敏捷制造的輕型作業(yè)單元設(shè)計(jì)機(jī)械應(yīng)用羅杰 D ·奎因，格雷格三考西機(jī)械系和航空航天工程弗蘭克，戴維 M ·薩金特，尼古拉答 Barendt紐曼，維爾吉利奧 Velasco 電機(jī)工程學(xué)系與應(yīng)用物理系安迪 Podgurski，菊妍喬Leon S. Sterling, Yoohwan Kim計(jì)算機(jī)系工程與科學(xué)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)（CWRU）美國俄亥俄州克利夫蘭，44106摘要：本文介紹了一種靈活的設(shè)計(jì)用于制造工作單元光機(jī)電從類似的產(chǎn)品的裝配部件（即作出部分零件）。我們定義了敏捷制造能夠?qū)崿F(xiàn)快速轉(zhuǎn)換，從裝配一個(gè)產(chǎn)品到另一個(gè)產(chǎn)品的裝配?？焖儆布D(zhuǎn)換成為可能，通過使用機(jī)器人，靈活的裝配部分，模塊化夾子機(jī)模塊化裝配硬件。依靠靈活的饋線上料皮帶和二進(jìn)制計(jì)算機(jī)視覺構(gòu)成估計(jì)。這明顯的優(yōu)勢超過 nonflexible 如碗飼養(yǎng)的飼養(yǎng)計(jì)劃需要大量的調(diào)整從一個(gè)轉(zhuǎn)換另一部分。正在快速轉(zhuǎn)換軟件促進(jìn)了一個(gè)真正的一次性使用的，面向?qū)ο筌浖h(huán)境，模 塊化的軟件，圖形為離線模擬軟件的開發(fā)，以及創(chuàng)新的雙控制器結(jié)構(gòu) VME 總線。 這些靈活的功能允許將引進(jìn)新產(chǎn)品最小的停機(jī)時(shí)間和系統(tǒng)重構(gòu)。1．簡介1.1 什么是敏捷制造？敏捷制造是一個(gè)長期見過增加了過去幾年中，工業(yè)使用。該“敏捷“的定義，但是，目前尚不清楚，也不是一致：“敏捷：一個(gè)制造商的措施突然的反應(yīng)能力，不可預(yù)測的變化客戶需求的產(chǎn)品和服務(wù)，使一利潤“1。 “今天工廠正在陸續(xù)被在裁縫敏捷貨物交給客戶的要求不停產(chǎn)2．敏捷制造同化物的柔性生產(chǎn)全系列技術(shù)，以吸取的教訓(xùn)以及總質(zhì)量管理，'只是在時(shí)間的生產(chǎn)和'精益'生產(chǎn)“3。唯一的共同點(diǎn)之一各種定義是能夠制造出多種對什么可迅速為基礎(chǔ)的類似產(chǎn)品不斷變化的客戶需求。在過去，生產(chǎn)專門針對大批量單一生產(chǎn)產(chǎn)品。在今天的市場，然而，重點(diǎn)是對小批量移動(dòng)從不斷變化的，客戶驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品線。圖 1：敏捷作業(yè)單元一個(gè)“敏捷“制造的定義已通過適用于光機(jī)電裝配產(chǎn)品：敏捷制造是有能力完成快速轉(zhuǎn)換之間的不同制造利用基本相同的組件工作單元?？焖俎D(zhuǎn)換（以小時(shí)為單位），此外，被定義為移動(dòng)能力的一個(gè)產(chǎn)品，從大會(huì)另一種產(chǎn)品裝配與最低的變化工具和軟件?？焖俎D(zhuǎn)換使生產(chǎn)小批量，讓'只是在時(shí)間'生產(chǎn)。我們的“敏捷“的定義的中心主題制造業(yè)是能夠迅速推出（按星期計(jì)算）為新的組件和部件系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，快速完成轉(zhuǎn)換通過可重復(fù)使用的軟件的使用，快速變化該機(jī)械手夾持器，模塊化工作表和部分饋線其中有足夠的彈性處理，而無需機(jī)械零件的幾種類型調(diào)整。這些饋線使用視覺，在硬地夾具，以確定位置和方向部分。通用，可重復(fù)使用的例程允許新的部分視力被添加到具有最低系統(tǒng)的努力。一個(gè)實(shí)施一個(gè)靈活的測試平臺(tái)已開發(fā)生產(chǎn)工作單元（圖 1）。這包括機(jī)械機(jī)器人，靈活的部分進(jìn)料器，視覺系統(tǒng)（攝像機(jī)，圖像采集，并庫中的圖像處理程序），以及有限傳感器和執(zhí)行器專用所需人數(shù)完成一個(gè)給定的程序集。這樣一個(gè)核心特征工作單元是一個(gè)控制器控制每一個(gè)有能力的上述組件。該工作單元是中央輸送系統(tǒng)，這是博世實(shí)現(xiàn)使用標(biāo)準(zhǔn)的硬件。這是負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)移部分完成組裝機(jī)器人之間進(jìn)行成品和單位一卸貨機(jī)器人的機(jī)器人安裝在基座附近輸送帶系統(tǒng)。托盤與專業(yè)部件固定裝置是用來在整個(gè)集會(huì)進(jìn)行系統(tǒng)完成后，該組件將被刪除從托盤的裝卸機(jī)械。最后，安全籠包圍整個(gè)工作單元，服務(wù)保障運(yùn)營商以及提供用于安裝的結(jié)構(gòu)開銷相機(jī)。2.1 輸送系統(tǒng)輸送機(jī)系統(tǒng)在 CWRU 使用工作單元是一個(gè)模型 T2 的博世制造。托盤在兩個(gè)主要傳閱，輸送線。這些行是平行的，彼此相反的操作方向。托盤轉(zhuǎn)移這兩者之間部分由電梯傳熱單元（LTU 的）的手段。這些允許各地輸送托盤流通系統(tǒng)和重新排序能力的托盤。在系統(tǒng)托盤的每個(gè)都有一個(gè)獨(dú)特的識(shí)別號(hào)碼，使系統(tǒng)跟蹤和直接的進(jìn)展。止損是安裝在關(guān)鍵輸送機(jī)上的點(diǎn)來控制托盤的流量。這方面的一個(gè)創(chuàng)新的輸送系統(tǒng)使用的是使用短“骨刺線“。一種鞭策（圖 2）是一個(gè)單純的延長輸送機(jī)，垂直為主線（類似于鐵路支線）。這允許流主輸送線，而要維持一個(gè)機(jī)器人執(zhí)行組裝在鞭策。托盤進(jìn)入一個(gè)刺激注冊在機(jī)器人的世界由一個(gè)坐標(biāo)系臂安裝攝像頭，允許地方或機(jī)器人消除對托盤零件，避免犧牲機(jī)械登記2.2 裝配站大會(huì)的幾個(gè)車站的布局進(jìn)行了分析在選擇最終布局。在評(píng)估了幾個(gè)每一個(gè)布局功能，包括：展示位置相對于機(jī)器人輸送機(jī)，給料機(jī)的影響相對于機(jī)器人的位置工作信封，并機(jī)器人動(dòng)作一個(gè)通用大會(huì)的必要，這是確定，在圖 2 最適合的布局需要的工作單元。每一個(gè)裝配機(jī)器人是由兩個(gè)包圍模塊化，可移動(dòng)工作臺(tái)和兩個(gè)固定喂養(yǎng)表（圖 2）。模塊化表很容易交換，允許專門組裝硬件放置在機(jī)器人的工作信封。表中包含的模塊化和氣動(dòng)執(zhí)行器可連接快速電傳感器，允許任何專門工具迅速變化需要一個(gè)給定的程序集。通過設(shè)計(jì)這些表是模塊化和易于交換，不同的裝配硬件可以快速入住。為了實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換，模塊化工作登記表在機(jī)器人的世界坐標(biāo)在同一系統(tǒng)由于托盤的方式（即使用臂安裝攝像頭）。進(jìn)料表是固定的，與水平，partsfeeding 輸送機(jī)安裝到他們。圖 2：工作站布局輸送機(jī)的一個(gè)缺點(diǎn)/刺激系統(tǒng)，如上所述，必須充分交流的時(shí)間托盤為一個(gè)空的。在這段時(shí)間（約 15 秒）的機(jī)器人將可以想象無效。一簡單的解決這個(gè)問題是一個(gè)迷你倉：一夾具是位于交換部分的工作表來保存一些完成組裝。在一個(gè)托盤互換，裝配機(jī)器人可以繼續(xù)運(yùn)作而傳入的工作托盤到達(dá)時(shí)，放置在迷你倉完成組裝。后來電轉(zhuǎn)移到托盤的刺激，視覺系統(tǒng)寄存器的托盤。該機(jī)器人將當(dāng)前的大會(huì)（在其爪仍）托盤上，然后所得款項(xiàng)將完成從組件迷你倉的托盤。2.3 喂料機(jī)柔性件每個(gè)支線組成（圖三傳送帶 3）。第一輸送機(jī)傾斜，從電梯部件散裝料斗。第二輸送機(jī)是水平的，具有半透明帶。它傳輸?shù)綑C(jī)器人零部件，呈現(xiàn)在附近的機(jī)器人 underlit 節(jié)。該第三輸送機(jī)返回未使用的或不利的導(dǎo)向到大型料斗部分。正確地運(yùn)作取決于饋線部分被取消的散裝料斗中 quasisingulated 方式。許多因素影響效益傾斜輸送機(jī)：對角輸送到水平方面，皮帶特性（如摩擦系數(shù)），對帶式（防滑，磁力，真空），以及線速度帶，例如。圖 3：靈活澆注系統(tǒng)示意圖當(dāng)不同的零件，應(yīng)美聯(lián)儲(chǔ)，散裝料斗清空，并與新的部件填補(bǔ)。如果部分是類似的幾何形狀，進(jìn)料沒有變化系統(tǒng)通常是必要的。一些地區(qū)，如圓形或圓柱的（即那些將回滾下來傾斜）可能需要不同的腰帶，如表面，防滑一個(gè)或一個(gè)不同的角度傾斜。架空相機(jī)用于定位部件對水平輸送機(jī)。一種緊湊型熒光燈陣列燈是安裝在每個(gè)輸送機(jī)的水平。用半透明的這些燈一起輸送帶提供underlit 領(lǐng)域，部分可向視覺系統(tǒng)。使用二進(jìn)制視覺工具（目前上料機(jī)由一個(gè)熟練的視覺系統(tǒng)提供）部分皮帶進(jìn)行檢查。首先，視覺系統(tǒng)會(huì)查看是否一部分是抓握（即部分承認(rèn)的是，穩(wěn)定姿態(tài)（位置和方向）和足夠的間隙之間存在的一部分，它的鄰國抓住了它爪）。第二，造成了部分在機(jī)器人的世界坐標(biāo)確定。這個(gè)姿勢，和動(dòng)作與收購相關(guān)的部分，是檢查，以確保他們在機(jī)器人的工作信封。2.4 視覺系統(tǒng)視覺系統(tǒng)的一個(gè)基本功能是確定靈活的組件構(gòu)成部分喂養(yǎng)。姿態(tài)估計(jì)是使用內(nèi)置該 AdeptVision 軟件功能，而且必須要快夠不干預(yù)裝配周期時(shí)間。一對視覺系統(tǒng)的第二功能是登記托盤和模塊化的工作表到機(jī)器人的世界坐標(biāo)系統(tǒng)，避免了調(diào)整的需要硬件。還有另一種可能是使用錯(cuò)誤恢復(fù)，其中，該相機(jī)可以用來檢查臨界點(diǎn)在系統(tǒng)中，或在進(jìn)程內(nèi)組件。該視覺系統(tǒng)使用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字 CCD 相機(jī)，裝配件或以上的靈活饋線或在機(jī)器人手臂。由于數(shù)字相機(jī)到 AdeptVision 系統(tǒng)的投入是有限的四個(gè)，一個(gè)低成本，自定義視頻多路復(fù)用器的開發(fā)，利用一單片式視頻切換器集成電路。這使得多達(dá)四臺(tái)攝像機(jī)被連接到每個(gè)視頻輸入法視頻硬件。在與快速轉(zhuǎn)換保持理念，視覺程序設(shè)可重復(fù)使用，這是一個(gè)給定的常規(guī)，可用于定位幾個(gè)不同但相似的部分（即類似計(jì)為不對稱性，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等）。這種方法有很多優(yōu)勢，包括盡量減少軟件的數(shù)量例程。此外，該軟件允許重復(fù)使用模塊化和“敏捷?！袄?，通過參數(shù)化特征例行搜查因?yàn)椋梢赃m用于部分有一個(gè)類似的個(gè)人資料但屬于不同的大小。