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基于机器视觉的轨迹再现机器人控制系统设计

一、选题简介、意义

      在传统工业生产中，往往通过人力资源来对物料进行加工和生产。这过程需要耗费大量的人力和物力，而在检测生产的成品中，合格率也不一定能达到一个准确的标准。在现代科技的发展和工业生产的需求中，拥有高精度加工的机器人也逐渐被工业生产流水线所采纳和接受。相比人力，工业机器人具备有较高的工作效率和较高的自主性，便于管理，相对人力加工而言，更拥较高的精度。而基于机器人视觉的轨迹再现机器人控制系统设计则更专于对材料的精加工和生产。

1.信息采集系统：主要是工业摄像头和光源，工业摄像头是指应用在工业现场的摄像设备，具有适应工业复杂环境的要求，能长时间稳定的工作。和普通摄像头相比，工业摄像头在分辨率、帧率、对光线的要求、曝光方式等都有高可比性。本文将对工业摄像头在该项目下所起的作用进行系统分析。

2.控制系统:主要是由两台信捷PLC协调工作，一台PLC处理工业摄像头采集的信息并传输给另一台主PLC，主PLC负责将处理过的信息根据操作台给出的具体要求在机械端进行轨迹的绘制控制和伺服驱动的控制。本文将对PLC之间的协调工作、I/O口分配以及PLC具体工作进行具体分析。

3.机械系统:主要由步进电机、步进驱动器、x轴y轴丝杠以及底座构成。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，广泛应用于各种自动化控制系统中。本文将对于在该设计中应用步进电机的好处进行详细阐述。

4.，操作系统:主要是一块触摸显示屏和相应的控制程序。用以坐标原点的设立，以及系统在轨迹再现过程中，对轨迹的位置、大小进行细调。

基于机器人视觉的轨迹再现机器人控制系统的实现，可以实现对诸如平面雕刻，金属板材的切割、焊接等现代化改造，以适应更个性化的工业生产需求。

二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）

       1、本次课题的研究的是：《基于机器人视觉的轨迹再现机器人控制系统设计》；  

2、主要研究的内容有以下几点：

a、轨迹再现机器人控制系统应具有启动/停止/急停、显示机器运行坐标位置功能；

b、手动控制下：在按下启动/停止键，系统启动/停止，在按下急停按键，系统立即停止运行；

c、系统具有轨迹再现的功能；

d、系统具有手动对再现轨迹调整比例大小的功能；

e、在机械系统中，有限位开关控制的急停系统，用以规划机械运动的极限位置；

3、需要的解决的主要问题是：

    a、阅读相关信捷的手册；

    b、学会如何设置PLC的I/O口的端口；

    c、如何运用视觉传感实现轨迹再现机器人系统的运行和校正；

4、本次课题的预期目标就是实现任务书上所有的功能；

5、本次课题主要有以下几个步骤：

    a、熟悉机械部分构造，完成对机械部分组装和调试；

    b、根据课题要求调试运行，阅读该PLC的手册；

 

目 录

第一章 前言 1

第二章 工业机器人机器人概述及其基本结构 2

2.1工业机器人概述 2

2.2工业机器人的发展过程 3

第三章 轨迹再现机器人的机械结构设计 5

3.1总体结构设计 5

3.2 X轴平移机构 7

3.3 Y轴平移机构 8

3.4 Z轴升降机构 9

第四章 轨迹再现机器人控制系统设计 11

4.1 总体硬件设计 11

4.2 电源模块 11

4.2.1开关电源 11

4.2.2空气开关 12

4.3 主控制器模块 12

4.4 I/O口分配： 14

4.5  触摸屏（人机界面） 16

4.6  示教盒模块 16

4.7 伺服电机模块 16

4.7.1 伺服驱动器硬件 16

4.7.2伺服驱动控制单元 16

4.8 步进电机驱动器 17

4.9 轨迹再现机器人程序编程和控制 17

第五章 轨迹再现机器人视觉模块设计 21

5.1 机器视觉模块 21

5.2 智能相机 21

5.3 机器视觉模块软件应用与调试 23

第六章 总结 24

致谢 25

参考文献 26

 

 总结

毕业论文是一次难得的将大学三年所学理论与实践相结合的学习机会，通过这次对轨迹再现机器人示教系统的设计，使我摆脱了单一的学习模式，在和实际设计相结合的过程中，一方面拓展了自己的知识面，另一方面则锻炼了平时所学的专业知识。在解决实际问题的同时，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范等其他专业能力水平，而且通过对整体轨迹再现机器人的设计，对局部例如传动结构的选择，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且在意志品质力方面都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。

虽然毕业设计内容繁多，选材复杂，过程繁琐但我的收获却更加丰富。通过查阅资料了解各种系统的适用条件，各种电气设备的选用标准，随着设计的不断深入我不断熟悉并学会应用这些知识。和老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。

在设计过程中，电气选择和各个端口设计是十分头疼的一件事。每个元器件的产品规格的不同所带来的硬件操作上的种种问题也是我们控制系统设计方面的一个重要问题。在和小组成员不断的沟通中，我们最终完成了对本次毕业设计的选材和基本设计。提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。

在设计过程中，电气选择和各个端口设计是十分头疼的一件事。每个元器件的产品规格的不同所带来的硬件操作上的种种问题也是我们控制系统设计方面的一个重要问题。在和小组成员不断的沟通中，我们最终完成了对本次毕业设计的选材和基本设计。从不知道毕业设计应该如何进行设计，到制定相应的计划来完成本次毕业设计，这个从无到有的过程给了我很大的信心。同时，对这次毕业论文的编辑和构思让我在熟知专业知识的同时也让我对本专业的发展前景充满信心。不管怎么说，这次毕业设计对我的启发是非常大的，通过这次毕业设计，使我意识到了这一行业的发展的巨大前景，也让我了解了自身的不足，努力学习专业知识，为未来发展尽一份自己的力。

 

参考文献

【1】王洪，邹培海．机械设计课程设计[M].北京：北京大学出版社，2009

【2】孔凌嘉．简明机械设计手册[M].北京：北京理工大学出版社，2008

【3】孔英达．机械制造工艺与装备[M].北京：机械工业出版社，2011

【4】中刘伟，王玉松．厚板焊接机器人系统及传感技术应用[M].北京：机械工业出版社 ，2013

【5】刘树华．精益生产[M].北京：机械工业出版社 ，2015

【6】赵翱东．电工电子实训指导[M].北京：化学工业出版社，2013

【7】工张爱红．业机器人应用与编程技术[M].北京：电子工业出版社，2015