现的内容为：识别二维码和物料颜色及位置、自主移动、进行物料抓取运载与放置等。

详细

竞赛官网：[2021年中国大学生工程实践与创新能力大赛](http://www.gcxl.edu.cn/new/index.html "2021年中国大学生工程实践与创新能力大赛")
##### 参考文章
>温馨提示：此文提供的代码为**比赛时使用的代码**，只要硬件环境配置正确，程序本身必然能正常运行。但这并不意味着您将该程序下载到自己的硬件设备后，便能复刻出相同的效果，毕竟“硬件环境配置”是很难重现的。为此，您在阅读该demo程序时，可**配合如下工训系列文章，**以便理解。

搬运小车方案总述： [Poao：2021-工训搬运机器人-搬运小车方案简述](https://zhuanlan.zhihu.com/p/366523960 "Poao：2021-工训搬运机器人-搬运小车方案简述")
1）行进驱动方案： [Poao：2021-工训搬运机器人-行进方案(步进电机+麦克纳姆轮)](https://zhuanlan.zhihu.com/p/359109065 "Poao：2021-工训搬运机器人-行进方案(步进电机+麦克纳姆轮)")
2）循迹定位方案： [Poao：2021-工训搬运机器人-循迹编程思路](https://zhuanlan.zhihu.com/p/362000849 "Poao：2021-工训搬运机器人-循迹编程思路")
3）机械臂动作顺序： [Poao：2021-工训搬运机器人-机械臂动作顺序](https://zhuanlan.zhihu.com/p/367892776 "Poao：2021-工训搬运机器人-机械臂动作顺序")
4）识别方案（二维码+物料）： [Poao：2021-工训搬运机器人-openmv识别](https://zhuanlan.zhihu.com/p/367614669 "Poao：2021-工训搬运机器人-openmv识别")
##### 程序说明
使用arduino ide编写，编程语言为c语言，2021天津省赛最终成绩为**天津市省一**(第三)。程序的主控选用arduino **mega2560**，可用于控制drv8825/a4988驱动四路**步进电**机行进，与**openmv**串口通讯、调用**机械臂控制板**的动作组、控制**串口屏**显示任务码等。为便于理解，程序中配备了**大量的注释文字**。
##### 成绩证明
![](/contentImages/image/20211005/YnXNG4LEzk4p4oWmVvU.png)

##### 初赛视频展示
视频链接Click：[2021-工训赛-搬运机器人](https://www.zhihu.com/zvideo/1369967763247693824 "2021-工训赛-搬运机器人") （点击前面蓝色字体）
![](/contentImages/image/20211005/GwFsplx3leEi8kplq2n.png)
##### 例子包下载方式
建议使用**电脑**打开该网页，点击“**立即下载**”。（参考下图）
![](/contentImages/image/20211005/j7uoa9blzMFxw3x8THc.png)
##### 例子包内容
> 其中“MAIN.zip”为arduino程序文件，“器件库文件.zip”为该程序涉及的器件的库文件。
![](/contentImages/image/20211005/gzhS2LgvyqsFNqt2ucC.png)

### 程序内容展示
#### 1.0 框架
程序本身体格较大，总有效代码行数在2000+以上，这里将从宏观的角度简述一下程序的框架及其主要内容。程序主要分为**主程序、步骤、机械臂控制、步进电机驱动和循迹**这五个部分，如下图所示。

![](/contentImages/image/20211005/pxdcJ5MHaI5rY0yPabE.png)

顾名思义，这五部分各自包含的内容如下：
#### 1.1 MAIN-主程序
作用与main.c相同。里面囊括了一些库文件的引用和定义、重要变量的定义、一些可调的参数设置、必要的初始化等。
```cpp
// 前面是一些配置、变量定义
void setup()
{
/*--------------硬件串口初始化----------------*/
  Serial.begin(115200);   // 调试用的串口
  //uart3 ---  to hwt101
  Serial3.begin(115200);

//uart1 ---  to openmv4 [TX-P4, RX-P5]
  Serial1.begin(9600);

//uart2 ---  to arduino uno （机械臂）
  Serial2.begin(9600);  // 115200

//uart ---  to 串口屏 【软串口，纯发数据】
  UART.begin(115200);

// UART_update(1);

/*-------------- 开定时器2的中断 ----------------*/
  // 200ms5Hz -- 单纯用于更新 HWT101数据，可行。  附加TM1637显示，则出现 咔咔咔（不明显）
  // 纯粹为了更新数据，可加快尝试 100ms  / 150ms
  FlexiTimer2::set(200, 1.0 / 1000, update_101); // 50ms太卡。每xx*1ms执行一次Event
  FlexiTimer2::start();    // 开中断   50ms20Hz-太卡  200ms5Hz- 依旧有些咔咔咔

/*------------步进电机初始化--------------*/
  intiMotors();
  delay(100);
	
  /*------------执行任务--------------*/
	//stepOne、stepTwo 系列函数
}
```