這意味著，部分與在這些類似的幾何形狀零件庫，可添加到系統(tǒng)中，只需修改檢查程序調(diào)用這些低層次的，可重復(fù)使用的例程，2.5 引進(jìn)的新零件添加一個(gè)新的一部分，該系統(tǒng)涉及數(shù)明確任務(wù)。愿景例行這就決定了構(gòu)成的一部分，開發(fā)，利用圖書館可重復(fù)使用的視覺例程。如果新的部分似乎沒有別的地方特色，在零件圖書館，新的程序可能需要添加到軟件庫。此外，如果部分沒有被設(shè)計(jì)為使用通用零部件饋線（例如它沒有穩(wěn)定的姿勢像，缸），可能需要的饋線變更或腰帶改變傾斜角度。引人入勝還必須旨在操縱新的一部分。為了盡量減少避免了專門的硬件和工具的變化大會(huì)，手爪設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行與其他部件的設(shè)計(jì)，同時(shí)為抓手聚集在一個(gè)給定的機(jī)器人。舉例來說，如果給定操作既需要一個(gè)一個(gè)小部件和組件是一個(gè) B 在第一個(gè)機(jī)器人組裝，設(shè)計(jì)人員應(yīng)手爪考慮到這一點(diǎn)在一般情況下，最好是設(shè)計(jì)的部件和相關(guān)的硬件同時(shí)進(jìn)行。這將使最大程度地重用的軟件，以最小的變化靈活的體制和喂養(yǎng)一個(gè)強(qiáng)有力的裝配設(shè)計(jì)序列，將加強(qiáng)無人操作。這方法稱為設(shè)計(jì)制造及 Assembly7，或者干脆 DFMA。3 計(jì)算機(jī)硬件/控制器設(shè)計(jì)目前的軟件已被完全開發(fā)在 V8 編程語言和操作系統(tǒng)，在嫻熟的 MV 控制器。對于大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用中，這將是編程環(huán)境足夠的，但它缺乏動(dòng)力和靈活性需要支持快速的軟件開發(fā)和轉(zhuǎn)換。這主要是因?yàn)?V+缺乏特色這是標(biāo)準(zhǔn)的其他語言和操作系統(tǒng)系統(tǒng)，如用戶定義函數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和 shell 腳本的執(zhí)行。To circumvent these limitations, a more 廣泛的控制器接口的設(shè)計(jì)工作已發(fā)展。這將允許系統(tǒng)來支持 C 和的 C ++，并提供一個(gè)更友好，更靈活的用戶接口。此外，它將允許實(shí)時(shí)使用操作系統(tǒng)，從而簡化軟件開發(fā)和提高性能。圖 4：系統(tǒng)架構(gòu)在這個(gè)設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的能力擴(kuò)大了使用除第二 VME 總線 VME 總線控制器壓（圖 4）。這第二個(gè) VME 總線房子的 I / O 板和專用 單板計(jì)算機(jī)（SBC 的），對其中一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)執(zhí)行 C 和 C++程序?qū)?SBC 的運(yùn)行的。負(fù)責(zé)所有高層次的控制和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)（例如：輸送機(jī)控制，氣動(dòng)操作，指定機(jī)器人目的地），而采用壓控制器專為低級(jí)別的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)（如伺服控制和軌跡生成）和一些機(jī)視覺例程。在以后的實(shí)現(xiàn)，這是視覺處理板，也可以用在第二 VME 總線，從而充實(shí)了 AdeptVision 系統(tǒng)。兩個(gè)總線連接電纜或光纖連接。內(nèi)存所做的更改由一個(gè)反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)。這包括兩個(gè)內(nèi)存卡，各有一個(gè)總線，它可以由連接的一板會(huì)自動(dòng)反映，另一方面，從而允許指令和數(shù)據(jù)傳送之間兩個(gè) buses9。巴塞爾公約秘書處的地點(diǎn)可以使機(jī)器人對反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)想命令。這些都是宣讀了命令組服務(wù)器上運(yùn)行 MV 的控制器。這些服務(wù)器執(zhí)行命令并在適用時(shí)，返回相同的結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)。4 作業(yè)單元軟件另一個(gè)軟件是一個(gè)靈活性的關(guān)鍵敏捷制造工作單元，但是，這種靈活性不來而精心設(shè)計(jì)。盡管軟件本質(zhì)上是比硬件更容易改變，結(jié)構(gòu)一個(gè)軟件系統(tǒng)可以降低，經(jīng)過反復(fù)修改，導(dǎo)致可靠性差，并增加維修費(fèi)用。在設(shè)計(jì)工作單元控制軟件方面，我們聘請軟件工程方法和工具支持的設(shè)計(jì)原則改變。特別是，我們最新的設(shè)計(jì)是面向?qū)ο螅∣O）的，也就是說，它是根據(jù)物體的識(shí)別該系統(tǒng)，這是這些實(shí)體有一個(gè)國家和一個(gè)行為。物理設(shè)備，抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)整個(gè)子系統(tǒng)建模為對象，提供，明確設(shè)定服務(wù)時(shí)，其執(zhí)行封裝和隱藏。強(qiáng)調(diào)面向?qū)ο筌浖O(shè)計(jì)減少了工作量需要引入進(jìn)入新的工作單元產(chǎn)品通過可重用的代碼。能夠迅速引入新產(chǎn)品工作單元是至關(guān)重要的一個(gè)靈活的系統(tǒng)。對象類型或類類構(gòu)造，其中服務(wù)對應(yīng) memberfunction 的定義使用 C + +電話。新的類派生自現(xiàn)有通過增加的服務(wù)或通過覆蓋實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有服務(wù)。面向?qū)ο蟊阌诰S護(hù)，因?yàn)橐粋€(gè)實(shí)施類是可以改變的，而不會(huì)影響客戶端代碼，使用類的服務(wù)，因?yàn)榕缮惪梢钥捎糜谌魏涡枰母割惣纯伞３藵M足我們的要求特別是制造業(yè)中的應(yīng)用，我們希望指定軟件設(shè)計(jì)的組件，可能證明有用敏捷制造各種應(yīng)用。因此，我們試圖確定敏捷設(shè)計(jì)模式制造業(yè)。設(shè)計(jì)模式是一組溝通的對象或類，兩者代表一個(gè)可重復(fù)使用的設(shè)計(jì)元素，是適用的，經(jīng)過一番專業(yè)化，一 systems10 品種。到目前為止，我們已經(jīng)確定用于這種活動(dòng)的設(shè)計(jì)模式整個(gè)系統(tǒng)的控制，系統(tǒng)之間的通信元器件，零部件和組件的規(guī)定，調(diào)度系統(tǒng)任務(wù)和錯(cuò)誤處理。4.1 作業(yè)系統(tǒng)該工作單元控制的最初版本軟件實(shí)施了與 V+操作系統(tǒng)和編程語言提供了善于壓控制器。雖然為 V +提供了足夠的設(shè)施許多機(jī)器人應(yīng)用，我們確定一個(gè)更先進(jìn)的操作系統(tǒng)和編程語言將更好地支持我們的軟件設(shè)計(jì)理念和敏捷制造的目標(biāo)。一般來說，工作單元控制涉及的號(hào)碼管理實(shí)時(shí)限制并發(fā)任務(wù)。因此，一實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）的足夠和任務(wù)調(diào)度，通信和可靠的設(shè)施同步是可取的。4.2 軟件體系結(jié)構(gòu)該工作單元控制軟件被設(shè)計(jì)成一個(gè)層次結(jié)構(gòu)的服務(wù)器。在最高水平，工作單元控制器的服務(wù)請求人的經(jīng)營人包裝箱成品組件。在這樣做時(shí)，到托盤服務(wù)器沿著托盤輸送機(jī)馬刺之間。托盤服務(wù)器跟蹤運(yùn)動(dòng)每個(gè)托盤，但工作單元控制器負(fù)責(zé)知道托盤內(nèi)容。該工作單元控制器大會(huì)的服務(wù)器，這都與要求機(jī)器人，以填補(bǔ)部分或全部組件托盤。為了滿足這些要求，大會(huì)的服務(wù)器必須部分下屬與服務(wù)器進(jìn)行通信以及與機(jī)器人和專用硬件。的部分反過來服務(wù)器必須與零件饋線和通信與視覺系統(tǒng)。一般來說，服務(wù)器的設(shè)計(jì)作為對整體工作單元一些假設(shè)如可能的結(jié)構(gòu)，使他們不敏感該結(jié)構(gòu)的變化。在適當(dāng)情況下，服務(wù)器同時(shí)運(yùn)行，例如，同時(shí)增加了一個(gè)機(jī)器人部分集會(huì)，該部分服務(wù)器嘗試設(shè)在機(jī)器人的未來預(yù)期另一部分錯(cuò)誤的處理，也是分層的。如果一臺(tái)服務(wù)器遇到一個(gè)錯(cuò)誤，它首先試圖解決這個(gè)問題在當(dāng)?shù)?，例如，通過使更多的要求下屬服務(wù)器。如果失敗，服務(wù)器表明它的客戶端它無法提供所要求的服務(wù)。客戶端然后試圖解決這個(gè)錯(cuò)誤條件。作為一個(gè)具體例如，考慮一個(gè)部分服務(wù)器無法找到一部分在其遠(yuǎn)景窗口。它會(huì)一再提前給料機(jī)和拍照。如果沒有部分是內(nèi)發(fā)現(xiàn)一一定數(shù)量的重復(fù)，將報(bào)告的部分支線大會(huì)未能服務(wù)器。如果沒有多余饋線部分，它可以調(diào)用，服務(wù)器將在大會(huì)信號(hào)發(fā)生故障的工作單元控制器。在缺乏冗余服務(wù)器的組裝問題，釷控制器將問題通知，要求經(jīng)營者人為干預(yù)。魯棒，容錯(cuò)軟件必要的無人值守，操作的工作單元。4.3 作業(yè)單元模擬隨著軟件開發(fā)進(jìn)展同時(shí)隨著硬件建設(shè)系統(tǒng)，可以明顯看出一個(gè)仿真硬件系統(tǒng)預(yù)計(jì)將是極為有益的。該決定是為了開始發(fā)展全面的仿真，將允許工作單元控制代碼被開發(fā)和測試，而不使用實(shí)際硬件。這允許控制軟件來編寫和調(diào)試沒有制止生產(chǎn)功能工作單元。它也非常有用，以顯示圖形硬件的響應(yīng)（圖 5）特別是研究各種工作單元布局。，圖 5：TELEGRIP 模擬輸送系統(tǒng)已完全模擬。詳細(xì)的仿真機(jī)器人和遠(yuǎn)見系統(tǒng)正在開發(fā)中。仿真代碼模仿的工作單元的輸入和輸出，使為模擬透明地使用。換句話說，在代碼是用來模擬控制的工作單元是相同的代碼運(yùn)行在同一處理器板用于控制物理設(shè)備。這是一個(gè)功能強(qiáng)大的工具軟件設(shè)計(jì)中不存在任何矛盾控制與仿真代碼和實(shí)際控制代碼。這消除了移動(dòng)可能移植問題從模擬到實(shí)際控制平臺(tái)5．結(jié)論本研究成功驗(yàn)證的關(guān)鍵問題對于一個(gè)敏捷制造工作單元的設(shè)計(jì)。柔性件饋線，機(jī)器視覺，模塊化硬件，廣泛的控制器接口，在線糾錯(cuò)，圖形模擬和模塊化的軟件都一個(gè)廣泛實(shí)施的重要因素。