毫米级全方位移动微型装配机器人

毫米级全方位移动微型装配机器人

移动微型操作机器人具有良好的运动灵活性和较高的操作精度，在生物医学、管道检测和微型工厂等方面都有很好的应用前景．该方面的研究也一直得到国内外的广泛关注，并取得了一定的进展．瑞士Yesin等人提出了一种由电磁场引导的仿生微操作机器人，可用于人体眼、耳及心血管等部位的疾病诊治；日本Shibata等开发了一种直径10 ITlnl的管道检测机器人，采用压电驱动器、利用微波进行能量传输；法国Dembele等研制了以超声波马达为核心部件的微动机器人平台，可用于微型工厂、AFM系统中的精密定位操作；欧盟一些国家合作开发了MiniMan压电驱动微操作机器人系统，能完成较为复杂的操作任务。

本文介绍了一种微马达驱动的轮式全方位移动微操作机器人，用于微型工厂中微小零件的装配操作．在不到1 cm 空间内设汁了全方位的运动结构，并利用数学方法进行了分析证明．针对做机器人的特点，设计了基于计算机视觉的监控系统，描述了系统的工作原理．此外，文中对独特的3 1111t 电磁微马达、微机器人的定位和驱动方法等关键问题都进行了介绍。

2 移动微机器人结构

2．1 全方位结构

微机器人的CAD模型如图1昕示，主要包括驱动轮、微型齿轮组、电磁做马达驱动器、微夹钳及机器人本体(机架)等。

3个驱动轮呈等边三角形分布，提供了稳定的支撑结构。4个微马达中的3个直接作为轮了，用于前进、后退驱动；第4个安装在机架中部，其输出轴直接与小齿轮连接，用于转向驱动．微机器人的直线运动与转向运动是相互独立的。

微型齿轮组中的3个大齿轮分别同中问的小齿轮啮合，传动比为1：3。作为传动机构，齿轮组既可以把转向力矩放大并传递到轮子上，又可以提高转向精度。微齿轮组是实现全方位特性的关键所在，当转

向马达驱动小齿轮转动时，3个大齿轮也将同速、同向转动，从而带动3个轮子同步转向，且转向角度相等．该设计使微机器人能在平面内实现360。全方位转

向。转向过程中，微机器人本体保持不动，回转半径为零，从而更能适应狭小的工作环境。

微机器人顶部还安装了一部可拆卸的微夹钳由压电材料制作而成。当施加正向或反向电压时，灾钳将会张开或合拢，可进仃微小零件的夹取、装配等操作。微夹钳根部的转向轴与一个大齿轮相连，因此其转向同样受转向马达控制．微夹钳手臂的方向始终与微机器人的运动方向保持一致。

微机器人采用MEMS技术加工制造而成，实物尺寸为9 mm×9 mm×9 mm，质量为2．8 g。

2．2 电磁微马达

微马达采用准LIGA(光刻、电铸成型和塑铸成型)技术加工制造，并经遗传算法优化设计。3 mm马达质量为90 mg，最高转速可达20000 r／min，最大输出力矩为8.3

如图3(a)所示，微马达采用了2片定子夹1个转子的三明治结构．转子为8极磁钢制作，定子为6绕组多层结构，内部为三相星形连接．输出轴上套有红宝石轴承，以减小摩擦。

为减小微机器人的体积，充分利用了微马达三明治结构的特点，将其直接作为驱动轮，如图3(b)所示。运动时，马达转子直接与地面接触。

3 微机器人运动学分析

利用求解运动学矩阵秩的方法，证明微机器人结构的全方位特性，以及转向与直线运动的独立性，并建立针对微夹钳的运动学方程。

3．1 全方位特性分析

图4给出的二维坐标系统中，XOY为地面坐标系，XrOrYr为微机器人坐标系．#1—3为呈等边三角形分布的驱动轮。

微机器人在地面坐标系中的位姿(指机器人的位置(x ，y )和姿态即方向角度 )可表示为：

微机器人坐标系相对于地面坐标系的正交变换矩阵为：

图5所示为单个驱动轮在微机器人坐标系中的位姿。假设该驱动轮转动时与地面无滑动摩擦，那么轮与地面接触点的速度为0。此时，微机器人满足两个方向上的运动学约束，即轮平面方向和轮平面正

交方向，可分别表示为：

其中为第个轮中心点到坐标原点，的距离，为连线与轴的夹角，为第个轮的方位角，r为轮半径，为轮转动速度。

当取适当值时，机器人的运动将不受式(3)的约束，但一直受式(4)的约

束。．考虑到微机器人的3个轮都会产生这样的约束，总的运动学约束可用矩阵方程表示：

该矩阵的秩将决定微机器人的运动特性。

微机器人的结构设计决定了中，和，为常量，为变量，因此只需

考虑的变化．假设微机器人三个轮逆时针同步转动角，如图6所示．将图中所示的相关参数( 和 )代人

中，再经过矩阵初等变换，可以得到其等价矩阵：

轮式机器人的机动性(1naneuverability)包含移动性(1nobility)和转向性(steerability)两个方面．体现移动性的移动自由度定义为，体现转向性的转向自由度定义，而体现机动性的机动自由度定义为。

由式(6)可知，微机器人的 =l， =2， =3．机动自由度为3，说明其具有平面运动的全部3个自由度，因此该微机器人具有全方位特性．移动自由度为l，说明如果不进行方向调整，微机器人只能进行直线运动，这与微机器人实际情况一致(直线与转向运动相互独立)。

3．2 微夹钳运动学方程

如图7所示，除XOY和外，增加了微夹钳坐标系，轮子简化为实心圆点表示．夹钳中心点在XOY中的坐标为：，其在中的坐为：夹钳手臂长度为b，手臂与轴的夹角为

微夹钳在不同坐标系中的坐标与存在如下变换关系：

其中右侧第2个矩阵为坐标系到的变换阵，第1个矩阵为到XOY的变换阵将式(7)右侧各矩阵相乘后，可以得到夹钳中心坐标即( ， )与机器人位姿即( ， )、夹钳转角之间的函数关系式：

对上式中的及等变量进行求导，得到夹钳中心点的运动速度表达式：

其中；

上式可通过求解式(5)得到，其中表示零空间的一个基，代表微机器人直线运动的输入控制参量．在式(9)基础上，微夹钳运动学方程可定义为：

3．3 运动学仿真

运动学方程(10)体现了微夹钳在地面坐标系中的运动情况与输入控制量之间的关系。这里仅对转向运动进行仿真，结果如图8所示。

设定输入的转向驱动信号为半周期的正弦波，频率0．1 Hz，幅值为1(图8(a)上图，参数取盯／4，b取1．图8(a)下图中的转角变化曲线，平缓且逐渐增加；微夹钳沿X、Y，轴方向上的速度曲线成对称关系，对称轴在时间轴2．5 S 处，如图8(b)所示。

4 微机器人控制系统

控制系统硬件设计

控制系统的功能结构框图如图3所示。其硬件控制电路主要包括微处理器、微马达／全H桥控制器、微马达驱动器、PWM数模转换器(DAC)、可调升压电路、全H桥、RS-232电平转换电路以及FLASH等。

4．1 ARM 核处理器模块

目前，ARM核处理器在测量与控制工程领域应用广泛。考虑到本控制系统本身包含大量干扰源，如果使用分开存储器，系统工作时，程序可能会因受到干扰而“跑飞”，所以这里选用了集成了256 kB片内SRAM的AT91 R40008作为系统控制／运算核心。

