机器人技术论文汇编4篇

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论文是一个汉语词语，拼音是lùn wén，古典文学常见论文一词，谓交谈辞章或交流思想。当代，论文常用来指进行各个学术领域的研究和描述学术研究成果的文章，简称之为论文。下面是小编为大家整理的机器人技术论文汇编4篇，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助。

机器人技术论文1

　   摘 要：在光电技术迅猛发展的背景下，出现了用机器替代人眼发挥识别功能的技术，也就是机器视觉技术。这样的先进技术手段具备高度自动化、精准化以及便捷安全的突出优势，也因此促进了这一技术在诸多领域中的实践应用。本文首先对机器视觉技术及其发展情况进行简要概述，之后着重对机器视觉技术的主要应用领域与应用方法进行说明，以期为机器视觉技术的大范围普及推广创造良好条件。

　　关键词：机器视觉技术;发展;应用

　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.130

　　1 机器视觉技术发展概述

　　 视觉是人获知外界事物多元信息的一个重要渠道，会将获得的信息传入大脑，由大脑结合人类知识经验处理分析信息，完成信息的识别。机器视觉顾名思义是用机器模拟人类视觉，从图像或者图像序，识别检测实际生活中三维物体的形态及其运动情况。和人类视觉相比，机器视觉具备很多优势，比方说机器视觉不会出现视觉疲劳，同时机器视觉技术功能比人类视觉的速度和精准度更高;机器视觉技术可以在诸多检测技术如紫外线、超声波等的支持之下检测到人类视觉但没有办法检测得到的事物。

　　2 机器视觉技术的主要应用领域分析

　　2.1 机器视觉技术在制造业的应用

　　 機器视觉技术在制造业中有以下几个主要应用领域：第一，精密测量。在制造业的生产活动当中，对零件进行精密测量是必不可少的一个工作环节。机器视觉监测体系基本是由摄像头、计算机处理和光学系统几部分构成的。先是用光源发射平行光束照在零件被检测部位上，被检部位轮廓用纤维光学镜成像，由计算机进行图像处理，获得被测部位轮廓位置信息。在被测零件出现位移以后，机器视觉系统两次测量边缘轮廓位置，位移是两次测量结果的差值。假如是在同一图像当中的两条平行边缘轮廓的话，轮廓差值是位置差值。第二，产品特征检测。机器视觉技术可利用产品特征检测在批量生产模式当中精准高效检测产品质量。其一是从产品空间特征着手进行检测，也就是检测产品尺寸与形状是否能够达到合格标准;其二是检测产品表面特点，也就是通过检测产品表面划痕、裂纹、磨损、粗糙度、纹理等划分产品质量;其三是检测产品结构特点，检验产品是否缺少零件或掺有多余杂质。第三，机器人研究。机器视觉技术应用于机器人的制造和研究，能够给机器人建立视觉系统，提升其智能化与自动化水平。

　　2.2 机器视觉技术在农业中的应用

　　 农业现代化水平在不断提高，呼吁大量先进科技在农业领域的应用，而机器视觉技术就是农业改革发展中不可或缺的技术力量。机器视觉技术在农业中的应用主要体现在：第一，应用于土壤检测，给农作物种植提供根据。机器视觉技术可以对目标物的图像信息进行有效的分析判断，提升机器处理速度与效率。收集农产品的信息常常利用CCD照相机或摄像机，同时和红外光谱或高光谱信息进行整合完成信息收集，给信息处理工作打下基础。通过把计算机视觉技术和近红外光谱结合起来，能够迅速检测出土壤的含水率，检测不同地点土壤成分，更好的选择要种植的农作物种类。第二，应用于农作物生长参数的获取。机器视觉技术在图像处理和算法识别方面有着很强的精准度，通过选取恰当算法的方式可以给精准获得自然环境之下农作物的多方面生产参数提供重要参考。第三，可以提高农业机器人的智能化水平，使其顺利完成农产品采摘、分类、包装、管理等活动。