在繼續(xù)工作，該系統(tǒng)正在擴(kuò)大模塊化的程序，包括視覺，一個(gè)實(shí)時(shí)的使用操作系統(tǒng)，面向?qū)ο缶幊?，廣泛的錯(cuò)誤檢測和恢復(fù)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造和裝配也將發(fā)揮關(guān)鍵作用在促進(jìn)攝食，裝配，并造成估計(jì)。參考文獻(xiàn)[1].P.M.Noaker。敏捷制造的搜索。制造工程，30:28-42，1993。[2].河科默福德。靈活的工廠：個(gè)案研究。電機(jī)及電子學(xué)工程師聯(lián)合會(huì)頻譜，30:28-42，1993[3].史蒂芬屬高盛和羅杰全納格爾。管理，技術(shù)和敏捷性：一個(gè)新時(shí)代的出現(xiàn)制造業(yè)。國際科技雜志管理，8（1/ 2），1993[4].河斯特羅貝爾和 A.約翰遜。靈活的工廠：案例研究。電機(jī)及電子學(xué)工程師聯(lián)合會(huì)頻譜，30:28-42，1993。[5].T.E.貝爾。靈活的工廠：個(gè)案研究。電機(jī)及電子學(xué)工程師聯(lián)合會(huì)頻譜，30:28-42，1993。[6].大衛(wèi)邁克爾薩金特。一個(gè)計(jì)算機(jī)框架視力敏捷制造。碩士論文，案例西儲(chǔ)大學(xué)，1996。[7]. 布思羅伊德杜赫斯特公司產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)，1991 年 3 月[8].擅長技術(shù)公司，五+語言參考指南，11.0 版，1993 年 6 月 787-9。五月。[9].使用反射內(nèi)存來構(gòu)建高度交互式實(shí)時(shí)多處理器系統(tǒng)。 VME 總線系統(tǒng)，9（3），1992。[10].五伽馬，河頭盔，河約翰遜和 J. Vlissides。設(shè)計(jì)模式，可復(fù)用面向?qū)ο筌浖?。艾迪生韋斯利，讀，碩士，1994。致謝這項(xiàng)工作得到了克利夫蘭先進(jìn)制造項(xiàng)目（營地）通過中心自動(dòng)化和智能系統(tǒng)研究（CAISR）和學(xué)校的工程案例畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯題目 4-DOF SCARA 機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)模擬專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 078105226學(xué) 生 姓 名 饒新龍指 導(dǎo) 教 師 許 瑛填 表 日 期 2011 年 6 月 1 日1畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 開 題 報(bào) 告設(shè)計(jì)（論文）題目學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專業(yè)、班級(jí)學(xué) 院 指導(dǎo)教師姓名選題的目的和意義：機(jī)器人是一個(gè)自動(dòng)執(zhí)行某種動(dòng)作的機(jī)械裝置，它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編制的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作。它是高級(jí)整合控制論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物?，F(xiàn)在，機(jī)器人在各行各業(yè)中，都有著廣泛的應(yīng)用，例如制造業(yè)、建筑業(yè)，或是其它危險(xiǎn)性的工作[1]。 要想設(shè)計(jì)出一個(gè)機(jī)器人，就必須要具備以下這些方面的能力。第一，電子學(xué)基礎(chǔ)。這部分內(nèi)容包括模擬電路和數(shù)字電路理論，要學(xué)習(xí)電阻、電容器、晶體管以及其他普通電子元器件等基礎(chǔ)知識(shí)。第二，編程基礎(chǔ)。先進(jìn)的機(jī)器人都使用計(jì)算機(jī)或微處理器（例如單片機(jī)）來控制自己運(yùn)動(dòng)的，這就需要靠編程來實(shí)現(xiàn)。第三，機(jī)械基礎(chǔ)。機(jī)器人也是一臺(tái)機(jī)器，要靠運(yùn)動(dòng)來完成任務(wù)。要想設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器人這就需要設(shè)計(jì)一些相應(yīng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)器人在功能和技術(shù)上都取得了很大的提高?，F(xiàn)在，即使在嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)形勢下，仍有很多面向各個(gè)新應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)器人不斷涌現(xiàn)出來。目前，我國也正掀起一股機(jī)器人的熱潮。我國機(jī)器人的技術(shù)也取得了很大的進(jìn)步。我國的機(jī)器人技術(shù)大致有如下發(fā)展趨勢：（1）智能化。智能化不僅是對機(jī)器人系統(tǒng)的要求，也是對工作環(huán)境的要求。智能化的發(fā)展趨勢，有效地提高機(jī)器人工作的效率和使用性能。 （2）標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化。我國還沒有統(tǒng)一的機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和平臺(tái)能夠大大減少應(yīng)用軟件廠商的成本，并能優(yōu)化服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)，規(guī)范中間件，實(shí)現(xiàn)模塊化[3]。2一、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡述：隨著工業(yè)機(jī)器人研究制造和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，國際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開展很多。國際工業(yè)機(jī)器人會(huì)議 ISIR 決定每年召開一次會(huì)議，討論和研究機(jī)器人的發(fā)展及應(yīng)用問題。隨著工業(yè)機(jī)器人研究制造和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，國際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開展很多。國際工業(yè)機(jī)器人會(huì)議 ISIR 決定每年召開一次會(huì)議，討論和研究機(jī)器人的發(fā)展及應(yīng)用問題。目前，網(wǎng)球機(jī)器人應(yīng)用還不廣泛,技術(shù)上也還不夠成熟,從結(jié)構(gòu)上和智能上都不夠成熟, 現(xiàn)在，即使在嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)形勢下，仍有很多面向各個(gè)新應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)器人不斷涌現(xiàn)出來。目前，機(jī)器人應(yīng)用率的快速增長并非僅僅是一時(shí)的狂熱，而是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢。許多枯燥、骯臟和危險(xiǎn)的工作最終將由機(jī)器人代替人工來完成。隨著機(jī)器人技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)器人競技運(yùn)動(dòng)在世界各地蓬勃興起。社會(huì)在不斷地發(fā)展，對機(jī)器人的要求也越來越高,所以網(wǎng)球機(jī)器人在市場的需求也越來越高了.隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，針對于上述各個(gè)領(lǐng)域的機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用和研究對系統(tǒng)本身也提出越來越多的要求。制造業(yè)要求機(jī)器人系統(tǒng)具有更大的柔性和更強(qiáng)大的編程環(huán)境，適應(yīng)不同的應(yīng)用場合和多品種、小批量的生產(chǎn)過程。計(jì)算機(jī)集成制造要求機(jī)器人系統(tǒng)能和車間中的其它自動(dòng)化設(shè)備集成在一起。研究人員為了提高機(jī)器人系統(tǒng)的性能和智能水平，要求機(jī)器人系統(tǒng)具有開放結(jié)構(gòu)和集成各種外部傳感器的能力。然而，目前商品化的機(jī)器人系統(tǒng)多采用封閉結(jié)構(gòu)的專用控制器，一般采用專用計(jì)算機(jī)作為上層主控計(jì)算機(jī)，使用專用機(jī)器人語言作為離線編程工具，采用專用微處理器，并將控制算法固化在 EPROM 中，這種專用系統(tǒng)很難（或不可能）集成外部硬件和軟件。修改封閉系統(tǒng)的代價(jià)是非常昂貴的，如果不進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，多數(shù)情況下技術(shù)上是不可能的。解決這些問題的根本辦法是研究和使用具有開放結(jié)構(gòu)的機(jī)器人系統(tǒng)。我國雖然開始研制工業(yè)機(jī)器人僅比日本晚 5-6 年，但是由于種種原因，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展比較慢。目前我國已開始有計(jì)劃地從國外引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，通過引進(jìn)、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)機(jī)器人將會(huì)獲得快速的發(fā)展。3設(shè)計(jì)思路自動(dòng)識(shí)別并接收到運(yùn)動(dòng)員發(fā)出的撿網(wǎng)球命令后，采用圖像識(shí)別技術(shù)自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)球落下的方位。然后，對網(wǎng)球的位置分布作一個(gè)最優(yōu)的行程判斷，再走到每個(gè)球落下的地方。最后，將網(wǎng)球撿起來，放進(jìn)存放腔中。當(dāng)機(jī)器人接收到由運(yùn)動(dòng)員發(fā)出送球指令后，再自動(dòng)地把網(wǎng)球送到指定點(diǎn)，完成自動(dòng)撿網(wǎng)球的一個(gè)工作流程。 用到的部件馬達(dá) 傳感器 電池 萬向輪 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所用的主要技術(shù)與方法：1. 圖書館查閱相關(guān)資料。2. 在工廠的實(shí)踐畢業(yè)實(shí)習(xí)。3. 老師和工程師的指導(dǎo)。4. 查閱網(wǎng)上的相關(guān)資料。