基于机器视觉的智能物流搬运机器人的设计与研究

第七届全国大学生工程训练综合能力竞赛智能+赛道基于机器视觉的智能物流搬运机器人,对OpenMV4视觉模块进行研究,应用该模块进行二维码、不同颜色物料等多种目标的识别,信息经过模块上STM32F427微控制器的处理,与Arduino Mega 2560板通信,机器人识别场地上的三个区域,用PID算法驱动麦克纳姆轮机器人的四个直流电机旋转并且定位机器人,通过PCA9685模块的I2C通信协议,发送PWM脉冲信号给机械臂上的四个关节舵机,使智能物流搬运机器人对场地上的物料进行自动搬运。实验证明其可以较为精确地完成各项搬运任务。     

基于STM32的移动式智能搬运机器人设计

为了实现远距离的物体搬运,研制了一种移动式智能搬运机器人。在完成机器人本体设计的基础上,提出了以STM32F103C8T6为主控制单元的搬运机器人总体设计方案,分析了移动式智能搬运机器人工作流程,设计了主控制器电路和电机驱动、循迹定位、物体识别、舵机控制、避障控制等外围电路,给出了移动式智能搬运机器人的主程序流程图,在STM32集成开发环境Keil 4下编写了相应的控制程序,并进行软件调试。经试验测试,本文设计的移动式智能搬运机器人满足设计要求。     

链式可重构模块化机器人变形机理与实现

设计了一种手动可重构、自动变形的新型链式模块化机器人机构,它可以通过结构重构和自动变形来改变自身的构形以适应非结构环境中运动和作业的要求。单个标准模块由模块本体、连接臂和偏置关节等组成。偏置关节避免了变形时模块间的运动干涉,扩大了机器人模块间的相对运动空间。设计了一台三模块变形机器人样机,并对该样机进行了由直线形态、三角形态到并排形态的变形实验,此外还对变形机器人不同构形的运动性能进行了实验分析。     

基于Kinect的机器人抓取系统研究

智能抓取搬运机器人能够高效、可靠地完成各种搬运任务,降低工作人员的劳动强度,精准的物体定位是机器人执行搬运任务的基础。本文研究了基于Kinect的机器人抓取系统,可实现物体的类别检测、物体定位及机器人抓取任务。抓取系统由3个子系统(物体检测系统、物体定位系统及机器人抓取系统)组成。首先利用Kinect采集的物体图像信息训练单次多盒检测(Single multi-box detection,SSD)模型,然后根据SSD模型对物体的类别进行检测,得到物体在图像中的边框,并获取边框中物体像素坐标和深度,接着通过Kinect相机手眼标定法将像素坐标和深度转换到机器人基坐标系中,实现物体的定位,最后通过机器人逆运动学求解关节角,驱动机器人运动完成抓取搬运任务。对机器人进行了物体的定位和抓取实验,实验结果表明,物体的定位误差较小,物体抓取搬运实验的平均成功率达到97%,满足物体的抓取搬运需求。     

猕猴桃采摘机器人自动装箱装置的设计与试验

为了提高猕猴桃采摘机器人的工作效率,使果实的自动采摘和搬运装箱能够并行作业,满足果实的无损装箱要求,设计了一种猕猴桃采摘机器人上自动装箱装置。装置主要由搬运传送机构、旋转分离机构、果箱搬运平台机构及控制系统组成。对其中关键部件果实分离机构、缓冲轨道及控制系统进行了设计及仿真试验,并试制了样机。采用正交试验进行装箱试验,结果表明:当缓冲轨道距箱底高度为200mm、旋转导向筒转速为0.2rad/s、传送带线速度为0.1m/s时,猕猴桃的碰撞损伤率为1.75%,可以高效完成猕猴桃的搬运装箱工作,满足设计要求。     

一种搬运机器人的研究与开发

机器人的制造及应用能力,代表了一个国家的机械制造业水平,发展机器人产业应上升到国家战略高度。通过利用一种新型综合技术,开发了一种能实现在场地或车间自动避障行走、寻找货物、装货、原路返回、缷货的循环作业功能的搬运机器人。具有智能化高、成本低、故障少、适用性强的优点,对搬运机器人研发具有一定的借鉴意义。     

葫芦科营养钵苗单人操作嫁接机器人设计与试验

基于葫芦科营养钵苗的“贴接法”嫁接技术,设计了由穗木夹持搬运机构、穗木切削机构、砧木夹持搬运机构、砧木旋切机构、嫁接夹自动排列输送机构、嫁接钵苗自动排列摆放机构组成的葫芦科营养钵苗单人操作嫁接机器人。通过试验得出,该机器人的理论嫁接速度可达440株/h,实际操作嫁接速度达到285株/h,嫁接成功率为92%,与同类型的双人操作营养钵苗嫁接机相比,人均作业效率提高36%。增加了嫁接钵苗的后续自动排列摆放机构,提高了嫁接生产自动化程度。     