　　2.3 机器视觉技术在汽车业的应用

　　 汽车行业是如今发展速度很快的一个行业，也是计算机视觉技术应用的一个主要领域，现如今已经逐步和汽车生产制造的多个环节结合起来，给汽车智能化发展提供了巨大助力。就拿检测汽车零部件尺寸与外观质量来说，过去检测方法耗费过多的人力物力，而结果的精准度和产品的合格率也得不到保障，但是在有了机器视觉技术发挥检测作用，显著提升了检测效率和精确程度。机器视觉技术在汽车业的应用主要体现在：第一，应用于3D四轮定位。机器视觉技术在汽车3D四轮定位仪的开发和产品研发当中有着显著应用价值，是其中的关键技术，而且设计精度水平很高。第二，应用于汽车整车与零部件自动检测。比如，运用带有双光源光路的机器视觉系统得到活塞表面图像信息，并选取恰当软件平台处理数字图像信息，能够一次性检测汽车所有活塞重点项目;以机器视觉技术为核心的汽车门锁自动检测系统可以提升门锁检测效率与精度，保证经济价值;通过对以机器视觉技术为基础的汽车连杆裂解槽检测法的应用，消除人工检测的误判和漏检问题。第三，应用于汽车产品装配加工。机械产品装配、新能源电池模块焊装等都能够对机器视觉技术进行应用。第四，应用于汽车智能驾驶。现如今汽车智能驾驶的研究在不断深入，而机器视觉技术是智能驾驶真正得以落实的核心技术，为车辆的智能驾驶提供强有力的信息支撑。

　　3 机器视觉技术未来发展趋势

　　 在未来机器视觉技术会进一步扩大优势功能，弥补当前技术发展和应用当中的不足，接下来从以下几个角度着手分析其未来发展趋势：第一，统一开放标准是其发展的动力所在。在未来基于机器视觉技术的产品应逐渐依照国际统一标准来进行衡量判断，而在我国自动化开放程度逐步提升的背景下会促进机器视觉技术走开放性发展道路，逐步和国际接轨，推动机器视觉整个行业的长足进步。第二，嵌入式产品会逐步替代板卡式产品。未来机器视觉会逐步趋于依靠PC技术，而且和数据采集等控制与测量的集成会更加紧密。由嵌入式产品替代板卡式产品正在持续增长，而彻底替代是必然趋势。其重要原因是在计算机与微电子技术手段的迅猛进步之下，嵌入式系统将会更大范围的推广应用，特别是在低功耗技术优势的发挥之下将会得到人们的关注。除此以外，嵌入式操作系统主要运用的是高级语言，其优势是能够提升工作效率、可靠性和可维护性。第三，标准一体化解决方案是其必然发展路径。机器视觉技术在未来发展当中会更大范围运用标准化技术，尤其是为满足自动化企业需求探寻软硬一体化解决方案，推动机器视觉技术高端化发展与应用。

　　参考文献：

　　[1]唐向阳，张勇，李江有，黄岗，杨松，关宏.机器视觉关键技术的现状及应用展望[J].昆明理工大学学报（理工版），2014（02）：68-70.

　　[2]董娜.基于机器视觉技术的机械制造自动化技术应用[J].中国科技投资，2016（16）：139-140.

机器人技术论文2

　　【摘 要】随着科学技术的飞速发展，电气工程得到不断的更新和进步，其自动化技术不断加强而机器人设计也在不断的冲击人们的生活，在机器人设计理念中加入电气工程的自动化技术，利用其自动化技术让机器人具有人性化特征，从而能够具有更多人类的自动行为，从更多方面为人类提供更好的服务。

　　【关键词】电气工程;自动化;机器人设计

　　一、前言

　　机器人的不断研究创造是时代经济发展的必然，是为了满足人们更多需要而必然要进行的一项科学研究。目前，国外很多国家在机器人设计领域已有很多成功例子，其机器人具备的技术是当前我国技术无法比拟的。但是，时下我国很多高校开展机器人设计研究以及社会上的机器人比赛活动等，让越来越多的人对机器人设计有更多的认识，给机器人设计的不断创新创造了一个良好的环境。电气工程及其自动化技术能够给机器人设计提供一个良好的技术支持。本文主要分析机器人设计中的自动化技术应用情况，旨在让我国的机器人设计快速跟上国际先进技术，创造出具有世界领先水平的机器人。