#### 1.2 Step-函数块
这个里面编写了stepOne()、stepTwo()、stepThree()等**任务函数**，陀螺仪角度更新、串口通讯（串口屏显示，openmv通讯、机械臂应答）等**功能函数**。
> 该部分将完整的任务流程分割为多个step小函数，关于机械臂、小车及openmv的动作顺序等，都写在了一个一个step函数中。

可关注的函数：
```cpp
// 任务函数 
    // 步骤一：离开出发区  √
    stepOne();
    // 步骤二：前去识别二维码  √
    stepTwo();
    // 步骤三：前往原料区 √
    stepThree();
    // 步骤四：前往粗加工区  √
    stepFour();
    // 步骤五：前往半成品区    √  
    stepFive();
    // 步骤六：返回原料区,【抓取第二层物料】√
    stepSix();
    // 步骤七：前往粗加工区 √
    stepSeven();
    // 步骤八：前往半成品区   √
    stepEight();
    // 步骤九：返回返回区 √
    stepNine();
// 功能函数
	//  update_101()         // 更新hwt101的数据
	//  UART_update(int i)   // 串口屏显示
	// Uart_send_openmv(char CMD)    // 给openmv发送识别命令[不调用]
	// Uart_recv_openmv()            // 接收openmv返回的数据[不调用]
	// Get_message(char task)        // Q-二维码 P-物料位置 S-抓取顺序【调用】
	// recv_OK()                     // 串口接收 机械臂完成动作的标志

```
#### 1.3 JXB-函数块
这个里面编写了机械臂动作组功能函数，以及搬运顺序的解算函数。机械臂动作组分配的具体讲解参考文章开头的参考文章。
> 涉及的功能函数
![](/contentImages/image/20211005/3JXWTn8hxbQsPqZB5mC.png)

> 涉及的顺序计算函数
![](/contentImages/image/20211005/csmgvscdjLOvbNdG0y6.png)

#### 1.4 Stepper-函数块

这个部分的内容包括步进电机的**基本参数配置**（细分、麦轮大小）、步进电机**驱动函数**（走一段距离）、陀螺仪的pid函数等。
这个部分的程序可移植性较高，但是不建议直接照搬，大致可分为**三步走**（后续会出详细文章讲解）：
> 1）步进电机端口号及基本参数修改
2）小车行进方向（前后左右，斜向）的修正
3）步进电机移动固定距离的调试
![](/contentImages/image/20211005/3u061uKMOEJITtTHSDy.png)

#### 1.5 Track-函数块
内容包括小车循迹安装情况示意，小车的**一系列循迹函数的编写**。这个部分较为复杂，后续也会出文章讲解，程序中加入了**加减速控制、闭环计数判断**等内容。比较核心的功能函数有：
```cpp
// Move_xy(int x0, int y0, int x1, int y1)  //  x0,y0  --> x1,y1 二维坐标移动
// Track_Fun(int xy0, int xy1, char dir)    //  xy0 --> xy1     一维坐标移动
// trackingX()  tracking_X()  trackingY()  tracking_Y()  //  xy方向的循迹函数
// Move_zZ(int dir)     // 斜向行进

// 一般直接调用 Move_xy，Move_zZ 控制小车行进
```

#### 环境配置补充
1、需加载对应的库文件至“libraries”
> 【“项目”--> "加载库" --> "添加.zip库..." --> "选择压缩包" --> "安装" 】

![](/contentImages/image/20211005/xQS9KaPSpfUyJgGDXF1.png)

2、选择正确的开发板
>选择“**Arduino/Genuino Mega or Mega 2560**”
而非默认的“Arduino/Genuino Uno”

![](/contentImages/image/20211005/Zgh0VQb1vHcIHx2dpYx.png)

#### 更多工训补充内容，欢迎关注系列文章：
> 搬运小车方案总述： [Poao：2021-工训搬运机器人-搬运小车方案简述](https://zhuanlan.zhihu.com/p/366523960 "Poao：2021-工训搬运机器人-搬运小车方案简述")
1）行进驱动方案： [Poao：2021-工训搬运机器人-行进方案(步进电机+麦克纳姆轮)](https://zhuanlan.zhihu.com/p/359109065 "Poao：2021-工训搬运机器人-行进方案(步进电机+麦克纳姆轮)")
2）循迹定位方案： [Poao：2021-工训搬运机器人-循迹编程思路](https://zhuanlan.zhihu.com/p/362000849 "Poao：2021-工训搬运机器人-循迹编程思路")
3）机械臂动作顺序： [Poao：2021-工训搬运机器人-机械臂动作顺序](https://zhuanlan.zhihu.com/p/367892776 "Poao：2021-工训搬运机器人-机械臂动作顺序")
4）识别方案（二维码+物料）： [Poao：2021-工训搬运机器人-openmv识别](https://zhuanlan.zhihu.com/p/367614669 "Poao：2021-工训搬运机器人-openmv识别")

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