二、 主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況：[1] Craig, John J. Introduction to robotics. 北京 機(jī)械工業(yè)出版社，2006 [2] Basilio Bona and Aldo Curatella. Identification of Industrial Robot Parameters for Advanced Model-Based Controllers Design Proceedings of the 2005 IEEEInternational Conference on Robotics and Automation. Barcelona, Spain, April 2005[3] 索羅門采夫 . 工業(yè)機(jī)器人圖冊. 北京 機(jī)械工業(yè)出版社，1993 [4] 周伯英. 工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì). 北京 機(jī)械工業(yè)出版社，1995[5] 郭洪紅 賀繼林 田宏宇 席巍. 工業(yè)機(jī)器人技術(shù). 西安電子科技大學(xué)出版社，2006[6] 三浦宏文 . 機(jī)電一體化實(shí)用手冊. 科學(xué)出版社 OHM 社，2001[7] 陳國聯(lián) 王建華 夏建生. 電子技術(shù). 西安交通大學(xué)出版社，2002[8] 沈?？?嚴(yán)武升 楊庚辰. 電機(jī)與電器. 北京理工大學(xué)出版社，2002[9] 羅建軍 朱丹軍 顧剛 劉路放. 大學(xué) C++程序設(shè)計(jì)教程. 北京：高等教育出版社，2004[10] 羅建軍 崔舒寧 楊琦. 大學(xué) Visual C++程序設(shè)計(jì)案例教程 . 北京：高等教育出版社，2004 4三、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排（按周說明）：1、第 1 周布置和明確設(shè)計(jì)任務(wù)，收集相關(guān)設(shè)計(jì)資料。2、第 2~3 周熟悉工作流程，完成方案設(shè)計(jì)。3、第 4~5 周完成開題報(bào)告。4、第 6~11 周對設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。5、第 12~14 周撰寫和修改學(xué)位論文。6、第 15~16 周熟悉答辯流程，進(jìn)行論文答辯。四、 主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況：[1] Craig, John J. Introduction to robotics. 北京 機(jī)械工業(yè)出版社，2006 [2] Basilio Bona and Aldo Curatella. Identification of Industrial Robot Parameters for Advanced Model-Based Controllers Design Proceedings of the 2005 IEEEInternational Conference on Robotics and Automation. Barcelona, Spain, April 2005[3] 索羅門采夫 . 工業(yè)機(jī)器人圖冊. 北京 機(jī)械工業(yè)出版社，1993 [4] 周伯英. 工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì). 北京 機(jī)械工業(yè)出版社，1995[5] 郭洪紅 賀繼林 田宏宇 席巍. 工業(yè)機(jī)器人技術(shù). 西安電子科技大學(xué)出版社，2006[6] 三浦宏文 . 機(jī)電一體化實(shí)用手冊. 科學(xué)出版社 OHM 社，2001[7] 陳國聯(lián) 王建華 夏建生. 電子技術(shù). 西安交通大學(xué)出版社，2002[8] 沈?？?嚴(yán)武升 楊庚辰. 電機(jī)與電器. 北京理工大學(xué)出版社，2002[9] 羅建軍 朱丹軍 顧剛 劉路放. 大學(xué) C++程序設(shè)計(jì)教程. 北京：高等教育出版社，2004[10] 羅建軍 崔舒寧 楊琦. 大學(xué) Visual C++程序設(shè)計(jì)案例教程. 北京：高等教育出版社，2004 5五、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排（按周說明）：1、第 1 周布置和明確設(shè)計(jì)任務(wù)，收集相關(guān)設(shè)計(jì)資料。2、第 2~3 周熟悉工作流程，完成方案設(shè)計(jì)。3、第 4~5 周完成開題報(bào)告。4、第 6~11 周對設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。5、第 12~14 周撰寫和修改學(xué)位論文。6、第 15~16 周熟悉答辯流程，進(jìn)行論文答辯。六、 指導(dǎo)教師審批意見（對選題的可行性、研究方法、進(jìn)度安排作出評(píng)價(jià)，對是否開題作出決定）：指導(dǎo)教師： （簽名）年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書（2014 屆）題目（中文）： 自動(dòng)撿球機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （英文）： Picking Robot Automatic mechanical structure design 學(xué) 院 工學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 系負(fù)責(zé)人 (簽章) 日 期： 2013 年 12 月 15 日一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容與具體要求（任務(wù)及背景、工作環(huán)境、成果形式、著重培養(yǎng)的能力、有實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的要提出主要技術(shù)指標(biāo)、要求）1.設(shè)計(jì)目的：網(wǎng)球作為一種時(shí)尚的運(yùn)動(dòng)已經(jīng)走入大家的生活當(dāng)中，目前我們身邊有了越來越多的網(wǎng)球場，也有了越來越多的人愛好上了網(wǎng)球這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)。在打球的過程中，撿球會(huì)消耗我們大量的體力和精力。因此設(shè)計(jì)這樣一臺(tái)智能撿網(wǎng)球機(jī)器人具有非常重要的意義。2.設(shè)計(jì)要求：自動(dòng)撿網(wǎng)球機(jī)器人能夠自動(dòng)撿取、輸送網(wǎng)球，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，撿球效率高。3.工作量：（1）CAD 總裝配圖 1 號(hào) 1 張（2）CAD 主要零部件圖（2 號(hào) 1 張，3 號(hào)、4 號(hào) 4 張）（3）完成設(shè)計(jì)計(jì)算書（4）對整套系統(tǒng)進(jìn)行總體評(píng)價(jià)（5）撰寫畢業(yè)論文開題報(bào)告你好了就先發(fā)給我，首先我先給你一個(gè)連接，是優(yōu)酷視頻，http://v.youku.com/v_show/id_XNDQ3OTMwNDc2.html?qq-pf-to=pcqq.c2c就是照這個(gè)做，尺寸要比這個(gè)大，他上面是一個(gè)一個(gè)撿的，做大點(diǎn)之后，可以同時(shí)撿2個(gè)，滾進(jìn)去之后可以設(shè)計(jì)一個(gè)稍微傾斜一點(diǎn)的梯形口（這個(gè)你看著辦吧就是最后控制球一個(gè)一個(gè)的進(jìn)到輪盤里） 。輪盤是分成6個(gè)的，通過皮帶輪控制，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程都是在動(dòng)的，轉(zhuǎn)一下停一下。總之有4個(gè)運(yùn)動(dòng)，要對運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析說明的。針對機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，要求用三維建模軟件構(gòu)建出自動(dòng)撿球機(jī)器人的立體模型，對各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析說明，并繪制出相應(yīng)零部件的工程圖和機(jī)器人的裝配圖。任務(wù)書也會(huì)發(fā)給你的雷同率什么的都說過了30%以下還有一個(gè) catia,三維的.二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排起 訖 日 期 工 作 內(nèi) 容 備 注2013.12.16----2013.12.202013.12.23----2013.12.302014.12.30----2014.1.52014.2.3----2014.2.242014.2.24----2014.2.28擬定提綱及摘要收集資料撰寫開題報(bào)告撰寫初稿并設(shè)計(jì)中期檢查1 周1 周1 周3 周1 周2014.3.1----2014.3.152014.3.16----2014.3.312014.4.1修改論文和設(shè)計(jì)整理文檔答辯2 周1 周1 周三、所需的資料和主要參考文獻(xiàn)[1] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會(huì)，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊， 機(jī)械工業(yè)出版社， 2004-9[2] 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與實(shí)例，吳宗澤，機(jī)械工業(yè)出版社[3] 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)，張美麟，化學(xué)工業(yè)出版社[4] 孫成通，液壓傳動(dòng)，化學(xué)工業(yè)出版社，2005-8-1[5] CATIA V5 基礎(chǔ)培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)教程，張安鵬，北京航空航天大學(xué)出版社，2012-3-1[6] CATIA V5 R21 三維數(shù)字化建模與動(dòng)態(tài)仿真基礎(chǔ)教程，齊從謙，清華大學(xué)出版社注：1. 本任務(wù)書一式兩份，須雙面打印。由指導(dǎo)教師填寫并經(jīng)所在學(xué)院審核確認(rèn)后交學(xué)院；2. 本任務(wù)書一份須與學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）一并存檔，另一份學(xué)院存檔；3. 指導(dǎo)教師、學(xué)生可各執(zhí)一份復(fù)印件，供檢查論文進(jìn)度時(shí)使用。