多控机械臂物联网系统设计

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.27.010

多控机械臂物联网系统设计

王胜 王红心＊ 汤莉莉 李大江 刘进 王泉涛 黄思嘉 孙江波(湖北大学知行学院计算机与信息工程系 湖北武汉 430011)

①

摘 要：在工业或日常生活中，智能机械臂因为其仿生性，给予人类巨大的帮助，大量应用于工业生产、科研考察等环境中。本系统采用STM32单片机作为机械臂核心控制器，通过移植操作系统与Qt界面到S3C2440开发板并在其上建立局域网服务器，最终实现了机械臂的多种控制方式，可以通过手机APP端、PC、感应手套对机械臂进行操控，还可以让其自动运行。同时亦可通过摄像头对机械臂进行实时监控。

关键词:手势感应 机械臂 局域网 监控

中图分类号:TP399;TN923 文献标识码：B 文章编号：1674-098X(2017)09(c)-0010-02Abstract: In industrial or daily life, the intelligent mechanical arm is a great help to mankind because of its imitative nature, and has been widely used in industrial production, scientific research and research environment. This system uses STM32 microcontroller as the core controller of mechanical arm, by the transplantation of operating system and the Qt interface to the S3C2440 development board and the establishment of the LAN server in the end, to achieve a variety of mechanical arm control mode, through the mobile phone APP terminal, personal PC, induction gloves manipulation of the mechanical arm, also can make the automatic operation. At the same time, the robot can also be monitored by video camera in real time.

Key Words: Gesture-sensing; Mechanical arm; Local area network; Monitoring

从嵌入式技术的出现到现在，为人类带来了无数的便利，智能生活、智能生产等许多概念让人类的一系列生活方式因这一技术而改变。在工业或日常生活中，智能机械臂因为其仿生性，给予人类巨大的帮助，大量应用于工业生产、科研考察等环境中。随着嵌入式技术的发展，工业生产也越来越自动化，若是机械臂与物联网结合起来，将会使得工业生产与科考技术更加进步，通过多种控制方式与物联网系统，让机械臂具备多种功能，适应不同环境与人群，并具备各种数据传输功能，可以更好地完成工作需求。

片机芯片作为主控制器，连接三轴加速度传感器模块与无线模块，采集人手的位置信息，再通过无线模块发送到机械臂终端。手势感应手套硬件设计如图2所示。

2 系统的主要研究功能与设计要求

本系统的主要研究功能主要概括为以下几点。

1 总体系统设计方案

本系统使用STM32[1-2]作为机械臂终端的控制核心,通过安装蓝牙HC-05模块与无线模块,以便实现手机APP控制与手势感应控制,同时通过移植linux操作系统与Qt界面[3-5]到S3C2440开发板上，并使用串口与STM32控制的机械臂终端进行通信，添加摄像头模块，并建立服务器，为局域网内所有PC机上的Qt客户端提供控制与监视机械臂的服务。硬件系统框图如图1所示。

对于机械臂手势感应手套，主要是通过一个STM32单

图1 机械臂硬件系统框图

①基金项目：湖北高校2016年省级大学生创新创业训练计划项目(项目编号：201610512001)。 作者简介：王胜（1995—），男，湖北黄冈人，本科，研究方向：电路设计。

汤莉莉（1982—），女，湖北荆州人，硕士，讲师，研究方向：电路设计、仿真技术。

通讯作者：王红心（1967—），男，湖北安陆人，本科，副教授，研究方向：电路设计，E-mail:325060932@qq.com。

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald

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2017 NO.27Science and Technology Innovation Herald科技创新导报4 结语

在设计多控机械臂物联网系统时，赋予其多种控制方式与多种功能，较之普通的机械臂，有以下优点：

(1)使用手机蓝牙进行直接精确控制，使机械臂可以做出不同动作，方便快捷，适合家庭中的民用机械臂使用。

(2)使用电脑Qt客户端对机械臂进行控制，方便工业生产中的远程控制。

图2 手势感应手套硬件设计框图

(3)使用手势感应手套对机械臂进行控制，使得人可以方便快捷的控制机械臂，如同控制自己的手一般，此项功能可以应用于人型机器人，比其他操控方式更能快速控制，更能适合人类形态的机器人的操控。

(4)本设计配置了实时监控的摄像头，在局域网的任意一台电脑都可以实时监控或控制机械臂，为远程控制和实时了解信息提供便利。

随着嵌入式技术的发展，工业生产也越来越自动化，若是机械臂与物联网结合起来，将会使得工业生产与科考技术更加进步，通过多种控制方式与物联网系统，让机械臂具备多种功能，适应不同环境与人群，并具备各种数据传输功能，可以更好地完成工作需求。

(1)如何设计一个机械臂终端作为蓝牙数据接收端，接收数据的同时让主控芯片判断数据，然后对机械臂进行操作。

(2)如何设计一个蓝牙的手机控制端的通信协议来对机械臂进行控制。

(3)如何设计一个无线手势感应手套来采集人体手臂的数据，进而实现对机械臂进行控制，其中的无线传输协议如何制定。

(4)如何让机械臂进行自动搬运功能，自动化程序如何设计。

(5)如何使用S3C2440芯片对摄像头进行控制，并采集图像数据后显示于LCD，同时设计一个服务器程序，将图片信息发送给每一个客户端，使局域网内的客户端都可以看到摄像头采集的数据。

基于以上研究功能，本系统设计要求如下。(1)通过手机APP可以控制机械臂进行操作。(2)机械臂可以完成一系列展示动作。

(3)机械臂有摄像头，可对机械臂或周围环境进行视频监控。

(4)可以在局域网内对机械臂进行操控。

(5)在linux或Windows操作系统上设计操控与监视的客户端软件。

参考文献

[1] 蒙博宇.STM32自学笔记[M].北京:北京航空航天大学出

版社,2012.

[2] 刘火良,杨森.单片机与嵌入式:STM32库开发实战指南

[M].北京:机械工业出版社,2013.

[3] 冯利美,冯建.嵌入式Linux C语言程序设计基础教程

[M].北京:人民邮电出版社,2013.

[4] 韩少云,奚海蛟,谌利.基于嵌入式Linux的Qt图形程序

实战开发[M].北京:北京航空航天大学出版社,2012.[5] 程姚根,苗德行.嵌入式操作系统(Linux篇)[M].北京:人

民邮电出版社,2014.

3 系统的特色和创新点

本系统的特色可概括为：采用手机APP端、电脑客户端、手势感应手套及自动运行等多种控制方式，在不同的工作环境下切换适合的控制方式，使得机械臂可以更好地应用于不同的工作，减少操作难度。采用S3C2440移植Linux系统，并搭建服务器，管理机械臂终端，配合摄像头，让用户通过Qt客户端可以更好地进行远程操作，并且安全可靠，拓展性强。

本系统的创新点：采用手势感应手套对人体的手势数据进行采集，使得机械臂可以模仿人体手臂动作，可以应用于一些类人的机械控制，减少控制难度。摄像头可以监控并判断机械臂是否运动或周围的环境是否有运动的物体，通过这一功能可以监控机械臂的运动状态或无人工厂是否有人

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