　　二、机器人简介

　　机器人最早出现在中国的西周穆王时期，最初形式是一个有开关能够自动“跳舞”的木质人，后来在卡雷尔·恰佩克的科幻小说中创造了机器人这个名词，从此一些能够自动制定既定工作的机械设备统称为机器人[1]。现代的机器人能够在人类的指挥下做一些简单工作，如对话、投篮、快跑、协助人类进行危险行为等。目前技术比较先进的国家如英国、日本、美国等在机器人的研究上取得非常大的进步，很多领域如医学、建筑学及军事建设等方面均使用机器人当做人类力量的延伸。通过指挥或者在机器人内部设计自动装备，让机器人拥有人类思维，自动进行工作。当前机器人发展甚至趋向高度的人性化，机器人不再只是由机械设备组成，有些机器人甚至有人类的模样和思维方式，但是机器人真正能够拥有人类相同的思维还需要很长一段时间。

　　三、电气工程及其自动化概念

　　电器工程及其自动化是一门学科，这门学科包括多个技术领域，涉及面非常广，从计算机、电机电子以及互联网技术、信息控制技术，甚至还包括多种电力和机电技术结合成为一个整体的技术，这些不同领域的技术一同构成电气工程及其自动化学科。由于是一个工程型又带有自动化功能形式的学科，其具有的特点就包含工程中的强力学以及网络信息中的软件学特点，形成一种强弱结合的形式。这个学科的课程包括电气知识和网络信息技术知识，具体有：网络信息技术、仪器检测和控制技术、电子和电路技术、计算机软硬件技术等强力学和软件学技术相互结合的"课程形式。这个综合性学科主要教给学生的是各种工程和电气以及计算机方面的知识，毕业学员一般均掌握包括计算机软硬件技术、网络信息技术以及仪器实验分析技术等多方面的技术，在社会工作中能够适应多个领域的工作要求。

　　电气工程及其自动化学科的最主要课程为电气和计算机工程，因此在进行实验和具体实践时，这个两门课程是最主要的测验对象。通过设置不同等级的专业实验教学训练平台，让学生在掌握基础的技术能力的同时根据自身的条件去挑战更高的技术实验。使学生除了掌握基础的电机技术、电力电学技术以及计算机硬件技术之外还能够掌握如线路综合设计技术、高级计算机软件管理技术以及CPLD技术等综合性相对比较强的技术，在实际工作中能够解决更多难题和满足更多需求。

　　电气工程及其自动化在社会中的使用领域主要有：水力电力领域、信息处理领域、电力线路设计领域、各种变压器设计领域以及与人们日常生活密切相关的各种监控设备(如交通摄像监控、小区摄像监控)、机器自动化设备(例如电梯、安全门)、网络通信设备(如电子邮件、网络条件软件)以及智能控制设备(如楼道声控开关灯)等方面，这些军事电气工程及其自动化学科在实际的运用，具有广泛性和多面性[2]。

　　四、电气工程及其自动化在机器人设计中的运用分析

　　由于机器人是由多种机械部件拼接后再安装编排程序最后实现机器装备自动运行的，因此通过分析其主要构造能够了解电气工程及其自动化技术在其中的运用情况。首先，机器人是由电机和连接杆组成的，在装置电机时根据需要装置步行或跳跃等电机使其拥有步行和跳跃等能力，同时利用生活常见的铝板铝条进行构建的链接，将一个还不能行动的机器人做出来后再通过加入编排程序让其自动工作或人工指挥其工作。这其中就包含电气工程及其自动化学科中的电机电力技术、计算机指挥和控制技术以及电力线路链接设计等多种技术。

