<div class="document"> <div> <h1 class="heading-h1">智能循迹识别拾取小车 - 项目完整文档</h1> </div> <div>**</div> <div> <h2 class="heading-h2">目录</h2> </div> <ol> <li class="temp-li number1"><a href="#%E4%B8%80-%E9%A1%B9%E7%9B%AEidea" target="_blank">项目 Idea</a></li> </ol> <ol> <li class="temp-li number1"><a href="#%E4%BA%8C-%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E8%AF%A6%E7%BB%86%E6%8F%8F%E8%BF%B0" target="_blank">项目详细描述</a></li> </ol> <ul> <ul> <li class="temp-li bullet2"><a href="#1-%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E8%83%8C%E6%99%AF" target="_blank">1. 项目背景</a></li> </ul> </ul> <ul> <ul> <li class="temp-li bullet2"><a href="#2-%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E7%9B%AE%E6%A0%87" target="_blank">2. 项目目标</a></li> </ul> </ul> <ul> <ul> <li class="temp-li bullet2"><a href="#3-%E6%A0%B8%E5%BF%83%E5%8A%9F%E8%83%BD%E4%B8%8E%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E6%B5%81%E7%A8%8B" target="_blank">3. 核心功能与工作流程</a></li> </ul> </ul> <ul> <ul> <li class="temp-li bullet2"><a href="#4-%E6%8A%80%E6%9C%AF%E6%9E%B6%E6%9E%84" target="_blank">4. 技术架构</a></li> </ul> </ul> <ul> <ul> <li class="temp-li bullet2"><a href="#5-%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%88%9B%E6%96%B0%E7%82%B9" target="_blank">5. 项目创新点</a></li> </ul> </ul> <ul> <ul> <li class="temp-li bullet2"><a href="#6-%E5%BA%94%E7%94%A8%E5%9C%BA%E6%99%AF" target="_blank">6. 应用场景</a></li> </ul> </ul> <ul> <ul> <li class="temp-li bullet2"><a href="#7-%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%AE%9E%E6%96%BD%E8%AE%A1%E5%88%92" target="_blank">7</a><a href="#7-%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%AE%9E%E6%96%BD%E8%AE%A1%E5%88%92" target="_blank">.</a><a href="#7-%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%AE%9E%E6%96%BD%E8%AE%A1%E5%88%92" target="_blank"> 项</a><a href="#7-%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%AE%9E%E6%96%BD%E8%AE%A1%E5%88%92" target="_blank">目</a><a href="#7-%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%AE%9E%E6%96%BD%E8%AE%A1%E5%88%92" target="_blank">实</a><a href="#7-%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%AE%9E%E6%96%BD%E8%AE%A1%E5%88%92" target="_blank">施</a><a href="#7-%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%AE%9E%E6%96%BD%E8%AE%A1%E5%88%92" target="_blank">计</a><a href="#7-%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%AE%9E%E6%96%BD%E8%AE%A1%E5%88%92" target="_blank">划</a></li> </ul> </ul> <div> <h2 class="heading-h2">一、项目 Idea</h2> </div> <div>本项目旨在设计并制作一款集<strong>自主循迹移动、目标物体识别、精准机械拾取</strong>于一体的小型智能机器人小车。核心逻辑是通过整合<strong>传感器感知、嵌入式控制、机器视觉与机械执行</strong>四大技术方向，解决 “固定路径下的自动物料分拣、小型物体定向搬运” 等场景的痛点需求，实现从 “路径引导→目标定位→主动拾取→定点投放” 的全流程自动化。</div> <div>项目定位为<strong>低成本、易上手、可扩展</strong>的综合实践平台，既适用于高校机器人课程设计、创客竞赛，也可作为小型仓储、实验室、家庭场景的轻量化物料处理工具。</div> <div> <h2 class="heading-h2">二、项目详细描述</h2> </div> <div> <h3 class="heading-h3">1. 