系统上电后，Flash中的存储程序会将自身和数据拷贝到处理器内部的存储器中，从而使系统工作更加稳定。

4．2 微马达控制电路

电磁微马达属于无刷直流电机，定子绕组为6个，部采用三相星形连接；转子磁极对数为4对，可作为步进电机来进行步进控制。基本原理是控制定子三相绕组的通电顺序，以产生旋转磁场驱动转子转动。

通常微马达的换相控制可由处理器完成，但本系统对微马达步进精度有特别要求，因此设计了一种特殊的PWM转矩矢量合成控制方法。一般的控制方法在换相时仅改变一次输出即可，而新方法必须不断的更改输出直到微马达换相完毕，因此大大增加了处理器的负担。所以，利用CPLD通过Verilog语言设计了一个微马达控制器，该控制器以16位并行总线和处理器相连，处理器仅需更改控制器中一些寄存器的数值即可完成对微马达的复杂操作。

微马达控制器结构如图4所示。基本原理是进行相邻两个通电状态的高频切换，但每个状态的占空比不同。因此电机状态字缓冲寄存器的高6位和低6位分别存储待切换的两个状态，而电机控制字缓冲寄存器的高5位和低5位分别存储两个状态的占空比。

4．3 微夹钳控制电路

微夹钳驱动控制电路主要由可调升压电路、全H桥、PWM DAC、全H桥控制器组成。

为使压电微夹钳产生足够的形变释放或抓取工件，必须施加超过100 V的高压。而电路板上输入电压只有12～15 V，简单的三端稳压器无法满足要求，因此采用了升压型开关稳压器。

由于微机器人的质量很小，当夹钳突然施加高压产生较大形变时，会引起微机器人位移甚至倾覆，所以施加的电压需要缓慢变化至目标值。这里仅要求在0．2～3．0 V范围内可调，输出电压相应为107～37 V，对精度以及转换速度均没有特别要求，所以使用了转换时间特别延长了的PWM数模转换器。该PWM DAC 由PWM波形发生器，低通滤波器及电压跟随器构成。

PWM波形发生器也利用CPLD设计，其结构如图5所示，其中器件工作频率为2 MHz，加法计数器为4位。比较器2在加法计数器每个计数周期将可逆计数器中数值和加法计数器的计数值作比较，如果后者小于前者输出0，否则输出1，这样比较器2就可以产生一个频率125 kHz决定的PWM信号，其占空比为：

式中：C为可逆计数器的计数值。

该PWM DAC的输出电压变化率为0．4 V／S。经过实验表明，整个升压电路输出电压从37 V上升到107 V时需要大约8 S，整个过程手臂形变缓慢，微机器人没有产生位移。

4 控制系统软件设计

4．1 微马达的控制

微机器人各种基本动作是通过执行微马达驱动程序来实现的。电磁微马达的惯性很小，在一般速度下可直接进人同步运行状态。

目前微马达可实现2．5。／step的微步进运动，此时，转子旋转360。电气角度需经历36个通电状态。其中12个是2～3通电固有状态，其余24个属于细分出来的状态。可将这些状态对应的微马达控制器状态字寄存器的值存储在一个数组里，一共有36个元素。2～3通电状态转子位置只由状态字决定，其它细分的通电状态转子所在的位置，由对应的状态字和控制字共同决定。通过顺序或倒序读取数组中的状态字，就可控制微马达驱动微机器人的高精度前进或后退。

若定义每个通电状态的转换时间(即换相时间)为T m，则微马达的转速V m可表示为(注：轮直径3．3 mm，马达磁极对数为4)：

式中：T m是微马达控制算法里面的一个重要参数，控制即可实现微机器人以不同的速度连续运动。

4．2 控制系统与上位机的通信

考虑到计算机视觉系统和微机器人通信传输距离较短，传输数据量较少，速度要求也不高，故这里选择简单而实用的RS-232一C标准的串行通信接口来实现上位机与控制器之间的通信。因为RS_232．C没有规定应用层

协议，所以这一部分根据要求自行设计。

通信信息分成两大类：命令和视觉信息。前者计算机作为普通的上位机主要担任控制系统和操作人员之间的人机界面，后者计算机作为视觉系统的核心负责

图像处理计算。命令和信息以不同的开头字符进行区分。

5 实验结果

利用该微装配机器人系统进行了微轴／轴孔的装配实验。根据上位机视觉系统通过RS-232接口传过来的微机器人位姿信息，上述控制系统能够控制机器人先快速接近目标，然后通过高精度的单步运动进行轴孔／轴的对准操作，最后控制微夹钳释放轴孔，将其套在轴上。实验过程中一些具体数据如表1所示

该系统主要由主机Host(配有图像采集卡)、两CCD摄像头(其中一个为显微摄像头)、微移动装配平台、微机器人和系统控制电路板等部分组成，实物如图9所示，左上角为放大的微平台附近场景．

普通CCD摄像头被固定在微装配系统的天花板上，负责采集除了微移动平台之外的整个工作区图像(全局场景)．显微CCD摄像头被固定在微移动平台上待装配的零件正上方，负责采集待装配零件附近的图像(局部场景)．由两个摄像头作为传感器，结合运行图像识别程序的主机，它们组成了一个微机器人的计算机视觉控制系统。

主机处理软件用Visual C++编写，通过微机器人图像处理算法，计算出其在全局场景中的位姿或局部场景下的坐标，再根据具体任务进行路径规划，控制命令经RS232接口传送到本地控制电路板上，实现对微机器人的驱动控制。

5 微机器人定位

准确定位是对微机器人进行精确控制的前提，全局和局部场景中的定位方法不同。

为便于视觉系统识别机器人，在夹钳手臂的转动轴上安装了一个白色的圆形盖子(见图2)，视觉系统实际观察到的是这个白色盖子，而不是机器人本身。盖子的圆心坐标即代表微机器人本体中心位置。此外，夹钳手臂的后面安装了一个白色的“尾巴”，“尾巴”位于手臂的延长线上，和微机器人前进的方向相反。微装配手臂涂成黑色，这样在采集到的图像中，微机器人只有圆形的本体和“尾巴”可见，规定“尾巴”的反向延长线到y轴正方向的顺时针夹角即为机器人的方向角0。

宏观场景的机器人位置信息包含机器人本体的中心坐标和机器人的方向角度，它们是通过由粗到精的定位方法计算得到的。粗定位主要获得包含机器人的矩形，然后再在这个矩形中精确计算机器人的位置。这种分级定位的方法计算速度快，定位准确度高。机器人角度是通过Hough变换结合加权迭代的最小二乘法拟合直线得到的，这种方法克服了Hough变换检测直线结果精度不高，以及最小二乘法拟合直线抗干扰性差的缺点，有效地提高了直线的拟合精度，并且迭代次数少，计算速度快。

全局场景中，为了便于视觉系统识别机器人，在其顶部安装了一个白色的圆形盖子，其后面安装了一条白色的“尾巴”(实物见图2)．影像如图l0(a) 所示，盖子的圆心即代表微机器人的坐标，而“尾巴”的反向延长线到y轴正方向的顺时针夹角即为机器人的方向角(0． )．而在范围很小的局部场景中，只提供夹钳的中心点(即4个黑色钳齿所围成的矩形对角线交点)到原点的坐标，如图10(b)所示，中间的圆环是微零件。