可重构机器人动力学自动建模研究

针对可重构机器人单元模块结构及对接机构的局限性,提出了一种可移动重构机器人模块单元,该单元具有12种连接方式,设计了一种独特的正弦加速度传动槽与插销组合的对接锁紧机构。针对可重构机器人几何构型参数的不确定性问题,构建双模块空间方位变换表,基于递归牛顿-欧拉方法提出多支链机器人系统的动力学方程自动生成方法,并给出自动生成的算法流程。最后以6个模块组成的双支链构型为例,进行了自动生成动力学方程的计算与仿真分析,验证了该自动建模方法的可行性和有效性。     

机器人码垛控制系统设计与自动抓手研制

文章设计了一种新的机器人搬运系统,它以库卡工业机器人为主题硬件装置和设计核心,具体采用工业机器人搬运系统的软件设计方法并且采用了Device Net现场总线来进行信号通讯。以实现控制自动抓手的位移运行和抓手头部的张开与闭合,在达到联动之后就可以采用库卡机器人特定编程语言实现目标运动。本系统具有结构紧凑、应用性强、可靠性高等优点。     

智能避障小车的设计与开发

【目的】为了提高交通安全系数与效率,促进自动驾驶技术的发展,扩展智能机器人的应用范围,促进其在实际生活中的应用,提升人们的生活品质。【方法】本研究分析了智能小车的总体设计,对小车的电源模块、电机驱动模块、单片机控制模块、红外避障模块、红外循迹模块进行了选型设计,并重点对红外循迹、红外避障系统的程序软件进行设计,最后进行了小车模型的制作、安装、调试及试验。【结果】智能避障小车能够实现循迹、避障、红外遥控驾驶的功能,验证了小车具备感知环境、做出决策及安全行驶的能力。     

设施番茄采摘机器人设计与研究

针对设施番茄采摘存在用工难、用工贵、劳动强度大等问题,文章设计了一种温室番茄采摘机器人。该番茄采摘机器人主要由视觉系统、末端执行器、机械臂、底盘和辅助照明机构等组成,并基于各设计结构完成温室番茄采摘的工作流程设计。该采摘机器人通过ZED 2i双目立体相机对番茄果实进行识别与定位后,机械臂引导末端执行器完成番茄果实的采摘。试验结果表明,视觉系统与各模块之间运行良好,单果采摘耗时约为18 s,采摘成功率达88%。     

草莓温室无人化循迹搬运车的设计与试验

温室无人化能较好地解决现有温室培育过程中采摘与搬运主要依靠人力完成,且倒料费时、费力及导轨铺设成本高等问题。以草莓大棚温室培育无人化搬运为试验对象,设计开发了一种应用于草莓无人化管理的自动循迹搬运车。该搬运车利用红外传感器对路面上设定的迹线进行自动检测,通过对路径进行计算与分析,自动校正运行轨迹,实现智能循迹搬运。通过机构创新,设计并制作了可自动倾倒且料斗门能同时开启的倒料机构。试验结果表明:所设计的无人化循迹搬运车在设定传感器离地面距离d=2cm、直线段运行速度υ≤1.2 m/s时,能快速稳定地跟踪黑线前进;在转弯处运行速度υ≤1 m/s时,跟踪准确运行平稳;当两条迹线垂直时,搬运车能在垂直转弯处跟踪准确且运行平稳,搬运车整体性能稳定且转速在一定范围内对循迹的影响较小;当搬运车倒料角度α≥75°时,能保证草莓被全部被倒出,即倒料最小倾斜角αmin为75°。温室无人化循迹搬运车的设计为解决水果的无人化管理提供了参考。     

果实采摘机器人设计与导航系统性能分析

设计了一种果实自动采摘机器人,主要包括自动导航系统、采摘系统、运动系统、控制系统及动力系统。自动导航系统主要包括激光雷达导航和GNSS定位导航,可用于建立地图和规划工作路径;采摘系统通过双目立体视觉相机进行果实识别,再通过由六自由度机械臂和两指末端执行器(机械手)组成的执行机构抓紧果梗并剪断,完成果实采摘。试验结果表明,设计开发的机器人可以通过激光雷达导航完成室内工作,剪断并抓取果梗的两指末端执行器可适用于多种果实,上位机软件可以完成图像采集、机械臂控制和机器人工作路线图建立等操作。激光雷达导航试验结果表明,在1m/s的行驶速度下,导航绝对误差小于3.5cm,可满足温室果实采摘的需求。     