　　其次，机械人构件组装完毕后，还需要检测装置保证其运行功能质量。检测装置是在机械人雏形形成并开始指挥其工作后对其实际的信息进行记录，再将实际信息和机器人内部既定的信息相对比，若出现很大偏差则需要重新进行信息的设定，若偏差很小则表示机器人研究成功，可以投入使用。分析是现代先进的机器人技术发现，很多机器人能够代替人类将损坏或质量不好的对象进行，同时立即将信息进行反馈，大幅度提高机器人工作的精确度并减少人类的工作量。

　　再者，机器人在组装完成后需要通过驱动装置对内部构件进行驱动，驱动后机器人才能给自行工作。利用计算机系统中的驱动设备在机器人中按照指定信号装置，当信号一放出，机器人即能够自动工作。其主要依靠电气工程机器自动化学科中的计算机软件系统、信号监控系统来实现机械装置的自动位移。

　　最后，机器人虽然能够根据已编排的程序自动动作，但是大多时候仍是人类进行控制，因此监控系统就显得尤为重要。目前的监控系统主要为集中式的控制系统，也就是指需要一个中心监控装置就可以实现对机器人的全部控制，该中心装置一般是一台微机[3]。该步骤需要运用到电气工程机器自动化学科中的单片机技术，单片机本身即为一台微机，因此将其安插在机器人结构中，只需要插入电源就可以运行，从而自如的控制机器人工作。

　　从以上分析内容可知，在机器人设计中加入电气工程及其自动化专业技术能够使机器人设计更加顺利，其拥有的功能会相对比较多且符合现代的技术水平。但，同样的，机器人设计是一个比较复杂的研究工程，其中涉及到的技术类型多样，仅仅依靠电气工程机器自动化专业技术根本无法满足人类对高度人性化机器人的要求。因此，只有不断的研究多种技术，才能使机器人真正成为人类工作和生活的好助手。

　　参考文献

　　[1]wilson.机器人设计经验之谈[J].电子制作，2011，32(09)：102-103.

　　[2]张静，刘永均，李柏林.机器人系统多学科协同优化设计[J].机械设计与研究，2008，41(05)：98-99.

　　[3]邓锋.采用标准关节机器人系统对飞机货舱门结构的自动钻铆[J].航空制造技术，2010，36(19)：210-211.

机器人技术论文3

　　智能机器人视觉仿生技术研究综述

　　摘要：机器人视觉仿生技术是机器人视觉控制领域的新热点。本综述在详细分析了灵长类动物眼球运动的形式和特点基础上，对国内外应用生物眼球运动控制机理来构建仿生机器视觉的研究现状、存在的问题及未来发展趋势做了全面综述，并针对目前机器人视觉仿生面临的技术难题，提出了开展视觉仿生研究的新思路和新构想。

　　Abstract： Robot vision bionic technology is the new hot shot in robot vision control area. In this review， based on a detailed analysis of primate eye movement forms and characteristics， the domestic and international research status of building bionic vision with the biological eye movement control mechanism， the problems and future trends are reviewed comprehensively， and new ideas for the visual bionic research are proposed for the current technical problems of robot vision bionic.

　　关键词： 视觉仿生;仿生眼;机器人

　　Key words： bionic vision;bionic eye;robots

　　中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2013)26-0195-02

　　0 引言

　　智能机器人是指：具有感知、识别、推理和决策能力，并且能独立执行任务的机器人。感知和识别技术是智能机器人最为关键的技术。研究最多的是基于视觉传感器的感知技术。比如美国波士顿动力公司研制的Big-Dog、Alpha-Dog、Little-Dog等系列四足机器人，采用立体视觉作为对环境进行识别和感知。意大利IIT大学研制的HyQ[2]机器人能够在复杂地形条件下高速移动，都不同程度地利用视觉实现感知。尽管如此还是满足不了人们对智能“双眼”的追求，假如能给智能机器人配备一双智能双眼，使其能像人类一样感知和获取环境信息、快速准确地切换视眼和跟踪目标，是人类对智能机器人梦寐以求的愿望。为此，人们采用多种基于计算机视觉的方法和手段来构建初步具备“视觉”功能的视觉系统。但目前智能机器人“眼睛”的功能还是比较低级，特别是在双目协调、以及对突然变化或事先未知的运动目标的跟踪、大视野与精确跟踪之间的矛盾以及由于震动引起的视线偏离补偿等方面的问题到目前都没得到很好的解决。近年来，视觉仿生成为前沿交叉学科的研究热点。