全局场景中，和y方向上的定位误差分别小于0．7 Him和0．5 mm，角度误差小于0．5。．局部场景中，X和Y方向上的定位误差分别小于0．O12 mm 和0．008 mm。

微装配场景范围很小，仅能包含微机器人夹钳手臂前端以及所夹取的零件。因此在此区域中，视觉系统只提供微夹钳的中心点(即4个钳齿所围成的矩形

对角线交点)和区域原点的坐标，如图4所示。为了方便视觉系统快速准确地识别，

两个微夹钳前端用透明材料制作，而钳齿涂成黑色，图中黑色矩形块即为钳齿，中间的圆环是待装配的工件(宝石轴承)

考虑到机器人从宏观场景进入到微装配场景过程中，图像上会出现标识点不规则和计算点数量不足的情况，因此在微夹钳的位置信息上附加一条“信息特征”属性，并根据“单点块形标识”情况、“两点异臂”、“两点左臂”、“两点右臂”，以及“双臂全部”情况分别计算，最后一同输出到装配控制设备，以作为其控制机器人行动的参考。实验证明，该方法能够准确地识别出目标物体，并能快速计算出目标位置；和y方向上的定位误差可分别小于0．012 mlTl和0．008 mlYl，也满足应用要求。

5．2 微机器人驱动

微机器人采用了4个如图3所示的电磁微马达，以适应不同的驱动方式．当需要微机器人快速前进时，微马达用作直流电机使用，可采用常规的通电方式(2-2、3—3或2—3)驱动．当采用2—3方式时，马达转动360。电角度(一对磁极)需要12

步，此时微机器人运动速度可表示为：

其中D为轮直径，N为马达磁极对数,Tm为换相周期．通过调节Tm就可以控制微机器人的速度在0～10 ㎝／s之间变化。

微机器人轮直径为3．3㎜，磁极对数为4，采用2-3方式每步前进0．22 ㎜。当需要进行微操作时，该步进值不能满足要求．此时微马达将采用步进电机工作方式和基于PWM的转矩矢量驱动方法，使微马达旋转360。电角度可达到36步．目前微机器人最小步进值为：3．3,rr／(36×4)=0．07㎜，最小转向角度为：360。／(144×3)=0．83。机械角度(齿轮传动比为1：3)，步进值(角度)较2—3 式减小了3倍。

6 微机器人系统实验

为测试微机器人的驱动能力，进行了负重实验。实验在一个非导磁的铝合金平台上进行，能量通过金属线由外部供给．图1 1给出了不同驱动电压下的负重实验结果。在l2 V最大工作电压下，可负载约7．5 g的重物，能够满足应用要求。

此外，进行r微机器人穿越障碍(硬币)区的实验。微机器人需要穿过两个障碍物之间的空隙到达操作区域。视觉系统对微机器人进行定位，发送控制命令，调整其运动速度和运动方式。在驶向和驶离障碍区的过程中，微机器人的运动速度、单次运动距离等参数设定为较大数值，以节省时问；在进入障碍区后，要降低速度，减小单次运动的距离，增加方向调整次数，以避免与障碍物相碰。实验从一个方面说明了微机器人的机动性，验证了控制系统的有效性(如定位、驱动方法等)。

实验中，微机器人通过8根极细的金属导线传递控制信号，其中有2根用于做夹钳控制，有3根用于转向微马达控制，另3根用于并联的线驱动微马达控制，微马达驱动电压为12 V。

7 结论

微齿轮组的设计实现了微机器人的全方位转向，结构简洁、有效；利用微马达的三明治结构，将其直接作为驱动轮，有效地减小了设计窄问．以上两点是在1 CIII 空间内实现全方位移动微机器人设计的

关键．

以现有的技术条件，还无法在微机器人上安装定位、运动控制等传感器，所以外部计算机视觉监控系统也是一种较好的解决方案。微机器人的驱动、定位方法设计要考虑一些实际因素，如驱动器类型、微机器人结构特点以及应用场合等。

对于微机器人本身，有一些问题值得进一步研究，如转向运动与直线运动的整合，以及减小转向时轮与地面的摩擦等。

目录微型装配机器人设计书

1. 移动微机器人结构

2. 微机器人运动学分析

3. 微机器人控制系统

4. 微机器人定位

5. 微机器人系统实验

6.参考文献

《机器人技术及应用》综合习题

《机器人技术及应用》综合 习题 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

《机器人技术及应用》综合习题 一、判断 1.机器人是在科研或工业生产中用来代替人工作的机械装置。（对） 2. 19世纪60年代和20世纪70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。（错） 3. 对于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。（对） 4. 所谓特种机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。（错） 5. 机器人机械本体结构的动作是依靠关节机器人的关节驱动，而大多数机器人是基于开环控制原理进行的。（错） 6. 机器人各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出，由主计算机根据示教点参考坐标的空间位置、方位及速度，通过运动学逆运算把数据转变为关节的指令值。（对） 7. 为了与周边系统及相应操作进行联系与应答，机器人还应有各种通信接口和人机通信装置。（对） 8. 轮式机器人对于沟壑、台阶等障碍的通过能力较高。（错） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 机器人定义的标准是统一的，不同国家、不同领域的学者给出的机器人定义都是相同的。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 可编程机器人可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作，目前在工业界已不再应用。（错） 15. 感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。（对） 16. 第三阶段机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，称之为智能机器人。（对） 17. 工业机器人的最早研究可追溯到第一次大战后不久。（错） 18. 20世纪50年代中期，机械手中的液压装置被机械耦合所取代，如通用电气公司的“巧手人”机器人。（错）

移动机器人定位系统设计方案

移动机器人定位--传感器和技术 摘要 确切的了解车辆的位置是移动机器人应用的一个基本问题。在寻找解决方案时，研究人员和工程师们已经开发出不同的移动机器人定位系统、传感器以及技术。本文综述了移动机器人定位相关技术，总结了七种定位系统：1.里程法；2.惯性导航；3.磁罗盘；4.主动引导； 5.全球定位系统； 6.地标式导航和 7.模型匹配。讨论了各自的特点，并给出了现有技术的例子。 移动机器人导航技术正在蓬勃发展，正在开发更多的系统和概念。因为这个原因，本文给出的各种例子只代表各自的种类，不表示作者的倾向。在文献上可以发现许多巧妙的方法，只是限于篇幅，本文不能引用。 1。介绍 摘要概述了该技术在传感器、系统、方法和技术的目标，就是在一个移动机器人的工作环境中被找到。在测量文献中讨论这个问题，很明显，不同方法的基准比较是困难的，因为缺乏公认的测试标准和规的比较。使用的研究平台大不相同，用于不同的方法的关键假设也大不相同。再进一步，困难源自事实上不同的系统是处在其发展的不同阶段。例如，一个系统已经可以商业化；而另一个系统，也许有更好的性能，却只能实验室条件下作有限的测试。正是由于这些原因，我们一般避免比较甚至判断不同系统或技术的表现。在这篇文章里，我们也不考虑自动引导车(AGV)。AGV使用磁带、地下的引导线、或地面上的彩色条纹在作引导。这些小车不能自由设计路径，不能改变自己的道路，那样它们无法响应外部传感器输入（如避障）。然而，感兴趣的读者可能会在[Everett, 1995]找到AGV引导技术调查。 也许最重要的移动机器人定位文献的阅读结果，正是到目前为止，并没有真正完美的解决问题的方案。许多局部的解决办法大致分为两组：绝对的和相对的位置测量。因为缺乏一种完善的方法，开发移动机器人通常结合两种方法，从每个小组选一个方法。这些方法可以进一步分为以下七类: I：相对位置的测量（也称为Dead-reckoning） 1。里程法 2。惯性导航 II：绝对位置测量（基于参考的系统） 3。磁罗盘 4。主动发射引导 5。全球定位系统 6。地标式导航 7。模型匹配

