竞赛用自动分拣机器人的研究与设计

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自动分拣机器人整机的设计采取了模块化的设计方法,以自动分拣机器人的比赛规则作为设计要求,从整体到局部,先确定机器人总体设计方案,然后对其进行机械结构设计、硬件选择、硬件电路设计及软件系统设计。各模块均在开头做了深入的理论分析,并在最后进行了实验验证。在机械结构方面,对其外观,尺寸等方面做了细致分析并进行了合理的设计。介绍了各零部件的设计要求,并详细讲述了它们的结构以及在机器人中的作用。还详细介绍了零部件的装配方法,以及舵机、直流电机等硬件的安装方式。对机械结构中主要的受力构件做了力矩校核。在用于抓取工件的机械手上,通过各构件间组成的两个平面四连杆机构,使得手部可以保持与地面平行的状态,减少了舵机的使用。最后本文还对机械手的抓取运动轨迹采用了三次多项式规划,利用Matlab进行轨迹仿真,得到的仿真结果达到了期望的结果。在硬件系统方面,详细介绍了选用的硬件,设计了相关的硬件电路。其中循迹系统一块,由发光二极管和光敏电阻共同组成的光电传感器检测地面线路,配合运算放大器整合放大检测信号,使机器人循迹稳定,无误。循迹系统将检测到的外界信息反馈给控制芯片,控制芯片控制电机从而实现了机器人行走的速度控制。机器人定位停车上使用了红外光电开关定位,采取先减速后停车的方式,使机器人能准确地停在比赛指定位置。最后在视觉识别上,选用功能强大的Openmv视觉模块来识别要抓取的工件,并使用其控制芯片控制机械手的运行,充分发挥了Openmv的功能。最后在软件系统方面,机器人行走的控制芯片和Openmv视觉模块都是使用Python语言编程,为提高识别的精准度,提升工件分拣的速率,在视觉识别上除了颜色识别、形状识别和模板匹配三种目标识别算法配合使用外,还在视觉技术辅助机械手定位上做了研究,对角度测量算法和通过改进的水平距离测量算法进行了测试,验证了两种算法的可行性。通过以上的工作,本文设计并制作的一款自动分拣机器人,对外界信息获取能力强,行走速度快,识别并抓取运动目标快速且稳定,最终在创泽信息杯2017中国机器人大赛中荣获二等奖。
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