　　由于生物视觉经过千百万年的进化已具有极其发达和完善的内外环境适应能力。根据模拟生物视觉不同的功能表现及不同的应用场合，视觉仿生的研究可归纳为两大方面：一是从视觉感知、认知的角度进行研究;二是从眼球运动、视线控制的角度进行研究。前者国内外都有大量的研究方向和成果，主要研究视觉感知机制模型、信息特征提取和处理机制以及在复杂场景中目标搜索等。而后者是根据人类和其它灵长类动物的眼球运动控制机理来构建智能机器人的“眼睛”，实现生物眼的多种优异功能。

　　1 人类眼球运动的形式及特点

　　1.1 扫射与平滑追踪运动

　　扫射是当双眼自由地看周围环境是，视线很快从一个注视点转向另一个注视点。其潜伏期一般为200～250m/s，速度约为400b/s。Young等最早建立了扫视采样模，输入输出分别为目标位置和眼球位置，Robinson修改了Young的模型，模拟大脑并行处理特性。当前眼位与目标位置之差经过脉冲发生器进入并行通路，经积分器后产生位置信号，与MLF直接通路共同作用于眼球运动装置，产生扫射运动。平滑运动与扫射不同，属于眼球运动速度的连续负反馈系统，两者发生的时间是独立的。当眼球追踪一个运动物体时所发生的运动，使视线平滑地跟踪目标。

　　1.2 反射性眼球运动

　　从驱动眼动的动力源来分的话，眼球运动有与注意有关的眼动(如saccades、smooth pursuit、vergence)和与头动相关的眼动(即反射性眼动如VOR 和 OKR)两类。2005 年，Merfeld和 Ramat 分析了利用仿生机器人 iCub robot 对两种常见的 VOR 模型进行了模拟实验，分析了小脑在自适应特性及图像稳定中的重要作用。2007年Ojima指出，生物眼球运动具有典型的自适应控制机制，能够根据环境变化立即做出相应的变化和适当的响应，受此启发，提出一种非线性耦合神经振荡器网络模型及空间-时间学习算法，获得了平滑追踪中指令信号与运动增益及相位滞后的关系，建立的平滑追踪VOR 复合模型，改善了目标跟踪特性。

　　1.3 注视转移中头眼协调运动

　　2009 年后，人们提出了头眼协调运动的最优控制方法，运用最优控制理论研究了头眼运动与注视转移的关系，提出头眼运动最小贡献力为准则的最优控制方法，并转化为求解两点边值问题的微分方程组，仿真结果印证了“头、眼分别受控制于不同的控制器”的结论。但该研究提出的模型不具备生物的自学习机能，在此基础上提出了一种自学习最优控制模型，在注视转移过程中自适应调整控制器参数，对于再现生物头眼协调特性更近了一步。通过分析视觉重定位中头、眼运动的实验数据，提出建立头眼协调运动模型还须考虑一些尚未解决的问题。进一步研究导致这些现象的神经机制，才能揭示各运动子系统之间相互协调的本质。

　　1.4 固视微动

　　人眼在注视静止目标时，眼球仍处于高频率无意识的振动之中，一旦振动停止，成像就会变得模糊，这种振动保证了图像的获取质量。人眼的微动机制启发人们去模拟眼球振动来改善图像质量。当人眼凝视静止物体时，眼球自身的震颤(固视微动)具有突出物体边缘的作用且包含深度信息。东京工业大学张晓琳先后建立了单眼和双眼的水平眼球微动控制系统的模型，使眼球微动模型可以用于机器人眼的设计制造和控制上，并在此基础上制作了一对具有与双眼微动控制系统模型相同的机器人眼实验模型。事实上，生物眼球运动在大多数情况下是包含上述多种运动成分的复合运动。此外，人们还研究了眼球运动系统中神经积分器的作用、眼球运动的脑干控制机理，眼球运动与感知，以及眼球-头颈的运动学和动力学特性等，仿生眼的研究在国外成为前沿研究热点。 　　2 仿生视觉面临的问题及对策