移动机器人的目标跟随控制方法与相关技术

本技术公开了一种移动机器人的目标跟随控制方法，包括步骤：在移动机器人上设置三角摄像机组，且分配对应ID号和视角范围；采集获得跟随目标身份特征，及将其上传和存储；检测待跟随目标的身份特征及上传至云服务器，由云服务器特征匹配，匹配成功时确定和锁定该待跟随目标为跟随目标；人对所锁定跟随目标跟踪，获得跟随目标与移动机器人的相对方向；对所锁定跟随目标实时检测，计算获得相对距离；根据所获得跟随目标与移动机器人的相对方向、相对距离确定运动路线，及根据运动路线控制移动机器人向跟随目标运动。本技术具备更高的特征检测功能和更高程度的自动化控制功能，可更好地用于机器人跟随过程。 权利要求书 1.一种移动机器人的目标跟随控制方法，其特征在于，包括步骤： 在移动机器人上设置三角摄像机组，且为每个摄像机分配对应ID号和视角范围； 采集获得跟随目标身份特征，及将其上传和存储至云服务器； 所述移动机器人利用三角摄像机组检测待跟随目标的身份特征及上传至云服务器，由云服务

器根据上传的身份特征与所存储跟随目标身份特征匹配，在匹配成功时确定和锁定该待跟随目标为跟随目标； 所述移动机器人对所锁定跟随目标实时跟踪，提取跟随目标所在摄像机的ID号和视角范围；对所提取视角范围进行分区设置，确定跟随目标所在分区位置；由所述摄像机的ID号和跟随目标所在分区位置获得跟随目标与移动机器人的相对方向； 所述移动机器人对所锁定跟随目标实时检测，计算获得跟随目标与移动机器人的相对距离； 根据所获得跟随目标与移动机器人的相对方向、相对距离确定运动路线，及根据运动路线控制移动机器人向跟随目标运动，以实现对跟随目标的跟随； 以及，还包括判断所提取视角范围中跟随目标的位置是否发生偏离，及在发生偏离时控制移动机器人向跟随目标所偏离的方向转动；在发生偏离时，判断跟随目标是否出现在其他摄像机的视角范围中，及在出现于其他摄像机的视角范围中时进行跟随任务交接。 2.根据权利要求1所述移动机器人的目标跟随控制方法，其特征在于：所述方法采用窗口自适应的CamShift核密度估计算法对待跟随目标的人脸进行跟踪。 3.根据权利要求1所述移动机器人的目标跟随控制方法，其特征在于：所述方法采用基于Harr特征的Adaboost人脸检测算法对待跟随目标的人脸进行检测。 4.根据权利要求1所述移动机器人的目标跟随控制方法，其特征在于：所述方法还包括所述身份特征匹配失败时，由移动机器人发出提示警告。 5.根据权利要求1所述移动机器人的目标跟随控制方法，其特征在于：所述方法中移动机器人采用射频距离检测方法对所锁定跟随目标检测获得相对距离。 6.根据权利要求1所述移动机器人的目标跟随控制方法，其特征在于：所述方法还包括设置阈值，所述移动机器人根据阈值与相对距离的大小控制移动机器人运动。

外文翻译--轮式移动机器人的导航与控制

毕业设计(论文)外文 资料翻译 系部：机械工程 专业：机械工程及自动化 姓名： 学号： 外文出处：Control and (用外文写) Robotics(CRB) Technical Report 附件：1.外文资料翻译译文；2.外文原文。

附件1：外文资料翻译译文 轮式移动机器人的导航与控制 摘要：本文研究了把几种具有导航功能的方法运用于不同的控制器开发，以实现在一个已知障碍物前面控制一个开环系统（例如：轮式移动机器人）执行任务。第一种方法是基于三维坐标路径规划的控制方法。具有导航功能的控制器在自由配置的空间中生成一条从初始位置到目标位置的路径。位移控制器控制移动机器人沿设置的路径运动并停止在目标位置。第二种方法是基于二维坐标路径规划的控制方法。在二维平面坐标系中建立导航函数，基于这种导航函数设计的微控制器是渐进收敛控制系统。仿真结果被用来说明第二种控制方法的性能。 1介绍

很多研究者已经提出不同算法以解决在障碍物杂乱的环境下机器人的运动控制问题。对与建立无碰撞路径和传统的路径规划算法，参考文献[19]的第一章第九部分中提供了的全面总结。从Khatib在参考文献[13]的开创性工作以来，很显然控制机器人在已知障碍物下执行任务的主流方法之一依然是构建和应用位函数。总之，位函数能够提供机器人工作空间、障碍位置和目标的位场。在参考文献[19]中提供对于位函数的全面研究。应用位函数的一个问题是局部极小化的情况可能发生以至于机器人无法到达目标位置。不少研究人士提出了解决局部极小化错误的方法（例如参考文献[2], [3],[5], [14], [25]）。其中Koditschek 在参考文献[16]中提供了一种解决局部极小化错误的方法，那是通过基于一种特殊的位函数的完整系统构建导航函数，此函数有精确的数学结构，它能够保证存在唯一最小值。 在针对标准的 (完整的)系统的先前的结果的影响下, 面对更多的具有挑战性的非完整系统，越来越多的研究集中于位函数方法的发展(例如.,机器人)。例如, Laumond 等人 [18] 用几何路线策划器构建了一条忽略机器人非完全约束 的无障碍路线, 然后把几何线路分成更短的线路来满足非完全限制,然后应用最佳路线来减少路程。在 [10] 和 [11]中, Guldner 等人使用间断变化的模式控制器迫使机器人的位置沿着位函数的负倾斜度变动，及其定位与负倾斜度一致。在[1], [15], 和 [21]中,持续的位场控制器也保证了位函数的负倾斜度的位置追踪和定位追踪。在[9]中，面对目标因为周边的障碍物而不能达到这一情况时，Ge和Cui 最近提出一种新的排斥的位函数的方法来解决这一问题。在 [23]和[24]中, Tanner 等人采用[22] 中提出的导航函数研究和偶极位场概念为一个 不完全移动操纵器建立导航函数控制器。特别是, [23] 和 [24] 中的结果使用了间断控制器来追踪导航函数的负倾斜度, 在此过程中，一个不平坦的偶极位场使得机器人按照预想的定位拐入目标位置。 本文介绍了为不完全系统达到导航目标的两种不同的方法。在第一个方法中, 产生了一个三维空间似导航函数的预想的轨道，它接近于机器人自由配置空间上的唯一最小值的目标位置和定位。然后利用连续控制结构使机器人沿着这条路线走，在目标位置和定位点停下(例如,控制器解决一体化的追踪和调节问题)。这种方法特别的地方是机器人根据预想的定位到达目标位置，而不需要像许多先前