目 錄 1 緒論.11.1 背景21.2 本課題研究的內(nèi)容21.3 論文的構(gòu)成2 總體設(shè)計(jì)方案.22.1 行走方式22.1.1 路線規(guī)劃…………………………………………………………22.2 撿球方式42.3 驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向的方式.42.4 主體材料的選擇.53 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)53.1 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)53.1.1 電源的選擇.53.1.2 電機(jī)的選擇.63.1.3 車輪的確定73.1.4 驅(qū)動(dòng)裝置.83.2 撿球機(jī)構(gòu)83.2.1 撿球的總裝置.94 機(jī)器人的傳感器.94.1 顏色傳感器…………………………………………………………104.2 紅外傳感器（光分子探測器）…………………………………… 104.3 紅外傳感器（距離傳感器）……………………………………….104.4 光電計(jì)數(shù)器…………………………………………………………………….105 設(shè)計(jì)的總效果與工作過程.115.1 設(shè)計(jì)的總效果115.2 工作過程126.經(jīng)濟(jì)分析報(bào)告………………………………………………………………131 緒論1.1 背景 機(jī)器人是一個(gè)自動(dòng)執(zhí)行某種動(dòng)作的機(jī)械裝置，它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編制的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作。它是高級(jí)整合控制論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物?，F(xiàn)在，機(jī)器人在各行各業(yè)中，都有著廣泛的應(yīng)用，例如制造業(yè)、建筑業(yè)，或是其它危險(xiǎn)性的工作[1]。 要想設(shè)計(jì)出一個(gè)機(jī)器人，就必須要具備以下這些方面的能力。第一，電子學(xué)基礎(chǔ)。這部分內(nèi)容包括模擬電路和數(shù)字電路理論，要學(xué)習(xí)電阻、電容器、晶體管以及其他普通電子元器件等基礎(chǔ)知識(shí)。第二，編程基礎(chǔ)。先進(jìn)的機(jī)器人都使用計(jì)算機(jī)或微處理器（例如單片機(jī)）來控制自己運(yùn)動(dòng)的，這就需要靠編程來實(shí)現(xiàn)。第三，機(jī)械基礎(chǔ)。機(jī)器人也是一臺(tái)機(jī)器，要靠運(yùn)動(dòng)來完成任務(wù)。要想設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器人這就需要設(shè)計(jì)一些相應(yīng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)器人在功能和技術(shù)上都取得了很大的提高?，F(xiàn)在，即使在嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)形勢下，仍有很多面向各個(gè)新應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)器人不斷涌現(xiàn)出來。目前，機(jī)器人應(yīng)用率的快速增長并非僅僅是一時(shí)的狂熱，而是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢。許多枯燥、骯臟和危險(xiǎn)的工作最終將由機(jī)器人代替人工來完成。隨著機(jī)器人技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)器人競技運(yùn)動(dòng)在世界各地蓬勃興起。社會(huì)在不斷地發(fā)展，對機(jī)器人的要求也越來越高[2]。 目前，我國也正掀起一股機(jī)器人的熱潮。我國機(jī)器人的技術(shù)也取得了很大的進(jìn)步。我國的機(jī)器人技術(shù)大致有如下發(fā)展趨勢：（1）智能化。智能化不僅是對機(jī)器人系統(tǒng)的要求，也是對工作環(huán)境的要求。智能化的發(fā)展趨勢，有效地提高機(jī)器人工作的效率和使用性能。 （2）標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化。我國還沒有統(tǒng)一的機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和平臺(tái)能夠大大減少應(yīng)用軟件廠商的成本，并能優(yōu)化服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)，規(guī)范中間件，實(shí)現(xiàn)模塊化[3]。1. 2 本課題研究的內(nèi)容自動(dòng)識(shí)別并接收到運(yùn)動(dòng)員發(fā)出的撿網(wǎng)球命令后，采用圖像識(shí)別技術(shù)自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)球落下的方位。然后，對網(wǎng)球的位置分布作一個(gè)最優(yōu)的行程判斷，再走到每個(gè)球落下的地方。最后，將網(wǎng)球撿起來，放進(jìn)存放腔中。當(dāng)機(jī)器人接收到由運(yùn)動(dòng)員發(fā)出送球指令后，再自動(dòng)地把網(wǎng)球送到指定點(diǎn)，完成自動(dòng)撿網(wǎng)球的一個(gè)工作流程。 本論文，主要涉及到的是機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)，采用 3D 軟件構(gòu)建出機(jī)器人的模型，并且對各個(gè)設(shè)計(jì)出的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析說明。 1.3 論文的構(gòu)成 本論文主要分為以下幾部分。第一部分，總體方案的設(shè)計(jì)。主要介紹設(shè)計(jì)的自動(dòng)撿球機(jī)器人的基本構(gòu)造、撿球的方法、驅(qū)動(dòng)方式和主體制造材料的選擇。第二部分，各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)和各部分機(jī)構(gòu)的工作原理，并對各個(gè)設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡單的分析。第三部分，主要簡單地介紹安裝在自動(dòng)撿球機(jī)器人的傳感器和導(dǎo)航系統(tǒng)。第四部分，主要是對這幾個(gè)月以來，做畢業(yè)設(shè)計(jì)的一些總結(jié)和心得體會(huì)。2 總體設(shè)計(jì)方案2.1 行走方式 機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的分類和各類的特點(diǎn) 行走方式 特點(diǎn) 輪式 最適合平地行走，安裝簡單，方便 履帶式 可以在有些凸凹的地面上行走，可以跨越障礙物，能爬梯度不太高的臺(tái)階。 行走式 機(jī)器人的重心落在腳掌上，它一方面要取得準(zhǔn)靜態(tài)平衡，另一方面要穩(wěn)定步行。因此，它的控制比較復(fù)雜。 由于網(wǎng)球賽場一般都比較寬敞，且地面比較平整，所以選擇輪式會(huì)比較合理。并且，輪式的機(jī)器人設(shè)計(jì)和制作的過程相對其它類型的機(jī)器人較為簡單，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面的處理也比較容易。2.1.1 路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀 路徑規(guī)劃方法有：可視圖法、柵格法、人工勢場法以及模糊邏輯控制方法等。隨著研究的發(fā)展，路徑規(guī)劃系統(tǒng)的控制目標(biāo)和控制方法都產(chǎn)生了很大變化。研究初期，路徑規(guī)劃系統(tǒng)的控制目標(biāo)為系統(tǒng)的最優(yōu)性。例如行駛路程最短，耗時(shí)最少等。路徑規(guī)劃一般采用經(jīng)典控制方法。經(jīng)典控制方法基于系統(tǒng)狀態(tài)方程，其算法表現(xiàn)出高度的精確性。這種路徑規(guī)劃方式有許多局限性。由于小車在行駛過程中，環(huán)境往往存在許多未知因素，因此很難用精確的數(shù)學(xué)模型來描述這一過程。即使擁有精確的環(huán)境地圖能夠規(guī)劃出最優(yōu)行駛軌跡，由于 AGV運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和路面狀況的復(fù)雜性等原因，也很難控制車輛按理想軌跡行駛。此外，基于狀態(tài)方程的精確控制方法在面對復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)計(jì)算量巨大，這會(huì)導(dǎo)致消耗大量系統(tǒng)軟硬件資源，影響系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。隨著研究的深入，人們逐漸認(rèn)識(shí)到機(jī)器人對環(huán)境的“適應(yīng)性”相對“最優(yōu)性”而言是更為基礎(chǔ)， 規(guī)劃目標(biāo)： 控制方法：經(jīng)典控制方法 最優(yōu)性 人工智能 實(shí)時(shí)性，智能性，自適應(yīng)性 更為重要的指標(biāo)。因此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)開始朝著實(shí)時(shí)性、智能性、自適應(yīng)性方向發(fā)展。系統(tǒng)的控制方法則朝著人工智能方向發(fā)展。人工智能技術(shù)涵蓋面很廣，它的研究目標(biāo)是使機(jī)器能擁有類人的智能。目前，AGV 路徑規(guī)劃問題上涉及最多人工智能技術(shù)是遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)。 遺傳算法以自然遺傳機(jī)制和自然選擇等生物進(jìn)化理論為基礎(chǔ),構(gòu)造一類隨機(jī)化搜索算法。它利用選擇、交叉和變異來培養(yǎng)控制機(jī)構(gòu)的計(jì)算程序,在某種程度上對生物進(jìn)化過程做數(shù)學(xué)方式的模擬。它不要求適應(yīng)度函數(shù)是可導(dǎo)或連續(xù)的,而只要求適應(yīng)度函數(shù)為正,同時(shí)作為并行算法,它的隱并行性適用于全局搜索。多數(shù)優(yōu)化算法都是單點(diǎn)搜索算法,很容易陷入局部最優(yōu)。而遺傳算法卻是一種多點(diǎn)搜索算法,因而更有可能搜索到全局最優(yōu)解。由于遺傳算法的整體搜索策略和優(yōu)化計(jì)算不依賴于梯度信息,所以解決了一些其它優(yōu)化算法無法解決的問題。遺傳算法的缺點(diǎn)是運(yùn)算速度不快,進(jìn)化眾多的規(guī)劃要占據(jù)較大的存儲(chǔ)空間和運(yùn)算時(shí)間。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊技術(shù)都是模擬人類智能的技術(shù)。但是它們分屬兩個(gè)截然不同的研究領(lǐng)域。