机器人技术论文【三篇】

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第1篇: 机器人技术论文

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.

第2篇: 机器人技术论文

摘要：智能自动绘图写字机器人可以完成写字、绘图、制作壁画等工作，简单改装后可以变为具有激光雕刻与CNC加工功能的工业机器人。经过市场调研，目前已有的写字机器人普遍体积较小，只能在A4纸上写字，效率低且功能单一，不适用于工业生产。针对市场需求，在已有产品的基础上进行创新，设计了多功能大型工业写字机器人，并开发了配套的人工智能应用软件。

关键词：人工智能;智能制造;文化创意;智慧生产

1作品简介

该绘图写字机器人是由人工智能神经网络结构自主生成可人工调节的图文内容，并由个人电脑将图文内容转化为机器动作指令，由自主设计的多自由度框架写字绘图机构执行命令的一体化全栈式机器。

2工作原理

此机器采用COREXY运动结构，通过2个57高速闭环步进电机带动GT2同步皮带传动，结构略复杂，但是精度较高。得益于稳定的框架和固定的不随横轴移动的步进电机，避免了平台XY轴移动带来的晃动和不稳。移动组件部分搭建在三根高精度线轨之上，以保证书写时的速度和精度。

电路部分使用AtmelATmega328P的主控芯片，围绕此芯片搭建了外围电路，电路线板采用光耦隔离，抗干扰能力强，精确度高，主控板既可板载驱动器，也可外接大功率驱动器。考虑到书写尺寸，两个步进电机采用外置的电机驱动器，驱动器与主控板连接，采用12V与24V双路大功率电源，满足一个电源驱动整个机器的需求。

在PC端需要三部分软件来完成整个系统的控制逻辑：

（1）与下位机（基于AtmelATmega328P的电路控制板）通信的控制软件，将控制命令（Gcode）和下位机交互，控制机械运动;

（2）通过软件将图案或文字转化为控制命令（Gcode）;

（3）通过人工智能与深度学习软件自主设计艺术画作或者模仿古今中外书法绘画名家进行全自动创作。

系统流程如图1所示。

3创新点

（1）该机器一改其他类型机器工作原理简单、工作能力单一、工业设计薄弱的缺点，创造性地使用工业级别的自动化零件，一方面可以极大地增加该机器的稳定性与寿命，另一方面也可使得该机器具有其他功能。

（2）该机器的框架庞大，可控性优良，且框架刚性优秀，因此该机器可以通过简单的改装来满足不同的工作需求。除可以在表面使用不同的涂料进行喷涂外，还可以用于平面液体固化等方面，例如制作异形薄煎饼、绘图巧克力，通过不同材料打印彩色标牌等，该机器在平面扩展方面存在极为优良的性能。

（3）该机器的主要框架较为稳定，与市面上其他同类商品相比，其底面为一个完整的矩形，因此适合将该机器进行进一步扩展。在增加Z轴运动后，该机器可以成为一台精度极高的三维打印机，在增加密封箱或者其他类似的通风设施后，可以改造成为一台与专业机型无异的激光切割雕刻机，因此其在工业应用方面也存在极高的扩展性。

（4）由于其使用了直线导轨与闭环步进电机控制，其对干扰的排除能力远超其他同类产品，因此可以做一些负荷较大的工作。其本身扭矩支持将它改造成铣床或者浮雕制作机。该机器虽然自重较大，但体积较为紧凑，因此可以方便地将其置于需要制作浮雕等的平面上。

（5）该产品投产后不仅可以作为写字机器人使用，还可以将其框架经过简单改造与二次开发后作为喷绘机、雕刻机、食品打印机、三维打印机、铣床等多种工业设备出售。因此该机器对于公司而言可以有力降低开发成本，实现较高的经济收益。

4市场前景

我们根据调研，发现目前市场上还未出现类似该机器的产品，同时机器相关技术成熟度较高，市场前景广阔。相比传统的绘画创作方式，无论是AI设计师的设计效率，还是设计之后绘制成品的生产效率，均远高于现有方式。

（1）传统设计师在考虑一副壁画或艺术画内容时，往往需要较长的时间周期，而对于单个设计师而言，很容易出现灵感枯竭、内容风格单一等现象，同时设计师的水平也各有高低。相比之下，人工智能自主创作内容的方案不会存在上述情况，借助现代计算机高速的计算速度，神经网络能够在短时间内创作大量优异的画作，且内容完全可控，因此这是对传统设计行业的颠覆性挑战。