移动机器人定位与地图创建(SLAM)方法

自主移动机器人同时定位与地图创建（SLAM）方法1.引言： 机器人的研究越来越多的得到关注和投入，随着计算机技术和人工智能的发展，智能自主移动机器人成为机器人领域的一个重要研究方向和研究热点。移动机器人的定位和地图创建是自主移动机器人领域的热点研究问题。对于已知环境中的机器人自主定位和已知机器人位置的地图创建已经有了一些实用的解决方法。然而在很多环境中机器人不能利用全局定位系统进行定位，而且事先获取机器人工作环境的地图很困难，甚至是不可能的。这时机器人需要在自身位置不确定的条件下，在完全未知环境中创建地图,同时利用地图进行自主定位和导航。这就是移动机器人的同时定位与地图创建(SLAM) 问题，最先是由SmithSelf 和Cheeseman在1988年提出来的，被认为是实现真正全自主移动机器人的关键。SLAM问题可以描述为：机器人在未知环境中从一个未知位置开始移动，在移动过程中根据位置估计和传感器数据进行自身定位，同时建造增量式地图。在SLAM中，机器人利用自身携带的传感器识别未知环境中的特征标志，然后根据机器人与特征标志之间的相对位置和里程计的读数估计机器人和特征标志的全 局坐标。这种在线的定位与地图创建需要保持机器人与特征标志之间的详细信息。近几年来，SLAM的研究取得了很大的进展，并已应用于各种不同的环境，如：室内环境、水下、室外环境。 2.SLAM的关键性问题 2.1地图的表示方式 目前各国研究者已经提出了多种表示法，大致可分为三类：栅格表示、几何信息表示和拓扑图表示，每种方法都有自己的优缺点。

栅格地图表示法即将整个环境分为若干相同大小的栅格，对于每个栅格各指出其中是否存在障碍物。这种方法最早由Elfes和Moravec提出，而后Elfes进行了进一步的研究。它的优点在于创建和维护容易，尽量的保留了整个环境的各种信息，同时借助于该地图，可以方便地进行自定位和路径规划。缺点在于：当栅格数量增大时(在大规模环境或对环境划分比较详细时)，对地图的维护行为将变得困难，同时定位过程中搜索空间很大，如果没有较好的简化算法，实现实时应用比较困难。 几何信息地图表示法是指机器人收集对环境的感知信息，从中提取更为抽象的几何特征，例如线段或曲线，使用这些几何信息描述环境。该方法更为紧凑，且便于位置估计和目标识别。几何方法利用卡尔曼滤波在局部区域内可获得较高精度，且计算量小，但在广域环境中却难以维持精确的坐标信息。但几何信息的提取需要对感知信息作额外处理，且需要一定数量的感知数据才能得到结果。 拓扑地图抽象度高，特别在环境大而简单时。这种方法将环境表示为一张拓扑意义中的图(graph)，图中的节点对应于环境中的一个特征状态、地点。如果节点间存在直接连接的路径则相当于图中连接节点的弧。其优点是： (1)有利于进一步的路径和任务规划， (2)存储和搜索空间都比较小，计算效率高， (3)可以使用很多现有成熟、高效的搜索和推理算法。 缺点在于对拓扑图的使用是建立在对拓扑节点的识别匹配基础上的，如当环境中存在两个很相似的地方时，拓扑图方法将很难确定这是否为同一点。 2.2不确定信息的描述

机器人习题答案(开卷必备)

课程考试复习题及参考答案 一、名词解释题： 1. 自由度：指描述物体运动所需要的独立坐标数。 2. 机器人工作载荷：机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负载量（包括手部）。 3. 柔性手：可对不同外形物体实施抓取，并使物体表面受力比较均匀的机器人手部结构。 4. 制动器失效抱闸：指要放松制动器就必须接通电源，否则，各关节不能产生相对运动。 5. 机器人运动学：从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系称为运动学。 6. 机器人动力学：机器人各关节变量对时间的一阶导数、二阶导数与各执行器驱动力或力矩之间的关系， 即机器人机械系统的运动方程。 7. 虚功原理：约束力不作功的力学系统实现平衡的必要且充分条件是对结构上允许的任意位移（虚位移） 施力所作功之和为零。 8. PWM 驱动：脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation ）驱动。 9. 电机无自转：控制电压降到零时，伺服电动机能立即自行停转。 10. 直流伺服电机的调节特性：是指转矩恒定时，电动机的转速随控制电压变化的关系。 11. 直流伺服电机的调速精度：指调速装置或系统的给定角速度与带额定负载时的实际角速度之差，与给 定转速之比。 12. PID 控制：指按照偏差的比例（P , proportional ）、积分（I, integral ）、微分（D, derivative ）进行控制。 13. 压电元件：指某种物质上施加压力就会产生电信号，即产生压电现象的元件。 14. 图像锐化：突出图像中的高频成分，使轮廓增强。 15. 隶属函数：表示论域U 中的元素u 属于模糊子集A 的程度，在[0, 1]闭区间内可连续取值。 16. BP 网络：BP (Back Propagation)神经网络是基于误差反向传播算法的人工神经网络。 17. 脱机编程：指用机器人程序语言预先进行程序设计，而不是用示教的方法编程。 18. AUV ：Autonomous Underwater Vehicle 无缆自治水下机器人，或自动海底车。 二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容 答：机器人研究的基础内容有以下几方面：(1) 空间机构学；(2) 机器人运动学；(3) 机器人静力学；(4) 机器人动力学；(5) 机器人控制技术；(6) 机器人传感器；(7) 机器人语言。 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些 答：目前常用的有如下几种形式：(1) 横梁式。机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，具有占地面积小，能有效地利用空间，直观等优点。(2) 立柱式。多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式，一般臂部都可在水平面内回转，具有占地面积小而工作范围大的特点。(3) 机座式。可以是独立的、自成系统的完整装置，可随意安放和搬动。也可以具有行走机构，如沿地面上的专用轨道移动，以扩大其活动范围。(4) 屈伸式。臂部由大小臂组成，大小臂间有相对运动，称为屈伸臂，可以实现平面运动，也可以作空间运动。 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义 答：拉格朗日运动方程式一般表示为： d d L L τt q q ????- = ????? & 式中，q 是广义坐标；τ是广义力。L 是拉格朗日算子，表示为 L K P =- 这里， K 是动能；P 是位能。 4.机器人控制系统的基本单元有哪些 答：构成机器人控制系统的基本要素包括： (1) 电动机，提供驱动机器人运动的驱动力。(2) 减速器，为了增加驱动力矩、降低运动速度。(3) 驱动电路，由于直流伺服电动机或交流伺服电动机的流经电流较大，