项目背景</h3> </div> <div>在工业分拣、实验室样品搬运、家庭杂物整理等实际场景中，存在以下核心痛点：</div> <ul> <li class="temp-li bullet1"><strong>人工操作局限</strong>：效率低、重复性高、人力成本逐年上升；</li> </ul> <ul> <li class="temp-li bullet1"><strong>大型设备不足</strong>：传统智能分拣设备体积大、价格昂贵（数万元起）、部署灵活度低，不适用于小型场景；</li> </ul> <ul> <li class="temp-li bullet1"><strong>教育平台缺口</strong>：现有入门级机器人小车多为单一功能（仅循迹或避障），缺乏 “多技术融合” 的综合实践载体，难以满足深度学习需求。</li> </ul> <div>本项目以 “小型化、低成本、多功能集成” 为突破口，填补入门级综合智能机器人的市场空白，同时为轻量化自动化场景提供可落地的解决方案。</div> <div> <h3 class="heading-h3">2. 项目目标</h3> </div> <div> <h4 class="heading-h4">（1）核心功能目标</h4> </div> <div> <table class="ace-table"> <tr> <td> <div>功能类别</div> </td> <td> <div>具体指标要求</div> </td> </tr> <tr> <td> <div>自主循迹</div> </td> <td> <div>支持黑白线 / 色带路径识别，实现直行、转弯、偏航修正；循迹误差≤2cm，最大速度≥10cm/s</div> </td> </tr> <tr> <td> <div>物体识别</div> </td> <td> <div>识别≥3 类目标（如彩色小球、积木、小型零件）；准确率≥90%，识别距离 0.2-1m</div> </td> </tr> <tr> <td> <div>精准拾取</div> </td> <td> <div>拾取成功率≥85%；适配直径 2-5cm 固体或厚度≤1cm 轻薄物体</div> </td> </tr> <tr> <td> <div>流程闭环</div> </td> <td> <div>实现 “循迹→识别→拾取→投放” 全自动化，无需人工干预</div> </td> </tr> </table> </div> <div> <h4 class="heading-h4">（2）技术与成本目标</h4> </div> <ul> <li class="temp-li bullet1"><strong>成本控制</strong>：入门级硬件方案总成本≤300 元，进阶级（含深度学习识别）≤500 元；</li> </ul> <ul> <li class="temp-li bullet1"><strong>可扩展性</strong>：软件模块化设计，支持新增避障、WiFi 远程控制、数据上传等功能；</li> </ul> <ul> <li class="temp-li bullet1"><strong>稳定性</strong>：连续运行时间≥30 分钟，适应室内普通光照（50-500lux）环境；</li> </ul> <ul> <li class="temp-li bullet1"><strong>易用性</strong>：提供详细接线图、代码注释及调试指南，新手可在 1 周内完成硬件搭建。</li> </ul> <div> <h3 class="heading-h3">3. 核心功能与工作流程</h3> </div> <div> <h4 class="heading-h4">（1）核心功能拆解</h4> </div> <div> <table class="ace-table"> <tr> <td> <div>模块名称</div> </td> <td> <div>技术实现细节</div> </td> </tr> <tr> <td> <div><strong>路径循迹模块</strong></div> </td> <td> <div>采用 4 路 TCRT5000 红外传感器检测路径；通过<strong>PID 算法</strong>动态调节左右电机转速，修正行驶方向，避免偏航。</div> </td> </tr> <tr> <td> <div><strong>目标识别模块</strong></div> </td> <td> <div>基于 ESP32-CAM 摄像头采集图像；入门级用 OpenCV 提取 HSV 颜色特征识别目标，进阶级用 TensorFlow Lite 加载 MobileNet 轻量化模型实现自定义物体识别。</div> </td> </tr> <tr> <td> <div><strong>机械拾取模块</strong></div> </td> <td> <div>两种方案可选：① 3 自由度 SG90 舵机机械臂（底座旋转 + 大臂升降 + 夹爪开合）；② 微型真空泵 + 硅胶吸盘（适配轻薄物体）。</div> </td> </tr> <tr> <td> <div><strong>动力控制模块</strong></div> </td> <td> <div>130 直流减速电机提供动力；L298N 驱动板接收控制指令，实现电机正反转、调速；ESP32 作为核心处理器协调各模块时序。</div> </td> </tr> <tr> <td> <div><strong>电源管理模块</strong></div> </td> <td> <div>2 节 18650 锂电池串联（7.4V/2000mAh）供电；搭配 DC-DC 降压模块（输出 5V）为控制板、传感器供电，电机直接用 7.4V 驱动。</div> </td> </tr> </table> </div> <div> <h4 class="heading-h4">（2）完整工作流程</h4> </div> <div> </div> <div> <h3 class="heading-h3">4. 技术架构</h3> </div> <div>项目采用<strong>分层式架构设计</strong>，各层职责清晰，便于调试与功能扩展：</div> <div> <pre><code></code></pre> <div>┌─────────────────┐ 应用层：流程控制逻辑、用户交互（如报警提示）</div> <pre><code></code></pre> <div>│ 应用层 │</div> <pre><code></code></pre> <div>├─────────────────┤ 控制层：核心算法（循迹PID、识别逻辑）、模块协调</div> <pre><code></code></pre> <div>│ 控制层 │ 核心硬件：ESP32/Arduino嵌入式芯片</div> <pre><code></code></pre> <div>├─────────────────┤ 感知层：环境与目标信息采集</div> <pre><code></code></pre> <div>│ 感知层 │ 核心硬件：红外循迹传感器、ESP32-CAM摄像头</div> <pre><code></code></pre> <div>├─────────────────┤ 执行层：物理动作执行</div> <pre><code></code></pre> <div>│ 执行层 │ 核心硬件：直流电机、舵机/真空泵</div> <pre><code></code></pre> <div>├─────────────────┤ 电源层：全系统供电保障</div> <pre><code></code></pre> <div>│ 电源层 │ 核心硬件：锂电池组、DC-DC降压模块</div> <pre><code></code></pre> <div>└─────────────────┘</div> <pre><code></code></pre> </div> <div> <h3 class="heading-h3">5. 