浅谈机器人设计方法

时间:2022-07-30 07:50:36

浅谈机器人设计方法

摘要:机器人是人类完成智能化中非常重要的工具,随着时代的发展,机器人已经在世界有了一定的发展,甚至很多国家机器人已经运用到实际的生活中去。而机器人的设计方法无疑是很多人非常感兴趣的问题,因此本文针对机器人的设计方法进行了详细的探索。

关键词机器人;设计;方法

1.前言

纵观人类的发展史,工具的进步才能带动人类的文明,如今设计朝着智能化的方向在发展,机器人就是人类在发展智能化过程洪重要的产物,因此机器人常用的设计方法是设计师们必备的工具。

2.控制系统的硬件设计

在现代科学技术不断发展的背景之下,工业现场所涉及到的重体力劳动量不断提升。当中部分劳动任务的实现单单依靠人力是很难实现的。而为了良好的完成工业现场的相关生产作业任务。就需要通过对机器人装置的研究与应用来实现机器人控制系统的硬件部分主要由5个模块组成:控制模块、循迹模块、避障模块、电机驱动模块、电源模块。

(1)控制系统模块。ATmega128为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器,运算速度快,具有多路PWM输出,可将测速、避障等电路产生的输入信号进行处理,并输出控制信号给驱动放大电路,从而控制电机转速,此方式产生的PWM信号比用定时器中断产生的PWM信号实时性更好,而且不会占用系统的定时器资源。

(2)循迹模块。循迹是指小车在比赛场地上循白色引导线线行走,循迹模块的原理图如图2所示。循迹模块采用灰度传感器,发射管为普通LED灯,接收管为光敏三极管3DU33。工作原理为:不同颜色的物体对LED发射光反射不同的亮度,光敏三极管3DU33接收这些不同亮度的光线,就会呈现不同的电压Vx。Vx输入到比较器LM339的同相端,并与电位器设定的电压V0相比较,当Vx>V0时,比较器输出高电平,当Vx循迹机器人前后两端均是由7个灰度传感器组成的循迹模块。其中,中间三个灰度传感器起巡线的作用,两端的灰度传感器起探测弯道作用,剩下两个灰度传感器交替进行巡线和探测弯道。实验证明,这样的灰度传感器的布置图,机器人循迹的效果好,且“性价比”非常高。

(3)避障模块。避障模块主要使用的是红外发射接收传感器,当红外感应避障模块靠近物体时,输出低电平信号;当没有感应到物体时,输出高电平信号。将该信号线接入到单片机的控制端口,控制程序就能起到探测障碍物的作用,当在机器人行进的路径上就可以发现有障碍物并及时避开绕行。

(4)驱动模块。循迹避障机器人要求行走灵活、反应快速,因此要求驱动电机具有“转速快、制动及时”等特点。我们设计制作的循迹避障机器人采用中鸣公司的JMP-BE-3508I驱动板模块,其输入电压为11V到24V,最大输出电流为20A,满足快速前进、制动、转弯的要求。并且电机速度达到500rpm,堵转力矩为8KG.CM,具有很强的刹车功能。利用单片机的四路PWM输出信号,分别控制四个轮子的转速。并采用“四轮驱动”、“差速转弯”的方式实现机器人的前进、后退与转弯。

(5)电源模块。循迹机器人的电源模块主要实现以下三大功能:①稳定输出5V工作电压。故我们设计制作的电源模块以7805芯片为核心,把输入电压截止到5V。②提供足够的电流。7805芯片最大输出电流为1.5A,而循迹机器人需要较大电流,所以我们使用了两片7805芯片分别对控制系统和外部设备进行供电。③滤波。在7805芯片的输入、输出端分别并联104贴片电容和10μF的电解电容,过滤高频、低频信号。

3.软硬件模块开发流程和界面程序

(1)图像处理模块:照相机实时捕捉图像,处理转化后和初始图像进行处理比较,找出图像中差异的位置通过TCP传输。

(2)TCP通信模块:视觉系统通过以太网连接贝加莱控制器,控制器可以作客户机或服务器实时传输数据,:定义结构体用于视觉系统传输位姿给机器人和机器人实时反馈位姿和信号状态数据给视觉系统。

(3)位置转换模块:把视觉系统的位姿转换为机器人的位姿传输给机器人,控制机器人运行。

(4)轨迹规划模块:进行运动轨迹规划和速度规划,根据机器人当前的位置和目标位置,选择最优的运动轨迹(直线、圆弧、不规则曲线等运动轨迹),然后对轨迹、速度进行插补,插补值调用机器人运动学算法计算轨迹的可靠性,再把实时插补的位置、速度传送给运动控制模块。

(5)运动控制模块:根据实时插补的值结合加速度、加加速度等控制参数给驱动器。

(6)伺服模块:根据控制器所发送数据,结合各伺服控制参数,驱动电机以最快响应和速度运行到各个位置。

4.机器人精度标定和视觉软件处理

4.1精度标定

精度的标定包括机器人精度标定 和机器人相对于视觉照相机位置标定 。机器人运动前,需要用激光跟踪仪标定准确各轴杆长、零点、减速比、耦合比等机械参数,给运动学、控制器系统,机器人才能按理论轨迹运行准确。行到指定点。 通过三点法、六点法标定机器人相对于视觉照相机的X、Y、Z方向距离给位置转化模块,确定机器人坐标系相对于照相机坐标系的转化关系。

4.2视觉处理软件

包括固定视觉系统标定模块和移动视觉系统标定模块 。视觉系统安装在固定位置相当于给机器人建立照相机一个用户坐标系,此模块用于运算机器人和固定视觉系统之间位姿转换关系。视觉系统安装在机器人末端法兰位姿相当于给机器人建立照相机一个工具坐标系,随着机器人运动而实时改变位置,此模块用于运算机器人和动态视觉系统之间位姿转换关系。 实时处理传输机器人、视觉系统和以太网的运行通信状态以及出错状态处理。

4.3人机界面设计及实现

当机器人出现故障,不能自动移动位置时,比如碰到硬件限位或出现碰撞现象时,此时可以进入手动页面,选择机器人操作,移动机器人到指定位置。对于新建码垛工艺线,需要配置系统参数、位置信息、以及产品参数,等必要的信息。码垛数据编辑与创建的功能,产品覆盖了袋子、箱子,以及可变数量抓取的功能。可以添加产品数量,改变产品方向,单步数量修改,产品位置移动以及旋转等设置。本页面中,示例生成了每层五包的袋装产品,编号从1到5,可以通过调整编号的顺序,达到改变产品的实际码垛顺序。

5.结束语

总之,在进行机器人的设计过程中,要根据设计的用途进行针对性的设计,对于设计过程中出现的问题要及时的采用上述的思维方法进行解决,随着机器智能化的推广,无疑机器人的设计在未来会有更广阔的天空。

参考文献:

[1]张海平,陈彦. Wincc在打包机人机界面中的设计与应用[J].HMI与工业软件,2012(3):70-72.

[2]朱华栋,孔亚广.嵌入式人机界面的设计[J].中国水运,2008(11):125-126.

[3]金长新,李伟.基于Windows CE的车载电脑系统人机界面的实现[J].微计算机信息,2005(21):132-134.

作者简介:

高世鑫(1992.02.16-),本科,邵阳学院机械系。

上一篇:无极绳绞车在中间巷应用中存在的问题及处理方... 下一篇:机载设备测试安全研究