机器人技术及应用综合习题

《机器人技术及应用》综合习题 一、判断 1.机器人是在科研或工业生产中用来代替人工作的机械装置。（对） 2. 19世纪60年代和20世纪70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。（错） 3. 对于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。（对） 4. 所谓特种机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。（错） 5. 机器人机械本体结构的动作是依靠关节机器人的关节驱动，而大多数机器人是基于开环控制原理进行的。（错） 6. 机器人各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出，由主计算机根据示教点参考坐标的空间位置、方位及速度，通过运动学逆运算把数据转变为关节的指令值。（对） 7. 为了与周边系统及相应操作进行联系与应答，机器人还应有各种通信接口和人机通信装置。（对） 8. 轮式机器人对于沟壑、台阶等障碍的通过能力较高。（错） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 机器人定义的标准是统一的，不同国家、不同领域的学者给出的机器人定义都是相同的。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 可编程机器人可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作，目前在工业界已不再应用。（错） 15. 感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。（对） 16. 第三阶段机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，称之为智能机器人。（对） 17. 工业机器人的最早研究可追溯到第一次大战后不久。（错） 18. 20世纪50年代中期，机械手中的液压装置被机械耦合所取代，如通用电气公司的“巧手人”机器人。（错） 19. 一般认为Unimate和Versatran机器人是世界上最早的工业机器人。（对） 20. 1979年Unimation公司推出了PUMA系列工业机器人，它是全电动驱动、关节式结构、多中央处理器二级微机控制，可配置视觉感受器、具有触觉的力感受器，是技术较为先进的机器人。（对） 1. 刚体的自由度是指刚体具有独立运动的数目。（对） 2. 机构自由度只取决于活动的构件数目。（错） 3. 活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数就是该机构的自由度。（对） 4. 机器人运动方程的正运动学是给定机器人几何参数和关节变量，求末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态。（对） 5. 机器人运动方程的逆运动学是给定机器人连杆几何参数和末端执行器相对于参考坐标系的位姿，求机器人实现此位姿的关节变量。（对） 6. 机械臂是由一系列通过关节连接起来的连杆构成。（对） 7. 对于机械臂的设计方法主要包括为2点，即机构部分的设计和内部传感器与外部传感器的设计。（错） 8. 球面坐标型机械臂主要由一个旋转关节和一个移动关节构成，旋转关节与基座相连，移动关节与末端执行器连接。（对） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 刚体在空间中只有4个独立运动。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 在机构中，每一构件都以一定的方式与其他构件相互连接，这种由两个构件直接接触的可动连接称为运动副。（错） 15. 运动副可以根据其引入约束的数目进行分类，引入一个约束的运动副称为二级副。（错） 16.通过面接触而构成的运动副，称为低副；通过点或线接触而构成的运动副称为高副。（对） 17. 两个构件之间只做相对转动的运动副称为移动副。（错） 18. 构成运动副的两个构件之间的相对运动若是平面运动则称为平面运动副，若为空间运动则称为空间运动副。（对） 19. 在平面机构中，每个构件只有3个自由度。每个平面低副（转动副和移动副）提供1个约束，每个平面高副提供2

工业机器人技术与应用试卷A

《工业机器人技术与应用》试卷（A ） 一、填空（每空1分，共30分） 1．按照机器人的技术发展水平，可以将工业机器人分为三代 ___ _ ___ 机器 人、 ____ __ _ 机器人和 ___ ____ 机器人。 2．机器人行业所说的四巨头是__________ 、 __________ 、 __________ 、__________。 3．机器人常用的驱动方式主要有_____ _ ____、 ____ __和______ ____ 三种基本类型。 4．一般来说，机器人运动轴按其功能可划分为 __ ____ 、 _ 和工装轴，________ 和工装轴统称 _______。 5．从结构形式上看，搬运机器人可分为 __________ 、 __________ 、 __________ 、 __________ 和关节式搬运机器人。 6．码垛机器人工作站按进出物料方式可分为 __ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和四进四出等形式。 7．装配机器人常见的末端执行器主要有__ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和 。 8．弧焊系统是完成弧焊作业的核心装备，主要由 、送丝机、 和气瓶等组成。 9．目前工业生产应用中较为普遍的涂装机器人按照手腕构型分主要有两种： 涂装机器人和 涂装机器人，其中 手腕机器人更适合用于涂装作业。 二、判断（每题2分，共20分） （ ）1．涂装机器人的工具中心点（ TCP ）通常设在喷枪的末端中心处。 （ ）2．一个完整的点焊机器人系统由操作机、控制系统和点焊焊接系统几部分组 成。 （ ）3. 工业机器人是一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机。 （ ）4．工业机器人的腕部传动多采用 RV 减速器，臂部则采用谐波减速器。 （ ）5．在直角坐标系下，机器人各轴可实现单独正向或反向运动。 （ ）6．当机器人发生故障需要进入安全围栏进行维修时，需要在安全围栏外配备 安全监督人员以便在机器人异常运转时能够迅速按下紧急停止按钮。 （ ）7．示教时，为爱护示教器，最好戴上手套。 （ ）8．机器人示教时，对于有规律的轨迹，原则上仅需示教几个关键点。 （ ）9．离线编程是工业机器人目前普遍采用的编程方式。 （ ）10．根据车间场地面积，在有利于提高生产节拍的前提下，搬运机器 人工作站可采用 L 型、环状、“品”字、“一”字等布局。 三、选择（每题2分，共20分） 1．通常所说的焊接机器人主要指的是（ ）。 ①点焊机器人；②弧焊机器人；③等离子焊接机器人；④激光焊接机器人 A. ①② B. ①②④ C. ①③ D. ①②③④ 2．工业机器人一般具有的基本特征是（ ）。 ①拟人性；②特定的机械机构；③不同程度的智能；④独立性；⑤通用性 A. ①②③④ B. ①②③⑤ C. ①③④⑤ D. ②③④⑤ 3．按基本动作机构，工业机器人通常可分为（ ）。 ①直角坐标机器人；②柱面坐标机器人；③球面坐标机器人；④关节型机器人 A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①②③④ 4．操作机是工业机器人的机械主体，是用于完成各种作业的执行机构。它主要哪由几部分组成（ ） ①机械臂；②驱动装置；③传动单元；④内部传感器 A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①②③④ 5．工业机器人常见的坐标系有（ ）。 ①关节坐标系；②直角坐标系；③工具坐标系；④用户坐标系 A. ①② B. ①②③ C. ①③④ D. ①②③④ 6．对工业机器人进行作业编程，主要内容包含（ ）。 ①运动轨迹；②作业条件；③作业顺序；④插补方式 A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①②③④ 7．依据压力差不同，可将气吸附分为（ ）。 ①真空吸盘吸附 ②气流负压气吸附 ③挤压排气负压气吸附 A. ①② B. ①③ C. ②③ D. ①②③ 8．搬运机器人作业编程主要是完成（ ）的示教。 ①运动轨迹 ②作业条件 ③作业顺序 A. ①② B. ①③ C. ②③ D. ①②③ 9．涂装条件的设定一般包括（ ）。 ①涂装流量；②雾化气压；③喷幅（调扇幅）气压；④静电电压；⑤颜色设置表 A. ①②⑤ B. ①②③⑤ C. ①③ D. ①②③④⑤ 班级 姓名 学号 ---------------------------------------------密-------------------------------------封---------------------------------线----------------------------------------- -封