（2）传统人工绘制壁画艺术画等方式对工匠技术具有较高要求，不同人之间绘制效果略有差异，且人工速度较低。相比之下，自动化机器拥有由机械结构带来的高精度优势，效果堪比甚至超过人工。由于机械结构由大功率步进伺服系统驱动，绘画的效率也远远高于人工。

（3）机器硬件和软件的成本远远低于目前聘请设计师和工匠施工的费用，相同的投資资金下，使用机器带来的生产效率是人工无法比拟的。

第3篇: 机器人技术论文

《测量机器人应用与进展》

摘要：本文首先概括了测量机器人的发展历史和特点，结合实际工程实践，对测量机器人实际应用进行了较深入详细的论述，最后测量机器人的发展方向进行了展望。

关键字：测量机器人;发展现状;发展趋势

1引言

随着我国各项建设的快速发展，各种大型工程项目的建设和大型工程建筑物越来越多,因此，对大型工程建筑物进行变形和稳定性监测就愈加重要，有关变形监测的方法随着新仪器、新技术的出现而不断发展。测量机器人(Measurementrobot，或称测地机器人，Georobot)就是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪，它可以连续跟踪目标测量，或按照已经设定的程序自动重复测量多个目标可以实现测量的全自动化、智能化。尤其在小尺度局部坐标测量当中，测量精度高、灵活机动、快速便捷、无接触等方面，有着其它测量技术不可比拟的优势。本文概要介绍测量机器人发展和应用。

2测量机器人发展

测量机器人是在电子经纬仪和红外测距仪的基础上发展而来的，其研究与发展大致可以分为三个阶段：

20世纪70年代中期到80年代中期，电子经纬仪和红外测距仪已走向成熟，并得到迅速推广和应用，但存在生产成本高、劳动强度大、非自动化等缺点。为提高生产效率，一些研究机构和厂家进行了大量的研究和实验，1983年，H.Kahmen教授领导的课题组成功研制出由视觉经纬仪改制而成的组合式测量机器人，用于煤矿的边坡监测，可同时自动检测几百个变形目标点，但其集成度不高，精度较低。

20世纪80年代中期到90年代中期是测量机器人的逐步发展期，Leica公司推出了多种系列测量机器人，它除集成了电子经纬仪、步进马达、红外测距仪、CCD传感器、微处理器和存储器以外，最主要的是采用了自动目标识别技术，实现了普通棱镜的长距离的自动识别与精确照准，使测量机器人迅速从室内的工业测量走向了野外工程测量。

20世纪90年代以来则是测量机器人全面应用与发展的年代。测量机器人配套了测量软件系统，并可提供全面的二次开发工具和方法，基于测量机器人的各种应用与开发在世界范围内得到了迅速的发展和推广。

3测量机器人的特点

测量机器人具有无人值守，全自动(定时或连续)长期监测，监测精度高，时处理，可靠性高等特点。测量机器人主要计算机与全站仪的通讯模块、学习测量模块、自动测量模块和成果输出模块等几部分构成。计算机与全站仪的通讯模块是实现测量自动化的一个最基本的功能模块，它的主要功能是解决计算机与全站仪之间的双向数据通讯，人工操作计算机来向仪器发出指令，仪器执行相应的操作后返回给计算机一些相应的信息，从而来完成整个通讯过程。学习测量模块使测量机器人根据已有的数据，使其具有记忆的功能，将测量原始数据存储，并在以后的自动测量中调用数据来进行自动化的重复观测，得到不同时刻观测点的三维坐标信息，该模块为以后的自动测量模块提供了基础数据。自动测量模块功能主要是根据用户的设定，根据学习测量的数据，定时对特定点位进行自动观测，自动存储测量成果，包括原始数据和经过差分改正后的数据，从而得到不同变形点位的变形数据，经过多期观测值的累积同首期观测值之间的比较差值就可以得到不同点在不同周期下的变形趋势。成果输出模块可以提供变形量报表、不同周期的变形量趋势图等资料，使得变形成果资料更加生动和能够满足不同用户的需求。

4测量机器人的应用

利用测量机器人自动跟踪目标、时时测量的特点，在测绘工程和工业测量中等均有重要应用。

边坡(包括自然边坡和人工边坡)因受地质产状、岩性、地质构造、水、人工扰动和地震等因素的综合影响，造成边坡失稳，从而产生滑坡、崩坍、变形失稳、泥石流、塌陷等地质灾害，这些地质灾害是目前安全生产的最大隐患，目前广东、四川等一些雨水较多的省份已经利用测量机器人成功对边坡进行有效和精确的变形监测。