　　目前机器人眼的研究多是基于工学方法，利用左右摄像机获得目标图像分别进行处理，左右眼和头颈缺乏协调联动机制，在双目、头眼协调运动、视线偏离补偿、不确定目标追踪等方面存在诸多技术障碍，采用仿生技术是寻求解决这些问题的重要途径。

　　2.1 建立完善的仿生眼模型

　　基于国外生理学研究成果，采用工程仿生学和控制理论相结合的方法，将视觉控制生理模型转化为工程技术模型，实现生物视觉的优异性能，从根本上解决机器视觉面临的技术难题，是智能机器人研究的重要方向。目前文献中的仿生眼模型只模拟了人眼的一种或两种运动，且多为单眼或双眼一维水平运动。普遍采用扫视与平滑追踪分离的机制，难以同时实现多种眼球运动。进一步研究各种眼球运动之间的内部关联与神经机理，建立多自由度非线性仿生双眼运动模型，同时实现扫视、平滑追踪、异向运动和反射运动等多种眼球运动，尚需进行大量的研究。

　　2.2 引入生物神经控制机理

　　当进行大幅度视线转移时，机器人的关节冗余需要有效地协调头部和双目的运动。目前提出的头眼协调运动系统及学习算法多是基于水平方向的二维头眼系统，虽有学者提出3D头眼协调运动控制算法，但采用的是先双目聚焦，再转动头部，后做眼睛补偿的“分时”“分段”执行方法，并未真正实现头眼同时转向目标中的协调控制。目前3D头眼协调运动仍是一项有待突破的技术难关。从生物头眼协调运动中获取灵感，研究灵长类动物头、眼和身体协调组合完成视线转移的神经控制机理，设计双目头颈协调运动控制算法，解决机器人3D头眼协调控制问题不失为一条重要的研究途径。

　　2.3 研究人眼跟踪目标的机理

　　机器人“眼”的重要功能之一是视觉跟踪，目前常采用视觉伺服反馈控制的方法，但对于突然、快速变化以及行踪无常的目标，常出现目标丢失、跟踪失败的现象。人眼在跟踪变化无常的目标中表现出的非凡才能源于其视觉系统中眼球快速扫视和慢速平稳追随之间的协调配合和实时切换。深入研究人类眼球运动模式自动切换快速准确跟踪目标的神经生理机制，将视觉跟踪中扫视(saccade事件驱动)和平稳追随(smooth pursuit，速度连续驱动)模式的切换看作混杂系统的自适应最优控制问题加以研究，以期解决随意性运动目标跟踪的快速性和准确性问题。其中两种模式之间的最佳切换时机和预测算法是研究的关键技术。

　　2.4 模拟人类反射性眼球运动机理

　　机器人在颠簸路段行走或在复杂的非结构化环境中作业时，自身机体振动或姿态发生变化会引起较大的视线偏离。通常采用图像处理(特征提取、目标检测与匹配、空间位置计算等)的方法来调节伺服机械云台，但补偿范围小，图像稳定性差，尚无解决大视线偏离的办法。人眼具有很强的自适应和自调节功能，当头部和身体姿态发生变化或背景动态变化时，仍能清楚地注视和跟踪目标，缘于其前庭动眼反射(VOR)和视动反射(OKR)机能。研究人类反射性眼球运动机理，建立由基于视网膜滑动信息的反馈控制器和基于前庭输入的前馈控制器组成的自适应VOR-OKR模型，主动补偿由机器人姿态本体变化引起的视觉误差，解决机器人大范围视觉偏差补偿问题。

　　3 结论

　　机器人的视觉技术是机器人的共性技术，也是一项关键技术。仿生型机器人眼运动控制系统使机器人眼具备人眼的诸多特殊自然功能，将其投入机器人产业应用将开创仿生学在机器人技术领域崭新的应用前景。

　　参考文献：

　　[1]Erkelens CJ.A dual visual-local feedback model of the vergence eye movement system[J].Journal of Vision，2011，11(10)：21：1-14.