果实采摘机器人设计与导航系统性能分析

设计了一种果实自动采摘机器人,主要包括自动导航系统、采摘系统、运动系统、控制系统及动力系统。自动导航系统主要包括激光雷达导航和GNSS定位导航,可用于建立地图和规划工作路径;采摘系统通过双目立体视觉相机进行果实识别,再通过由六自由度机械臂和两指末端执行器(机械手)组成的执行机构抓紧果梗并剪断,完成果实采摘。试验结果表明,设计开发的机器人可以通过激光雷达导航完成室内工作,剪断并抓取果梗的两指末端执行器可适用于多种果实,上位机软件可以完成图像采集、机械臂控制和机器人工作路线图建立等操作。激光雷达导航试验结果表明,在1 m/s的行驶速度下,导航绝对误差小于3. 5 cm,可满足温室果实采摘的需求。     

一种三自由度气动机械手结构设计

文章利用SolidWorks完成了一种三自由度气动机械手的三维模型,阐述了其机械结构和运动动作,并且设计了控制机械手运动的气压系统以及气压系统的原理图。该机械手主要用于自动送料、自动取件,实现搬运功能。     

农田二氧化碳浓度梯度原位同步测量系统优化设计与试验

为准确测量农田近地层二氧化碳浓度梯度分布,降低人为测量所产生的干扰误差,设计了一种二氧化碳浓度梯度原位同步测量系统。该系统由机械采集模块和系统控制模块组成,机械采集模块负责采集气体,系统控制模块实现二氧化碳浓度的自动测量,测量系统在农田中自动进行二氧化碳浓度梯度分布的测量,并采用无线传输技术将测量数据发送至服务器。阐述了测量系统的总体结构以及各模块设计方法,运用Fluent软件模拟了二氧化碳测量的抽气过程,分析优化了测量管路间隔与抽气速度、管道直径的关系,并进行了测量系统室内标定和现场二氧化碳浓度测量试验。试验结果表明,该系统能够较好地测量农田二氧化碳浓度梯度的分布,测量误差不大于4.17%,实现了农田信息的自动获取,对二氧化碳碳汇信息计算具有重要意义。     

基于园林的修剪机器人结构优化研究

针对园林修剪机器人作业精度和自动化作业程度较低的问题,对修剪机器人进行了结构优化设计。园林修剪机器人的主要组成包括主控制器模块、机械臂模块、电机模块、电机驱动模块、传感器模块和供电模块。为了实现园林修剪机器人自主导航时避障和自适应转向的功能,在机器人上增加激光传感器,并对其控制性能进行分析;为了保证机器人的性能最优化,从结构出发对其进行动力学分析,确定机械臂的运动方程。为了验证园林修剪机器人的性能,对其进行转向性能测试和移动性能测试。试验结果表明:机器人能够成功识别障碍物并自适应转向,且具有良好的移动和作业性能。     

基于KM34Z256的农业机器人控制系统设计

农业机器人在改善劳动环境、降低劳动强度和提高作业效率等方面具有重要意义。基于KM34Z256的农业机器人控制系统具有性价比高、扩展性好、升级简单等特点。介绍了系统的硬件组成及控制程序的设计,采用统一的SOC系统来实现数据采集及运动控制功能,在控制上针对农业机器人采用模糊自动控制算法。同时,在系统中加入其它控制模块构成农业机器人的自动控制系统,该系统具有很好的推广和借鉴意义。     

基于视觉检测的苹果采摘机器人系统设计与实现

为提高苹果采摘的自动化与智能化水平,降低重复繁琐的人工劳动强度,减少对果实的损坏率,研制了一款用于苹果成熟自动检测并采摘的轮式机器人系统。系统由硬件平台和软件平台两部分组成。其中,硬件平台由四轮驱动越野小车、IPC-610L工控机、图像数据采集卡、四自由度机械臂和末端执行器组成;软件平台基于Visual C++6.0开发环境,使用双目立体视觉技术和图像处理技术实现对苹果的识别与定位,再通过机械臂的路径规划实现对苹果的采摘。通过仿真实验和数据分析表明:机器人在无人值守的情况下,能实现自动导航、自动识别、自动采摘苹果等功能,并且识别成功率大于94.00%,采摘成功率达到91.33%,平均采摘周期约为1 1 s,具有较高的准确性及稳定性。     

智能化物流搬运机器人(AGV)的探讨

随着互联网的发展,物流业也随之迎来了快速发展的热潮。但很多问题也接踵而至,比如传统的物流搬运需要花费大量的人力与时间,不能满足如今快节奏的社会需要。为了应对这一问题,物流搬运应向智能化方向发展。基于此,笔者设计了一款智能化物流搬运机器人,详细介绍了物流搬运机器人AGV系统的组成、导航方式及导航标示线的图像处理,提出了AGV传感系统、控制系统和执行系统的设计思路,仅供参考。