模糊技術(shù)從人的思維外特性，即語言和對世界認(rèn)識(shí)的概念上去模仿人類智能，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則是從人腦的物理結(jié)構(gòu)上去研究人類智慧的產(chǎn)生和形成。兩者機(jī)理不同，特點(diǎn)不同，但殊途同歸都從不同程度上構(gòu)造了具有一定人類智能特性的控制系統(tǒng)。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬了人腦神經(jīng)元活動(dòng)的過程，它具有并行化、自組織、自學(xué)習(xí)等特點(diǎn)。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可對小車的行駛行為和環(huán)境進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而使得小車具有自主行駛能力。模糊技術(shù)具有人類智能的模糊性和推理能力。 它可將人的經(jīng)驗(yàn)融入控制中，從而提高系統(tǒng)的魯棒性和自適應(yīng)性。在路徑規(guī)劃中，模糊推理的應(yīng)用主要體現(xiàn)在基于行為的導(dǎo)航方式上。所謂基于行為的導(dǎo)航，就是將機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過程分解為避障、邊界跟蹤、調(diào)速、目標(biāo)制導(dǎo)等基本行為,各基本行為的激活由不同的機(jī)構(gòu)分別控制，機(jī)器人的最終操作由高層控制機(jī)構(gòu)對基本行為進(jìn)行平衡后作出綜合反應(yīng)。傳感器數(shù)據(jù)用模糊邏輯進(jìn)行融合后，可以確定是否激發(fā)低層行為，然后再利用模糊推理對存在沖突的低層行為進(jìn)行優(yōu)先權(quán)判別，從而決定實(shí)際操作。模糊控制方法將信息獲取和模糊推理過程有機(jī)結(jié)合，從控制目標(biāo)上看，它以自適應(yīng)性取代最優(yōu)性，從控制手法上看它以模糊性取代精確性。這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)在于不依賴機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，系統(tǒng)控制融入了人類經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)計(jì)算量小，構(gòu)成方法較為簡單，節(jié)省系統(tǒng)資源，實(shí)時(shí)性好。 2.2 撿球方式 對于撿球方式有兩種方案。第一種方法就是設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械手，直接將乒乓球抓取，并且將乒乓球放到存放腔中，比較復(fù)雜而且效力太低了。另一種方法就是掃入機(jī)器人身上，特點(diǎn)簡單快捷高效。因此，撿球的方式選用這個(gè)方式。 2.3 驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向的方式 機(jī)器人采用 24V/380 轉(zhuǎn) 60 瓦 RE30 瑞士大功率空心杯電機(jī)/伺服電機(jī)/馬達(dá)，并且用前輪驅(qū)動(dòng)、后輪導(dǎo)向方式。導(dǎo)向采用的是萬向輪，萬向輪可以由廠家直接生產(chǎn)制造出來，不必另外設(shè)計(jì)，而且比較容易獲得，使用起來也比較方便。導(dǎo)向輪安裝在腳輪輪子的支架能在動(dòng)載或者靜載中水平360 度旋轉(zhuǎn)，起到導(dǎo)向的作用用以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人轉(zhuǎn)向的方法有很多。常用到的有以下幾種：（1）差動(dòng)型轉(zhuǎn)向。對于輪式和履帶式機(jī)器人的轉(zhuǎn)向來說，差動(dòng)法是最為常用的方法。當(dāng)轉(zhuǎn)向時(shí)，機(jī)器人一側(cè)的輪子或履帶停止前進(jìn)或反向運(yùn)動(dòng)，另一側(cè)的則繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，從而使機(jī)器人向輪子或履帶停止或反向運(yùn)動(dòng)的一側(cè)轉(zhuǎn)向。（2）汽車型轉(zhuǎn)向。汽車型轉(zhuǎn)向雖然沒有差動(dòng)型轉(zhuǎn)向的機(jī)動(dòng)性好，但它適用于室外路況，特別是不平坦的路面。采用此種轉(zhuǎn)向方式的機(jī)器人轉(zhuǎn)向圓圓心是在輪子的外側(cè)，而不是在兩輪之間，因此可以獲得更大一些的牽引力。（3）三輪車型轉(zhuǎn)向。差動(dòng)型轉(zhuǎn)向的最大缺點(diǎn)就是當(dāng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人兩側(cè)車輪的電機(jī)中一個(gè)速度略微慢一點(diǎn)，機(jī)器人所行進(jìn)的路徑就會(huì)變成曲線。使用三輪車型轉(zhuǎn)向的機(jī)器人，必須合格證其用于轉(zhuǎn)向的電機(jī)定位，否則無法保證機(jī)器人能進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。（4）全方位型轉(zhuǎn)向。這種方式要求機(jī)器人具備三個(gè)具備轉(zhuǎn)向功能的驅(qū)動(dòng)輪，而這些車輪需要兩個(gè)電機(jī)，一個(gè)用于轉(zhuǎn)向，另一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)車輪運(yùn)轉(zhuǎn)。全方位機(jī)器人有很強(qiáng)的靈活性，并且轉(zhuǎn)向準(zhǔn)確，但技術(shù)實(shí)現(xiàn)比較困難[2]。 本設(shè)計(jì)主要采用差動(dòng)方式進(jìn)行轉(zhuǎn)向。在機(jī)器人的兩側(cè)在相對應(yīng)位置各安裝一個(gè)相同的電機(jī)，分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)車輪，并且實(shí)現(xiàn)差動(dòng)驅(qū)動(dòng)。機(jī)器人的兩個(gè)輪子以相等的速度和相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的向前和向后的運(yùn)動(dòng)；當(dāng)左輪停轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的左轉(zhuǎn)向；當(dāng)右輪停轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的右轉(zhuǎn)向；當(dāng)兩輪以相同速率地正轉(zhuǎn)或者反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，機(jī)器人將會(huì)原地轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的原地左轉(zhuǎn)或者原地右轉(zhuǎn)。綜上可知，設(shè)計(jì)的整個(gè)機(jī)器人總共需要三個(gè)輪子。裝在前面的兩個(gè)車輪是驅(qū)動(dòng)輪，起到驅(qū)動(dòng)的作用，并且兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。裝在后面一個(gè)輪是萬向輪，起到導(dǎo)向的作用。 2.4 主體材料的選擇 制作機(jī)器人常用的材料主要有以下幾種。（1）木材。選用木材的最大優(yōu)點(diǎn)是它的價(jià)格低廉，加工方便，可直接用手工鋸進(jìn)行加工。但是，它在零件接頭的地方比較容易損壞，而且比較容易磨損。（2）塑料。塑料的種類較多，可以根據(jù)機(jī)器人不同的功能，選擇出不同的塑料。這主要有以下三種塑料可以選擇。第一，熱固性塑料。這種塑料較堅(jiān)硬。它只能通過切削來定型，它一般用于硬塑料玩具、電器產(chǎn)品和其他對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有一定要求的產(chǎn)品中。第二，彈性塑料。它具有很高的彈性，它和熱固性塑料一樣，不能通過加熱的方法來定型。第三，熱塑性塑料。它可以作不同用途、不同厚度的材料使用。常用的塑料材料有 ABS（丙烯腈-丁二烯） 、丙烯酸塑料、纖維素塑料、環(huán)氧樹脂、尼龍、酚醛塑料、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚亞氨酯、PVC（聚氯乙烯） 、硅樹脂。（3）金屬材料。這種材料的強(qiáng)度較大，而且來源廣泛，通常選用碳鋼和鋁合金。選用這種材料一個(gè)是加工簡單，便宜，本設(shè)計(jì)中只要用到了鈑金加工，CNC 加工。（4）有機(jī)玻璃。這種材料比較難獲得，而且價(jià)格相對其它材料也比較昂貴[1]。由于制作的自動(dòng)撿球機(jī)器人體積較小，要求的重量也較輕。因此，主體的制造材料選為環(huán)氧樹脂塑料。該材料是一種非常耐用而且干凈的塑料，通常用作玻璃纖維的黏合劑。它在大多數(shù)情況下成液態(tài)，被用于灌注到別的零件或者玻璃纖維基體上。干燥后，環(huán)氧樹脂可以切割、鉆孔和拋光。因此，選該塑料和鈑金作為機(jī)器人的主體材料比較合適。3 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 3.1.1 電源的選擇 機(jī)器人常用的電池有以下幾種類型。（1）干電池。由于干電池屬于一次性使用的，成本也相對較高，并且干電池的內(nèi)阻一般都比較大。因此，當(dāng)負(fù)載比較大的時(shí)候，電壓會(huì)下降得很厲害，無法實(shí)現(xiàn)大電流的連續(xù)工作。因此，干電池并不是機(jī)器人系統(tǒng)的理想電源。（2）鉛酸蓄電池。它的最大的特點(diǎn)是價(jià)格較低、過充電的承受能力受強(qiáng)，大電流放電能力和可靠性高。但是，它的質(zhì)量比較大，維護(hù)起來相對比較困難。（3）鎳鎘/鎳氫電池。它具有良好的大電流放電特性、耐過充和放電的能力強(qiáng)、維護(hù)簡單等優(yōu)勢。但是，其最致命的缺點(diǎn)是：在充放電過程中，如果處理不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的“記憶效應(yīng)” ，使得電池容量和使用壽命大大地縮短。此外，鎘是一種有毒金屬，因而鎳鎘電池不利于環(huán)境的保護(hù)，廢棄后必須嚴(yán)格地進(jìn)行回收。由于眾多的缺點(diǎn)，使得鎳鎘電池在機(jī)器人的應(yīng)用中越來越少。（4）鋰離子/鋰聚合物動(dòng)力電池。鋰離子電池具有重量輕、容量大、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。但是，鋰離子電池的充電和放電必須嚴(yán)格小心，通常在使用鋰離子電池組的時(shí)候必須配備專門的過充電、過放電保護(hù)電路。鋰離子電池價(jià)格也相對比較高，并且需要另外配備保護(hù)電路。因此，相同能量的鋰離子電池的價(jià)格是免維護(hù)鉛酸蓄電池的十倍以上[5]。 