　　[2]毛晓波.仿生机器眼运动系统建模与控制研究[D].郑州：郑州大学，2011.

　　[3]Robinson DA.Models of the saccadic eye control system[J].Kybernetik，1973，14(2)：71-83.

机器人技术论文4

　　摘 要：随着我国物流行业的快速发展，货物的流动性以及流量的大量增加都为仓储行业带来了巨大的挑战。而货物抓取机器人可以有效地利用工作环境的空间，改善货物的搬运能力，有效地节约货物装卸搬运需要的作业时间。在文中从系统实现功能以及系统方案这两个方面对货物抓取机器人设计进行介绍，并分析了该货物抓取机器人的特色，为货物抓取机器人的设计提供借鉴。

　　关键词：货物抓取 STM32单片机 机械臂 PWM控制 数据传输模块

　　中图分类号：G64                  文献标识码：A           文章编号：1674-098X（2019）02（b）-0081-02

　　1 立题意义

　　我国物流行业规模不断扩大，货物的流动性和流量的增加对现代仓储行业提出了更高的要求。为实现高效率的货品出入库管理，越来越多的机器人设备开始应用于仓储管理中[1]。

　　根据上述分析的机器人发展前景及物流行业未来发展方向，本文提出的设计一种具有手持终端控制和自动控制两种控制方式的货物抓取机器人具有很强的研究价值和实际意义。

　　2 研究内容

　　本项目设计一款货物抓取机器人。该货物抓取机器人设置成手持终端控制和自动控制两种模式。该机器人以金属底盘搭配四对负重轮作为运输工具，采用外置高增益天线，能够更好地接收到信号;能够实时视频WiFi控制，实现第一人称视角及控制;使用调速系统，可以更好掌控小车速度;安装的四自由度机械臂实现对目标货物的精准抓取。

　　系统最终实现的主要功能如下：

　　（1）实时视频WiFi控制功能，通过手机，电脑等通过WiFi连接机器人，在屏幕上实时观看画面以第一人称视角控制机器人，以此来实现手持终端控制;

　　（2）路径规划功能，通过在电脑或手机上描绘路径，机器人可以按照规划好的路径行进，以此来实现机器人的自动控制;

　　（3）机械臂抓取货物功能，采用四自由度机械臂，模拟人体手臂设计，舵机有防卡死功能，与控制软件界面同步控制，自由度多，具有很大的灵活性，控制起来更加方便;

　　（4）躲避障碍功能，机器人同规划路径运动时，通过传感器采集信息并反馈给主控制板，主控制板发出信息使机器人避开障碍;

　　（5）云台控制摄像头功能，通过手机触屏，可灵活地控制二自由度云台上下左右带动摄像头转动，可以更方便地观察目标。

　　3 货物抓取机器人系统实现方案

　　3.1货物抓取机器人系统硬件总体方案设计

　　货物抓取机器人系统系统主要由STM32主控板、电源、电机驱动模块、Robot-Eyes摄像头、WiFi视频数据传输模块、二自由度视频云台和四自由度机械臂、金属底盘组成。

　　STM32单片机作为控制核心，根据接收到的各模块的数据信息，发送相应控制指令。

　　WiFi视频数据传输模块是利用无线技术进行无线传输的一种模块，主要由发射器，接收器和控制器组成。

　　二自由度云台是一种安装、固定摄像装置的支撑设备，用于摄像装置与支撑物的连接，主要用于需要进行运动图像捕捉的场合或环境，是采集方式更方便直接，在需要摇摆和摆动的机构中，如机械臂也利用云台来实现可接触范围的延伸和扩展。