在道路路基施工和路面施工中，利用测量机器人时时跟踪测量的优势，可以随时得到施工点的平面位置和施工标高，而知道该点的设计标高，就可以得到该点处的填挖高度，从而使道路施工的动态控制成为可能。大大提高施工效率和精度，减轻测�咳嗽钡睦投慷龋�实现了道路测量与施工的自动化、一体化、程序化。

测量机器人己经成为大跨度桥梁施工过程中进行施工监测和控制的主要工具。在大跨度桥梁结构施工过程中，由于桥梁结构的空间位置随施工进展不断发生变化，要经历一个漫长和多次的体系转换过程，若同时考虑到施工过程中结构自重、施工荷载以及混凝土材料的收缩、徐变、材质特性的不稳定性和周围环境温度变换等因素的影响，使得施工过程中桥梁结构各个施工阶段的变形不断发生变化，这些因素均将在不同程度上影响成桥目标的实现，并可能导致桥梁合拢困难、成桥线形与设计要求不符等问题。所以在其施工阶段就需要对桥梁施工过程进行监控，除保证施工质量和安全外，同时也为桥梁的长期健康监测与运营阶段的维护管理留下宝贵的参数资料。

在地铁隧道变形监测中，通过自动化测量机器人监测设备系统，把在外力作用下地铁隧道变化数据传送至控制器或仪器内，通过处理软件，计算断面收敛量，再通过互联网及远程通讯系统，使有关各方随时掌握地铁隧道收敛情况和规律，可有效保障地铁的安全运行。

跨断层连续变形监测，断层形变与地震的孕育过程直接相管，用本系统作跨断层高精度测距和变形监测可望作为短临地震预报的一种新的研究和预报手段，为防震减灾作出贡献。测量机器人的多目标、高精度、、全自动、实时数据处理、自动报警等全部优异性能,在这里可以得到充分的发挥，再与其他短临预报手段配合，有可能取得积极成果。

测量机器人系统也可广泛应用于航空、航天、汽车、造船等部门的工业测量和变形观测。如在容量计量领域，可用于船舶液舱或其它大容量量器的内部三维坐标点的自动测量与数据处理。

5、国内测量机器人应用现状

我国国内测量机器人的引进方面与国际几乎同步，但由于经济和缺乏前期研究等方面的原因，其工程应用略落后于国外，随着国内经济的飞速发展以及大规模工程建设的需要，国内购买测量机器人的单位日益增多，但其应用状况和使用效果有待改善。主要表现在以下两个方面：

1、测量机器人国外配套软件价格较高，且不符合中国国家规范或行业作业标准，很多单位仅购买测量机器人，没有购买相应软件，测量机器人不能发挥最大优势。因此研究开发符合中国国情的测量机器人通用系列化自主软件是目前国内的迫切需要，有较广阔的应用前景和发展空间。

2、虽然测量机器人工程应用日益广泛，应用领域也在不断扩展，但由于测量机器人的出现时间较短，我国现行的国家规范或行业标准中相关测量机器人应用的参照条款较少或比较落后。因此对测量机器人自动化测量的作业方法、流程、质量控制、成果管理、精度分析等方面要进行系统性的研究，并得出有益的结论，设立规范或标准，对工程生产有重要的指导意义。

6、测量机器人发展趋势

测量机器人自进入全面应用与发展期以来，其应用研究已比较深入和成熟，但各科研机构和厂家对测量机器人的基础研究并没有停止，生产厂家对测量机器人产品也在不断进行革新和改进。展望21世纪，测量机器人将在以下方面得到显著发展。

测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展，其应用范围将进一步扩大，影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强。未来的测量机器人不需要合作目标，将可根据物体的特征点、纹理、轮廓线，用影像处理的方法进行自动识别、匹配和照准目标，采用空间前方交汇的原理获取物体的三维坐标及形状。测量机器人将与GPS、GIS技术集成，成为快速获取被测物体信息的重要仪器。多传感器集成系统及混合测量系统的应用范围将进一步扩大，可望在大区域范围内进行无控制网的各种测量工作。

7结束语

测量机器人技术是近年来发展起来的自动化测量技术,在各种工程监测、地震、地灾等方面具有高效、快速、省时省力等诸多优势,是测绘行业发展的一个热点方向。再加之具有完备的数据处理软件功能,经实践证明,测量机器人的发展和应用前景是非常广阔的。

参考文献：

[1]梅文胜,张正禄,黄全义.测量机器人在变形监测中的应用研究.2002(5).

[2]张正禄.测量机器人介绍.2005(5).

[3]张正禄.工程测量学的研究发展方向.2003(6).