綜合實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性原則的考慮，在本機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，選用了鉛酸蓄電池。在本設(shè)計(jì)，可以采用山東金科力電源科技有限公司生產(chǎn)的鉛酸蓄電池，各個(gè)性能比較適合本設(shè)計(jì)中。3.1.2 電機(jī)的選擇 微型機(jī)器人使用的電機(jī)一般有步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)和直流伺服電機(jī)這三種類型。這三種電機(jī)的控制都相對簡單，性能也比較出眾，而且直流電源也比較容易獲得。（1）步進(jìn)電機(jī)。它是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)，使在機(jī)器人控制變得簡單。（2）直流電機(jī)。它有極寬的功率調(diào)節(jié)范圍，調(diào)整特性平滑，適應(yīng)性好，過載能力較強(qiáng)，而且具有很好的性價(jià)比，是一種通用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。（3）伺服電機(jī)。它是自動(dòng)裝置中的執(zhí)行元件，它的最大特點(diǎn)是可控。一般來講，它主要同以下幾個(gè)部分組成：舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)、直流電機(jī)、控制電路板等[6]。 在本機(jī)器人設(shè)計(jì)中，采用了伺服電機(jī)比較精確自帶減速組使結(jié)構(gòu)更簡單。整機(jī)驅(qū)動(dòng)輪馬達(dá): maxon 馬達(dá) （需要 2 個(gè)）24V/380 轉(zhuǎn) 60 瓦 RE30 瑞士大功率空心杯電機(jī)/ 伺服電機(jī) /馬達(dá)工作電壓：24V功率：60 瓦連續(xù)扭矩：2Nm（20kg·cm）堵轉(zhuǎn)扭矩：24Nm（240kg·cm）轉(zhuǎn) 速：380 轉(zhuǎn)每分鐘(配 24 減速比)電機(jī)直徑：30mm 長度 150mm編碼器：光電式輸出路數(shù)：ＡＢ雙路輸出每圈脈沖：500 CPR （脈沖每圈）撿球馬達(dá)： 飛思卡爾比賽專用 3010 伺服馬達(dá) (需要一個(gè))尺寸:41*20.5*37.5mm速度:0.16 秒/60 度扭力:5.8 千克/cm (4.8V)速度:0.14 秒/60 度扭力:7.0 千克/cm(6.0V)重量:38 克3.13 車輪選擇 關(guān)于車輪的 2 個(gè)動(dòng)力輪可在網(wǎng)上尋找合適的直徑為 75MM 的輪子，關(guān)于萬向輪網(wǎng)上有現(xiàn)貨參考網(wǎng)站：http://detail.tmall.com/item.htm?spm=a230r.1.14.1.x1xciv&id=16384956635&ad_id=&am_id=&cm_id=140105335569ed55e27b&pm_id= 奧百隆 重型 1.5 寸 無剎萬向輪 輪子 轉(zhuǎn)椅輪 轉(zhuǎn)向輪 家具腳輪 靜音3.1.4 驅(qū)動(dòng)裝置 1、傳動(dòng)方式的決定 一般來講，機(jī)器人的傳動(dòng)裝置主要有齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)。在本設(shè)計(jì)中，采用皮帶傳動(dòng)，這樣不僅可以使設(shè)計(jì)變得更加簡單，而且齒輪傳動(dòng)也較為平穩(wěn)因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中的掃求和上升機(jī)構(gòu)中要求不高所以用皮帶傳動(dòng)比較合理。 2、皮帶輪與電機(jī)軸的連接 為了將皮帶輪安裝到電機(jī)軸上，通常要使用緊定螺釘進(jìn)行連接，所示。大多數(shù)的齒輪都有自帶的緊定螺釘或用以旋入螺釘?shù)目住Ｈ绻麤]有，可以自己鉆孔，并對其攻絲[，使用緊定螺釘將電機(jī)軸與齒輪連接起來 3、前軸的軸系結(jié)構(gòu) 前軸安裝驅(qū)動(dòng)輪，它的主要功用是支承零件及傳遞動(dòng)力。在前軸軸系的零件主要有： 因?yàn)檫x用的馬達(dá)自帶了減速組，所以使得本設(shè)計(jì)中不需要另外設(shè)計(jì)減速機(jī)構(gòu)，使設(shè)計(jì)更加簡單合理。4、關(guān)于方向控制 本設(shè)計(jì)中采用 2 個(gè)驅(qū)動(dòng)輪一個(gè)萬向輪，通過控制 2 個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速或者一個(gè)轉(zhuǎn)一個(gè)不轉(zhuǎn)，一個(gè)高速一個(gè)低速來達(dá)到改變方向的作用。5、驅(qū)動(dòng)裝置的總體結(jié)構(gòu) 將驅(qū)動(dòng)裝置的各個(gè)零部件組裝起來，組成一個(gè)完整的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)， 3.2 撿球機(jī)構(gòu)3.2.1 撿球的總裝置 由于網(wǎng)球重量較輕、體積較小，而且比較容易被掃走。因此，撿球的機(jī)構(gòu)采用掃入的裝置如下圖所示。首先，機(jī)器人通過判別網(wǎng)球的位置。然后，走到網(wǎng)球的位置前。最后，由單片機(jī)控制啟動(dòng)伺服電機(jī)，使網(wǎng)球球被掃進(jìn)機(jī)器人體內(nèi)，并且通過上升機(jī)構(gòu)使網(wǎng)球進(jìn)入網(wǎng)球存放腔中。3.2.2 網(wǎng)球上升結(jié)構(gòu)： 當(dāng)網(wǎng)球被掃入機(jī)器體內(nèi)后通過上升裝置把小球集中到一個(gè)盒子里如圖所示用到的軸承有 6902ZZ 軸承 內(nèi)徑為 15 外徑為 28 厚度為 73.2.3 球滿放球裝置 通過計(jì)數(shù)器算出網(wǎng)球進(jìn)入到一個(gè)值時(shí)，機(jī)器人通過橫豎 2 個(gè)紅外傳感器自動(dòng)尋找到指定放網(wǎng)球點(diǎn)把網(wǎng)球倒入其中，實(shí)現(xiàn)最后一步。4.傳感器4.1 .顏色傳感器：用于識(shí)別網(wǎng)球簡介：顏色傳感器是通過將物體顏色同前面已經(jīng)示教過的參考顏色進(jìn)行比較來檢測顏色，當(dāng)兩個(gè)顏色在一定的誤差范圍內(nèi)相吻合時(shí)，輸出檢測結(jié)果編輯本段工作原理一個(gè)新型傳感器能敏銳的察覺到顏色變化有助于線工人正確的分辨出會(huì)所，銀色等問題。顏色傳感器一直用裝配線來檢測特定的組件。顏色傳感器的挑戰(zhàn)是檢測微妙差異相似或高度反光的顏色。例如,金屬涂料在汽車工業(yè)中使用很難區(qū)分灰度的顏色或黃金。匹配組件這是重要的,如鏡子的身體或保險(xiǎn)杠都離不開傳感器協(xié)助。此外, 顏色傳感器通過數(shù)量有限的顏色可以檢測，并通過他們有限的能力迅速改變設(shè)置或處理多個(gè)顏色。電子技術(shù)的發(fā)展,光學(xué),軟件促進(jìn)顏色傳感器發(fā)展。這項(xiàng)技術(shù)使得更敏感的傳感器 ,可以忽略光澤和區(qū)別出微妙的色調(diào)。可以調(diào)整方便靈活的制造和精確的色彩校正。一個(gè)典型的顏色傳感器具有高強(qiáng)度白光 LED,光在目標(biāo)項(xiàng)目調(diào)制。反射從目標(biāo)是分析的成分紅,綠,藍(lán)(RGB)值和強(qiáng)度。此信息用于驗(yàn)證正確的部分和組裝,準(zhǔn)確控制制成品的顏色。在一個(gè)典型的應(yīng)用程序中,機(jī)器操作員持有一個(gè)顏色樣本在前面的傳感器, 編程它對這個(gè)特定顏色相匹配。這個(gè)過程期間及之后,運(yùn)營商可能會(huì)注意到匹配失敗涉及色彩略暗或略輕,但仍在可接受的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。操作員然后重組傳感器與更廣泛的高/低設(shè)置點(diǎn)和通過試錯(cuò)過程建立理想的范圍。如果傳感器有多個(gè)通道, 它可以被編程來識(shí)別多種顏色一個(gè)顏色在每個(gè)頻道, 每個(gè)頻道信號(hào)是一個(gè)離散報(bào)警輸出。這一技術(shù)使簡單的顏色識(shí)別或匹配,比如排序或部分識(shí)別功能,通過/ 失敗標(biāo)準(zhǔn)是足夠的。下一代顏色傳感器提供三個(gè)額外的輸出表示 RGB 顏色值。好處包括更多的智能控制的制造。在實(shí)踐中,傳感器輸出原始 RGB 讀數(shù)為模擬信號(hào)。模擬信號(hào)更適合通信 ,因?yàn)閿?shù)字讀數(shù)為三個(gè)渠道將超過每 150μs 吞吐量限制典型的串行協(xié)議。一個(gè)傳感器可以將原始 RGB信號(hào)模擬與 10 位分辨率將輸出 5mV 的每個(gè) 1023 步。如果顏色變化的原因是無法輕易地發(fā)覺或者如果沒有顯示可用,模擬 RGB 信號(hào)可以數(shù)字化和美聯(lián)儲(chǔ)到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這允許全面的變化趨勢,分析傳感器讀數(shù)。一些傳感器提供一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)模式原始數(shù)字讀數(shù)。4.2 .紅外傳感器（光子探測器）：在橫豎方向放 2 個(gè)紅外發(fā)射器，當(dāng)機(jī)器人檢測到橫豎發(fā)射信號(hào)的焦點(diǎn)時(shí)就能找到指定放網(wǎng)球的一點(diǎn)，然后把球上的網(wǎng)球倒入其中。4.3 紅外測距傳感器：遇到障礙物自動(dòng)躲避（注顏色傳感器優(yōu)先于它）簡介：紅外線技術(shù)在測速系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，許多產(chǎn)品已運(yùn)用紅外線技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)車輛測速、探測等研究。紅外線應(yīng)用速度測量領(lǐng)域時(shí)，最難克服的是受強(qiáng)太陽光等多種含有紅外線的光源干擾。外界光源的干擾成為紅外線應(yīng)用于野外的瓶頸。針對此問題，這里提出一種紅外線測速傳感器設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)方案能夠?yàn)槎帱c(diǎn)測量即時(shí)速度和階段加速度提供技術(shù)支持，可應(yīng)用于公路測速和生產(chǎn)線下料的速度稱量等工業(yè)生產(chǎn)中需要測量速度的環(huán)節(jié)[1]。紅外線對射管的驅(qū)動(dòng)分為電平型和脈沖型兩種驅(qū)動(dòng)方式。由紅外線對射管陣列組成分離型光電傳感器。該傳感器的創(chuàng)新點(diǎn)在于能夠抵抗外界的強(qiáng)光干擾。太陽光中含有對紅外線接收管產(chǎn)生干擾的紅外線，該光線能夠?qū)⒓t外線接收二極管導(dǎo)通，使系統(tǒng)產(chǎn)生誤判，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。本傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于能夠設(shè)置多點(diǎn)采集，對射管陣列的間距和陣列數(shù)量可根據(jù)需求選取。