项目创新点</h3> </div> <ol> <li class="temp-li number1"><strong>多技术融合集成</strong>：突破入门级小车 “单一功能” 局限，首次在 300 元成本内实现 “循迹 - 识别 - 拾取” 全流程自动化，贴近实际应用场景；</li> </ol> <ol> <li class="temp-li number1"><strong>低成本高性价比</strong>：选用 ESP32-CAM（集成控制 + 摄像头）、SG90 舵机等平价硬件，对比同类方案成本降低 50% 以上；</li> </ol> <ol> <li class="temp-li number1"><strong>软硬双可扩展</strong>：</li> </ol> <ul> <ul> <li class="temp-li bullet2">硬件：预留超声波传感器接口（可加避障功能）、蓝牙模块接口（可加远程控制）；</li> </ul> </ul> <ul> <ul> <li class="temp-li bullet2">软件：代码按模块拆分（循迹、识别、拾取独立函数），支持快速新增功能；</li> </ul> </ul> <ol> <li class="temp-li number1"><strong>教育友好设计</strong>：提供 “硬件接线图 + 模块化代码 + 调试手册” 全套资料，代码注释覆盖率≥80%，适合学生、创客入门学习。</li> </ol> <div> <h3 class="heading-h3">6. 应用场景</h3> </div> <div> <h4 class="heading-h4">（1）教育实践场景</h4> </div> <ul> <li class="temp-li bullet1">高校 / 中职：作为 “嵌入式开发”“机器视觉”“机器人技术” 等课程的实践项目，帮助学生理解多技术协同原理；</li> </ul> <ul> <li class="temp-li bullet1">创客教育：适配中小学创客竞赛（如 “机器人分拣挑战赛”），提供快速开发方案。</li> </ul> <div> <h4 class="heading-h4">（2）小型自动化场景</h4> </div> <ul> <li class="temp-li bullet1">实验室：自动分拣小型实验样品（如试管、载玻片）；</li> </ul> <ul> <li class="temp-li bullet1">电子车间：分拣电阻、电容等小型元器件；</li> </ul> <ul> <li class="temp-li bullet1">家庭：定制为 “宠物零食自动投放车”“桌面杂物整理车”。</li> </ul> <div> <h4 class="heading-h4">（3）竞赛与展示场景</h4> </div> <ul> <li class="temp-li bullet1">机器人竞赛：适配 “循迹拾取”“物料搬运” 类竞赛任务；</li> </ul> <ul> <li class="temp-li bullet1">技术展示：作为企业 / 学校的 “轻量化自动化” 技术演示载体。</li> </ul> <div> <h3 class="heading-h3">7. 项目实施计划（简化版）</h3> </div> <div> <table class="ace-table"> <tr> <td> <div>实施阶段</div> </td> <td> <div>时间周期</div> </td> <td> <div>核心任务清单</div> </td> <td> <div>交付物</div> </td> </tr> <tr> <td> <div>需求分析与设计</div> </td> <td> <div>第 1 周</div> </td> <td> <div>1. 明确功能需求与性能指标；2. 完成硬件选型与成本核算；3. 设计电路接线图与软件架构。</div> </td> <td> <div>需求文档、硬件清单、电路接线图、软件架构图</div> </td> </tr> <tr> <td> <div>硬件组装与接线</div> </td> <td> <div>第 2-3 周</div> </td> <td> <div>1. 采购硬件元器件；2. 搭建小车底盘，固定电机、传感器、机械臂；3. 按接线图完成电路连接与硬件自检。</div> </td> <td> <div>组装完成的小车硬件、硬件自检报告</div> </td> </tr> <tr> <td> <div>软件模块开发</div> </td> <td> <div>第 4-6 周</div> </td> <td> <div>1. 开发循迹模块代码（含 PID 调试）；2. 开发物体识别模块代码（颜色识别 / 模型部署）；3. 开发机械臂 / 吸盘控制代码。</div> </td> <td> <div>循迹代码、识别代码、拾取代码（含测试报告）</div> </td> </tr> <tr> <td> <div>系统整合与调试</div> </td> <td> <div>第 7-8 周</div> </td> <td> <div>1. 整合各模块代码，调试全流程逻辑；2. 优化循迹精度、识别准确率、拾取成功率；3. 解决硬件兼容性问题。</div> </td> <td> <div>完整系统代码、调试日志、功能测试视频</div> </td> </tr> <tr> <td> <div>测试与优化</div> </td> <td> <div>第 9 周</div> </td> <td> <div>1. 模拟实际场景进行 30 次连续测试；2. 针对故障点（如识别失败、拾取脱落）优化代码；3. 编写用户手册。</div> </td> <td> <div>测试报告、优化后系统代码、用户操作手册</div> </td> </tr> <tr> <td> <div>项目验收</div> </td> <td> <div>第 10 周</div> </td> <td> <div>1. 对照需求目标进行功能验收；2. 演示 “循迹 - 识别 - 拾取 - 投放” 全流程；3. 交付全套资料。</div> </td> <td> <div>验收报告、全套项目资料（硬件清单、代码、手册、测试视频）</div> </td> </tr> </table> </div> <div> </div> </div>