机器人技术及其应用结课论文

大学 机 器 人 技 术 及 应 用 结 课 论 文

智能引领未来 摘要： 智能引领未来，机器人能力将远胜人类，这不是梦想；未来的机器人也能自主的学习和思考，工作能力将远远超过人类，能承担大量人类所不能及的工作，进一步推动智能科学的发展，促进社会的进步，促进经济的高速增长，而实现智能化必须依靠强有力的硬件系统，就机器人而言，其身上集成了多种处理器、存储器与大量的传感器，设想，当这些器件不断地走向高端化、微型化、进一步集成化，那么机器人的处理速度将进一步提高，质量与体积将大大减小，机器人将越来越”聪明“。 关键词： 机器人、智能、硬件系统、高端化、集成化、微型化、聪明。 引言： 现在的机器人与人类比较起来，机器人不能自主学习与自主思考，缺乏情感，必须需要接收人的命令才能执行相关命令，或者事先就把各种命令存储到机器人的大脑中，有需要的时候就执行命令。随着集成电路的飞速发展，处理器、存储器、传感器等电子元件的高端化、微型化、集成化，机器人的处理速度将大大提高，质量与体积将大大减轻，机器人会变得越来越”聪明“。 集成电路前景优越 芯片即集成电路产业是国民经济和社会发展的战略性、基础性、先导性产业，在计算机、消费类电子、网络通信、汽车电子等几大领域起着关键作用，是全球主要国家或地区抢占的战略制高点，尤其是发达国家在这一领域投入了大量创新资源，竞争日趋激烈。 随着技术的不断进步，新的元件结构和材料上的变革都将对机器人的发展战略起到决定作用。在晶圆代工产业，14nm/16nm的FinFET器件已取得了一定的发展。拥有较低泄漏率和更高速度的低功率晶体管备受瞩目。3DNAND使平面NAND 降到20nm以下，创造出外形更小巧、位密度更高的产品。 为了改进3D设备的性能，未来的逻辑芯片和晶圆代工设备的解决方案需要采用选择性外延与高k金属栅电极材料加工工艺，以提高晶体管的速度，降低泄漏率。低功耗、高性能的晶体管则能丰富移动设备的功能，同时延长电池寿命, 3DNAND需要HAR蚀刻、阶梯绘图、多层堆叠沉积和高选择性硬模等技术的支持，从而在小巧的外形空间内实现高密度存储，这对智能化设备，如对机器人来说简直就是如虎添翼啊！ 随着LED产业发展越来越趋于健康和理性，LED领域设备需求也更多来自于新工艺、新技术的驱动，而非简单生产规模的扩张，比如倒装芯片与高压芯片被认为是目前最具有发展前景的LED芯片技术，而这两种技术也带动了深槽刻蚀设备和金属反射层镀膜设备等新设备、新工艺的需求。除此之外，还有AlN镀膜设备、高亮度红黄光芯片刻蚀设备等设备的需求。 集成电路引导未来生活 一张0.5毫米厚的世博会门票，其“真实面目”是个集成电路产品。门票里装了RFID芯片，当门票靠近读卡机时，门票上的线圈会感应出电流，电流便驱

工业机器人技术与应用》试卷a

《工业机器人技术与应用》试卷 （A ） 一、填空（每空1分，共30分） 1．按照机器人的技术发展水平，可以将工业机器人分为三代 ___ _ ___ 机器 人、 ____ __ _ 机器人和 ___ ____ 机器人。 2．机器人行业所说的四巨头是__________ 、 __________ 、 __________ 、__________。 3．机器人常用的驱动方式主要有_____ _ ____、 ____ __和______ ____ 三种基本类型。 4．一般来说，机器人运动轴按其功能 可划分为 __ ____ 、 _ 和工装轴，________ 和工装轴统称 _______。 5．从结构形式上看，搬运机器人可分为 __________ 、 __________ 、 __________ 、 __________ 和关节式搬运机器人。 6．码垛机器人工作站按进出物料方式可 分为 __ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和四进四出等形 式。 7．装配机器人常见的末端执行器主要有__ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和 。 8．弧焊系统是完成弧焊作业的核心装 备，主要由 、送丝机、 和气瓶等组成。 9．目前工业生产应用中较为普遍的涂装 机器人按照手腕构型分主要有两种： 涂 装 机 器 人 和 涂装机器人，其中 手腕机器人更适合用于涂装作业。 二、判断（每题2分，共20分） （ ）1．涂装机器人的工具中心点 （ TCP ）通常设在喷枪的末端中心处。 （ ）2．一个完整的点焊机器人系统 由操作机、控制系统和点焊焊接系统几部分组成。 （ ）3. 工业机器人是一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机。 （ ）4．工业机器人的腕部传动多采 用 RV 减速器，臂部则采用谐波减速器。 班级 姓名 学号

轮式移动机器人(WMR)设计毕业设计

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 摘要 本文首先对机器人的国内为发展现状做了介绍，同时根据设计要求对机器人的整体方案进行了分析，包括几何尺寸、驱动芯片的选择和程序的编制。然后从机器人性能要求的角度出发，分别对机器人的运动方式、模型结构和车体成型方式做了比较，最终确定了非完整约束轮驱四轮式移动结构模型——后轮同轴驱动，前轮转向的轮型机器人。 文章对移动机器人硬件结构做了详细的可行性分析及设计，并且做了相应的计算、校核，主要包括：驱动轮电机和转向轮电机的选择及其驱动电路的设计；齿轮的设计计算和校核；转向机构设计和车体的一些机械结构设计等。并且针对本设计所研究的机器人，设计了驱动模块。本设计中，采用增量式光电编码器测量移动机器人后轮的实时转速，进而通过特定算法得到实时电机驱动模块的PWM控制量，实现运动机器人运动的闭环控制。 最后，本文对所作研究和主要工作进行了总结，并将设计的轮型机器人的结构进行联合调试。实验结果表明，该系统性能稳定、可靠，可控制性高，安全性高，达到了本设计的设计要求。 关键词：轮式移动机器人(WMR)；硬件；非完整约束；驱动模块 -I-

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） Abstract In this paper the development of robot profiles and classification made a presentation According to the design requirements of the robot's overall program for the analysis, including geometry, rapid movement, anti-jamming, operability and maintainability. Then robot performance requirements from the perspective, the robot's movement, Model structure and body molding form of a comparison, finalization of non-refoulement integrity constraint round four mobile model -- coaxial rear-wheel drive nose wheel steering the robot vehicle Based on a mobile robot hardware architecture done a detailed feasibility analysis and design, and the corresponding calculation, checking, including driving wheel motor and steering wheel and the choice of motor drive circuit design; Gear design and verification; Selection and battery charging circuit programming; sensing part of the design; before and after the shock absorber systems, and to design the body and some mechanical structure design. It should also study the design of the robot, to discuss the design of the system reliability Finally, we made to research and the main work of summing up and robot design models of the structure of the joint debugging. Experimental results show that the system is stable, reliable, and can be controlled, safe, meeting the requirements of Design Keywords：Wheeled Mobile Robot (WMR)；Hardware； Nonholonomic Constraints；Move Module 毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完 -II-

工业机器人技术应用

2018年江苏省高等职业院校技能大赛 “工业机器人技术应用”赛项竞赛规程 一、赛项名称 工业机器人技术应用 二、竞赛目的 赛项以“中国制造2025”规划为背景，针对装备制造业转型升级对岗位技能提升的要求，引导职业院校关注行业在“工业机器人技术应用”方面的发展趋势及新技术的应用，促进工学结合人才培养模式和课程的改革与创新。通过技能大赛,展示参赛选手维护、调试、操控机器人的技能，检阅参赛队组织管理、团队协作、工作效率、质量与成本控制、安全意识等职业素养，提升高职院校专业教师的指导水平，以赛促教，为工业机器人及系统在企业中的应用提供人才保障。 三、竞赛方式 竞赛为团体赛。每支参赛队最多由6人组成，其中领队1人（可由指导教师兼任），参赛选手3人（其中队长1人），指导教师2人。 四、竞赛内容 参赛选手在规定时间（4小时30分钟）内，以现场操作的方式，根据赛场提供的有关资料和赛项任务书，完成基本赛项任务及综合赛项任务。 基本赛项任务： 1.生产线空间位置调整、传感器安装及基本功能调试。 2.六关节机器人手爪的安装及手爪控制设备的安装调试。 3.六关节机器人参数设定、标定、现场示教编程及复现；六关节机器人安全工作区间建立。 4.AGV机器人上部输送线安装与调试;工业以太网络连接等。