紅外技術(shù)已經(jīng)眾所周知，這項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)代科技、國防科技和工農(nóng)業(yè)科技等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類：（1）輻射計(jì)，用于輻射和光譜測量；（2）搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤；（3）熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖像；（4）紅外測距和通信系統(tǒng)；（5）混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個(gè)或者多個(gè)的組合。紅外傳感器根據(jù)探測機(jī)理可分成為：光子探測器（基于光電效應(yīng)）和熱探測器（基于熱效應(yīng)） 。4.4 機(jī)器人的計(jì)數(shù)功能 由于設(shè)計(jì)的自動(dòng)撿球機(jī)器人一次最多只能存放 15 個(gè)乒乓球。因此，機(jī)器人每次撿起一個(gè)網(wǎng)球時(shí)，都要自動(dòng)地進(jìn)行計(jì)數(shù)。在自動(dòng)撿球機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，我們采用光電式計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。 光電計(jì)數(shù)器的應(yīng)用非常廣泛，具有的可靠性高，并且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的功能，使用起來較為方便[17]。將光電計(jì)數(shù)器安裝在機(jī)器人網(wǎng)球的入口處，每當(dāng)機(jī)器人撿起一個(gè)網(wǎng)球的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)發(fā)送一個(gè)脈沖，光電計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為 1。這樣就可以簡單地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)計(jì)數(shù)的功能。5.設(shè)計(jì)的效果與工作過程5.1 機(jī)器人到達(dá)的效果：開啟機(jī)器人時(shí)進(jìn)入工作狀態(tài)，自動(dòng)掃描整個(gè)場景通過顏色傳感器檢測網(wǎng)球，當(dāng)檢測到網(wǎng)球后，控制器計(jì)算出路徑后給驅(qū)動(dòng)輪馬達(dá)一個(gè)信號(hào)機(jī)器人自動(dòng)靠近網(wǎng)球，當(dāng)遇到人或者障礙物時(shí)，機(jī)器人自動(dòng)躲避，然后繼續(xù)靠近網(wǎng)球，到了時(shí)控制器給掃球馬達(dá)一個(gè)信號(hào)，掃球馬達(dá)工作，把網(wǎng)球掃進(jìn)機(jī)器體內(nèi)，然后通過上升機(jī)構(gòu)把網(wǎng)球集中到一個(gè)收集箱，并計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器與設(shè)定值對比，未到到數(shù)值時(shí)機(jī)器人繼續(xù)掃描周圍：當(dāng)計(jì)數(shù)器數(shù)值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，就通過橫豎 2 個(gè)紅外傳感器檢測到網(wǎng)球指定存放點(diǎn)把收集箱中的網(wǎng)球倒入存放點(diǎn)，計(jì)算器清零并重新掃描周圍回到起始狀態(tài)。5.2 機(jī)器人的工程流程如圖所示：6. 經(jīng)濟(jì)分析報(bào)告各部件價(jià)格： 馬達(dá)大概 1500 元，車輪 500 元，鈑金 2000 元，機(jī)加工 1000 元，傳感器 2000 元，開模費(fèi) 5W?？刂破麟娮蛹?1000 元總共估計(jì)在：6W 到 10W之間的費(fèi)用。結(jié)論這一次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)本科的終結(jié)，也是我人生一個(gè)新的開始。這幾個(gè)月以來，為了更好地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，我經(jīng)過了認(rèn)真的思考，并且與組內(nèi)的成員進(jìn)行了詳細(xì)分工、合作，在每一個(gè)階段都取得了一定的成就?，F(xiàn)在，終于完成了這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在這個(gè)過程中感覺是有點(diǎn)辛苦，但是我卻學(xué)到了很多關(guān)于機(jī)器人方面的知識(shí)，提高了自己思維的創(chuàng)新能力。為了更好地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對大學(xué)期間所學(xué)習(xí)的知識(shí)進(jìn)行了一次詳細(xì)的復(fù)習(xí)，并且將從課本上所學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到日常生活中去，這對我的知識(shí)提高與積累起到了很大的幫助作用。這一次做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)自己在課堂上所學(xué)的知識(shí)是有限的，以后還要不斷地學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，提高自己的專業(yè)知識(shí)技能。本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我掌握了工程設(shè)計(jì)的一般程序和方法，鍛煉了我綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和創(chuàng)新的思維。 在設(shè)計(jì)的過程中，對于一項(xiàng)設(shè)計(jì)，我們要綜合考慮到各個(gè)方面的因素。例如，在這次自動(dòng)撿球機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，我們要考慮以下幾個(gè)方面的問題。第一，可行性的問題。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撿球的功能，就必須要設(shè)計(jì)出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。在理論上，實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的方案往往會(huì)比較多，但不是所有的方案都行得通。第二，工藝性的問題。在現(xiàn)有的條件下，設(shè)計(jì)出來的機(jī)器人要便于加工制作。第三，經(jīng)濟(jì)性的原則。在滿足各個(gè)使用功能的前提下，要用最低的成本將機(jī)器人制造出來。這對以后在市場上的推廣也是非常必要的，也符合經(jīng)濟(jì)性的原則。 對于自動(dòng)撿機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在一定的程度上，體現(xiàn)出了創(chuàng)新的能力。第一，采用簡單的原理撿取網(wǎng)球?，F(xiàn)有應(yīng)用在網(wǎng)球場上的機(jī)器人，大多數(shù)都是設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械手直接抓取存放，這不但會(huì)使設(shè)計(jì)的過程變得更加繁瑣，而且控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也較為復(fù)雜，制造的成本也會(huì)相應(yīng)地增加。這明顯不利于在市場上的推廣與應(yīng)用。第二，采用了更多的傳感器使機(jī)器人更加智能，靠性比較高、實(shí)用性也比較強(qiáng)，而且制作起來也比較容易。 但是，由于本人的知識(shí)有限，在設(shè)計(jì)的過程中難免會(huì)有很多的錯(cuò)漏和一些設(shè)計(jì)得不夠合理的地方，有很多的地方還需要完善。再加上由于時(shí)間的限制，我們只是在理論上將自動(dòng)撿球機(jī)器人設(shè)計(jì)出來，未能將具體的實(shí)物模型加工出來，無法進(jìn)行具體調(diào)試，這是一個(gè)遺憾。然而，理論與實(shí)際總是有點(diǎn)差距的。希望下一屆的同學(xué)可以將這個(gè)自動(dòng)撿球機(jī)器人的課題繼續(xù)做下去，不斷完善自動(dòng)撿球機(jī)器人的各項(xiàng)設(shè)計(jì)，并且還可以增加其它的一些功能（例如可以自動(dòng)識(shí)別已經(jīng)損壞的網(wǎng)球）致 謝 在做這個(gè)課題之前，我機(jī)器人的了解幾乎是零。經(jīng)過 XXX 老師的悉心指導(dǎo)，最后把該課題做好了。在這，我對 XXX 老師表示衷心的感謝。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大四下學(xué)期的主要任務(wù)，因此畢業(yè)設(shè)計(jì)相對來說是個(gè)漫長且是個(gè)艱辛的工作，在這段時(shí)間可以上自己是遇上了太多太多的不懂和麻煩。正所謂在絕境中“柳岸花明又一村” ，在期間我需要感謝太多太多的人，特別是我的老師 XXX。XXX 平易近人，和藹可親。在此期間，XXX 老師不僅在畢業(yè)設(shè)計(jì)幫助我，而且還關(guān)心我的畢業(yè)后的打算，可以說是難見的好教師。畢業(yè)設(shè)計(jì)中自己對公差，總體設(shè)計(jì)方案等都是存在比較懵懂的狀態(tài)，而且好多細(xì)節(jié)都是比較模糊，不知道自己怎么動(dòng)手好，若不是付老師指導(dǎo)我真的不知道怎么才能完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 大學(xué)里雖說學(xué)的是比較純的理論性，實(shí)際運(yùn)用能力比較少這也是大學(xué)學(xué)習(xí)缺陷，但是沒有這些理論學(xué)習(xí)，可以說很多工作我都無從下手。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生四年的一個(gè)學(xué)習(xí)成果歸納，也是一次全面的總結(jié)?？梢哉f畢業(yè)設(shè)計(jì)是這大學(xué)四年來一點(diǎn)一滴積累起來的。在大學(xué)四年里，我要感謝教過我的老師，幫助過我的同學(xué)，是他們讓我從無到有，從空白到現(xiàn)在開始有些擁有。同時(shí)，我要感謝我的同學(xué)，是他們幫助我的成長，幫助我學(xué)的更多，讓我百明白更多。參考文獻(xiàn) [1]熊有倫.機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社， 1997. 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