　　四自由度机械臂主体结构有四个自由度，主要由旋转关节组成，具有与人的肩、肘、腕相对应的关节，更加接近于人的手臂。四自由度机械臂是本设计方案的重要研究对象。机械臂运行轨迹追踪控制技术主要包括自适应控制，滑模变结构控制，鲁棒自适应控制和模糊自适应控制[3]和经典PWM控制五大类。由于四自由度机械臂采用仿人类手臂设计，灵活度高，所以本设计方案对机械臂采用PWM控制，这种控制方法的优点是控制精度高。

　　电机驱动模块：采用8路舵机组成。

　　电源采用12V锂电池组，对机器人进行供电。

　　3.2货物抓取机器人软件总体方案设计

　　货物抓取机器人软件设计是按照模块化的思想完成的，采用C语言编写。设计内容包括基于STM32单片机控制系统的主程序，电机驱动子程序、四自由度机械臂控制子程序，WiFi通讯子程序、手持终端控制子程序。

　　STM32单片机在处理传感器采集的信息后，通过串口通信送达调用舵机控制器中的动作指令，舵机控制器控制四自由度机械臂对货物进行抓取。

　　拟通过三个层面来实现上述功能：

　　（1）底层电机驱动层，以STM32单片机实现对小车的驱动控制。该层主要设计电机驱动控制子程序和四自由度机械臂子程序。电机驱动控制子程序可以采用PWM算法实现对机器人底盘运动的控制。四自由度机械臂子程序中运用PWM控制算法，使用PWM调速方式对各关节电机进行驱动，采用外环位置环与内环速率环的双闭环控制结构，对各关节的运动方向，角度等进行控制，以此来对机械臂进行整体控制，实现对货物的抓取。

　　（2）中层数据传输层，借助路由器平台传输控制命令以及视频传递。传输层是完成对控制命令的传输，是连接机器人和手机的桥梁，同时也负责视频画面的采集和编码。该层主要设计WiFi通讯子程序。通过这个子程序可以实现数据的传输功能。

　　（3）顶层终端控制层，通过手持终端实现对机器人的控制。采用eclipse编写Android程序，程序共两个Activity界面：设置界面和主程序界面。設置界面中设置服务器端IP，控制口号和视频传输端口号[4]。主程序界面中有前进/后退按钮，按钮用于向路由器端发送TCP数据，通过数据传输以实现对机器人的控制。

　　4 项目特色

　　本文设计的货物抓取机器人，集实时视频WiFi控制、四自由灵活抓取货物机械臂、二自由度云台搭载摄像头于一体，可以设置手持终端控制和自动控制两种控制方式对货物进行抓取。STM32单片机，是一种较为先进的单片机，不仅可以用寄存器进行编程，还可以使用官方提供的库文件进行编程。实时视频WiFi控制可以通过手机视频实时了解机器人位置并对机器人进行控制;选用四自由度机械臂，模仿人类手臂结构抓取货物更牢固;采用二自由度云台搭载摄像头，可以更灵活地控制摄像头来采集信息;8路舵机控制器对机器人进行驱动，机器人运动更加灵活且动力更加强劲，采用PWM控制技术对电机进行控制可以大大节省能量，具有很强的稳定性。综上所述，该货物抓取机器人的成本低，性价比高，操作方便快捷，可以大大节省人力资源，降低人力成本，同时提高工作效率，对物流行业发展乃至社会经济发展起到一定的推进作用。

　　参考文献

　　[1]刘丽军.基于单目视觉的仓储物流机器人定位方法探讨[J].电子制作，2018（12）：63-64.

　　[2]王晴.应用单片机进行多自由度机械臂控制系统设计[J].邢台职业技术学院学报，2018，35（3）：64-66.

　　[3]宦婧，周伟祝，赵媛.基于智能感应的多自由度机械臂系统的设计实现[J].计算机与数字工程，2018，46（2）：397-401.

　　[4]杨勇.DIY基于路由器控制的wifi视频小车[J].电子世界，2018（23）：143-144.

本文来源：https://www.wnzmb.com/lunwen/136644/