5.按任务要求完成机器视觉系统的设定、流程编辑，实现托盘流水线上的缺陷工件检测和工件形状种类的识别、工件库建立及坐标变换。 6.完成满足控制要求的立库码垛机和主控系统的人机界面及PLC 控制程序编制。 7.主控PLC、触摸屏、六关节机器人、流水线、立体仓库的网络建立和程序联调测试。 综合赛项任务： 1.由裁判将放有工件的托盘随机摆放到立库各仓位中，由立库码垛机根据赛项任务书的要求，依次取出托盘并放置到磁导AGV小车上。 2.磁导AGV小车每次可以携带3个托盘，沿着磁导线运动并对接到托盘流水线，自动完成立库与托盘流水线之间的工件运输。 3.托盘流水线上设置了视觉检测系统，通过对托盘上的工件进行识别，区分出不同的工件；并将托盘中工件的坐标数据传送到主控PLC 中。 4.由主控PLC通过工业网络操控多关节机器人实现所有工件的抓取、摆放和装配。 1）选用合适的工具自动抓取托盘上不同类型的工件，对合格工件和缺陷工件进行分拣； 2）根据赛项任务书的要求，将抓取的合格工件摆放在装配流水线上的相应位置以完成装配。工件在装配流水线上的具体摆放方式以及装配要求在赛项任务书中有明确规定。 五、竞赛试题 （一）采取提前公开竞赛样题的方式进行比赛，赛前一个月公布样题。 （二）备有10套以上竞赛用试题，每场次比赛试卷由赛点裁判组

工业机器人技术的应用及未来发展

工业机器人技术的应用及未来发展 摘要:结合工业机器人的研究经验与相关文献，对工业机器人的含义、发展原因、组成结构及技术特点等方面展开探讨，阐述了工业机器人技术的应用与未来发展趋势，为进一步促进工业机器人技术应用领域的深层次发展奠定基础。[1] 关键词:工业机器人;机器人技术;应用发展 The application and future development of industrial robot technology Abstract:Combing with the research experience and related literature，the meaning，development reason，composinstructure and technical features of industrial robot were discussed，the application and future development of industrirobot were expounded，which laid a foundation for promoting the deep development in industrial robot technology-appliefield. Key words:Industrial robot;Robot technology;Application development 工业机器人的设计与制造是一个非常复杂的过程,涉及的技术与领域很多,如机电、电气、计算机、工业设计等,其是多种先进技术的有机结合体,因此工业机器人的发展离不开所涉及的各项技术的支持。为了更好地满足人们对使用功能的要求,工业机器人不断地向标准化和网络化发展,以下对工业机器人的技术发展与应用进行浅析。[2] 1机器人的含义及发展原因 机器人就是一种自动化机器，而控制器就是机器人的核心部分，即机器人的“大脑”。机器人的“大脑”不仅具有感知、运作、规划、协同等诸多功能，还可以通过控制机器人的“大脑”定向模拟人类的某些行为与思想。近些年，机器人实现了飞速发展且具有良好的发展前景，主要原因是机器人可以完成许多人们无法完成、不愿意做的工作，特别是在一些恶劣的、危险的、特殊的、极限的工作环境中，都可以指派机器人完成施工作业，使人们远离危险作业环境。[3]在太空、海洋等领域，人类无法在其中工作，由机器人进行探索恰恰能实现预期目标，这也是现今大力发展工业机器人的重要理由。 2工业机器人的国内外发展史 2.1国内发展史 受核心技术的限制,我国在工业机器人领域起步较晚,直到20世纪70年代才有企业和高校开始进行工业机器人的研发,截止到目前,已经开展了近40年的研究,并取得了一定的成果。在早期的研究中,主要是解决国产化的问题,因为缺乏先进的技术和经验,导致在研发过程中出现各种各样的问题,致使进度相对缓慢,随着我国对工业机器人重视程度的提升,并将其列入国家计划当中,工业机器人的发展速度明显提升,尤其是在数个五年计划中均给予工业机器人足够的支持,为其发展提供了良好的契机。[4]近些年来,随着科技的发展和社会的进步,工业机器人被广泛应用于工业生产中,并为企业带来高额的利润,其需求量也在不断扩

移动机器人视觉定位设计方案

移动机器人视觉定位设计方案 运动视觉研究的是如何从变化场景的一系列不同时刻的图像中提取出有关场景中的目标的形状、位置和运动信息，将之应用于移动机器人的导航与定位。首先要估计出目标的空间位置和运动信息，从而为移动机器人车体的导航与定位提供关键前提。 视觉信息的获取主要是通过单视觉方式和多视觉方式。单视觉方式结构简单，避免了视觉数据融合，易于实现实时监测。如果利用目标物体的几何形状模型，在目标上取3 个以上的特征点也能够获取目标的位置等信息。此方法须保证该组特征点在不同坐标系下的位置关系一致，而对于一般的双目视觉系统，坐标的计算误差往往会破坏这种关系。 采用在机器人上安装车载摄像机这种局部视觉定位方式，本文对移动机器人的运动视觉定位方法进行了研究。该方法的实现分为两部分：首先采用移动机器人视觉系统求出目标质心特征点的位置时间序列，从而将对被跟踪目标的跟踪转化为对其质心的跟踪；然后通过推广卡尔曼滤波方法估计目标的空间位置和运动参数。 1 目标成像的几何模型 移动机器人视觉系统的坐标关系如图1 所示。 其中O-X Y Z 为世界坐标系；O c - X cY cZ c 为摄像机坐标系。其中O c 为摄像机的光心，X 轴、Y 轴分别与X c 轴、Y c 轴和图像的x ，y 轴平行，Z c 为摄像机的光轴，它与图像平面垂直。光轴与图像平面的交点O 1 为图像坐标系的原点。O cO 1 为摄像机的焦距f 。 图1 移动机器人视觉系统的坐标关系 不考虑透镜畸变，则由透视投影成像模型为：

式中，Z′= ［u，v ］T 为目标特征点P 在图像坐标系的二维坐标值；（X ，Y ，Z ）为P 点在世界坐标系的坐标；（X c0，Y c0，Z c0）为摄像机的光心在世界坐标系的坐标；dx ，dy 为摄像机的每一个像素分别在x 轴与y 轴方向采样的量化因子；u0，v 0 分别为摄像机的图像中心O 1 在x 轴与y 轴方向采样时的位置偏移量。通过式（1）即可实现点P 位置在图像坐标系和世界坐标系的变换。 2 图像目标识别与定位跟踪 2.1 目标获取 目标的获取即在摄像机采集的图像中搜索是否有特定目标，并提取目标区域，给出目标在图像中的位置特征点。 由于机器人控制实时性的需要，过于耗时的复杂算法是不适用的，因此以颜色信息为目标特征实现目标的获取。本文采用了HS I 模型， 3 个分量中，I 是受光照影响较大的分量。所以，在用颜色特征识别目标时，减少亮度特征I 的权值，主要以H 和S 作为判定的主要特征，从而可以提高颜色特征识别的鲁棒性。 考虑到连通性，本文利用捕获图像的像素及其八连通区域的平均HS 特征向量与目标像素的HS特征向量差的模是否满足一定的阈值条件来判别像素的相似性；同时采用中心连接区域增长法进行区域增长从而确定目标区域。图2 给出了目标区域分割的算法流程。