自主搬运机器人设计

论文总字数：28942字

摘 要

本文的目的是完成自主搬运机器人的设计，首先利用Solidworks软件完成了机器人本体的设计工作，利用AutoCAD完成工程图纸的绘制。根据所绘制的三维模型与二维图纸完成机器人本体的加工、装配。根据搬运机器人工作原理设计了相应的驱动控制电路，并完成线路的搭接与调试。基于stm32硬件平台与freeRTOS系统完成了自主搬运机器人控制逻辑的设计。为使自主搬运机器人具备自主抓取功能，本文中设计了基于双目视觉的识别与抓取方案，实践完成了识别部分、位置解算部分的功能。为使自主搬运机器人具备自主行走与避障的功能，本文中基于仿真平台与ROS系统设计了其室内SLAM建图方案，自主导航方案，并取得一定成功。在此开发期间，曾长期遇到机器人驱动轮打滑的问题，文中系统分析并得出有效的解决办法。文中设计并实验了一种基于SIFT算法的多角度识别与立体匹配的方案，并取得一定的成功。

关键词：自主搬运机器人，stm32，自主抓取，自主行走，ROS

Abstract

The purpose of this paper is to complete the design of the autonomous handling robot. Firstly, the design of the robot body is completed by using Solidworks software, and the drawing of engineering drawings is completed by using AutoCAD. According to the three-dimensional model and two-dimensional drawings, the robot body is processed and assembled. According to the working principle of the handling robot, the corresponding drive and control circuit is designed, and the overlap and debugging of the circuit are completed. Based on STM32 hardware platform and freeRTOS system, the control logic of autonomous handling robot is designed. In order to make the autonomous handling robot have the function of autonomous grasping, this paper designs a recognition and grasping scheme based on binocular vision, and completes the functions of recognition and position calculation. In order to make the autonomous mobile robot have the function of autonomous walking and obstacle avoidance, this paper designs its indoor SLAM mapping scheme and autonomous navigation scheme based on simulation platform and ROS system, and achieves certain success. During this period of development, the problem of sliding of robot driving wheels has been encountered for a long time. In this paper, systematic analysis and effective solutions have been obtained. In this paper, a scheme of multi-angle recognition and stereo matching based on SIFT algorithm is designed and experimented, and some success has been achieved.

KEY WORDS: autonomous transport robot,stm32, autonomous grasping,autonomous walking,ROS

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

第二章 自主搬运机器人总体方案设计 2

2.1引言 2

2.2设计要求与设计指标 2

2.2.1 设计要求 2

2.2.2 设计指标 2

2.3本体工作原理与总体系统方案 2

第三章 自主搬运机器人机械方案设计 4

3.1底盘方案与设计 4

3.1.1独轮式方案与两轮式方案 4

3.1.2三轮式方案 4

3.1.3四轮式方案 6

3.1.4自主搬运机器人底盘方案选择 8

3.1.5参数设计 8

3.1.6电机选型 8

3.2机械臂方案设计 9

3.2.1结构方案选择 9

3.2.2电机选型 12

3.2.3刚度校核 13

3.3机械手设计 14

3.3.1结构设计 14

3.3.2结构校核 14

第四章 自主搬运机器人驱动控制设计 15

4.1底盘电机驱动与控制方案 15

4.2机械臂驱动控制方案 16

4.2.1步进电机驱动方案 16

4.3机械手驱动控制方案 17

4.4控制系统实现与验证 17

第五章 自主搬运机器人识别抓取系统 20

5.1相机标定 20

5.1几种识别方案的比较 20

5.1.1基于轮廓线的识别 20

5.1.2基于特征点的识别 23

第六章 自主搬运机器人自主导航系统 27

6.1机器人导航原理简介 27

6.2激光雷达选型 27

6.3仿真设计 27

6.3.1SLAM仿真设计 27

6.3.2导航功能仿真设计 29

第七章 问题发现与解决 31

7.1主动轮打滑问题 31

第八章 总结与展望 33

8.1 毕业设计总结 33

8.2 未来展望 33

参考文献 34

致 谢 35

第一章 绪论

在电子、计算机、通信、控制等行业迅猛发展的条件下，在人们对解放双手和发展更高的生产力的愿望的背景下，以及在成本与工作效率和工作质量等各方面因素驱使下，“工业4.0”、“智慧工厂”、“智能制造”、“中国制造2025”等概念应运而生并得到各国政府的大力支持。上述概念，究其核心，就是实现更高的自动化，智能化，由机器来更有效率，更有质量地完成一部分之前只能由人工才能完成乃至人工业无法完成的工作。

在智慧工厂的建设过程中，有关调查表明，相比于加工制造过程，物流过程中的自动化至今仍未达到一定的高度。根据国外统计，机械加工行业中等批量的生产车间中，零件在机床上的时间仅占生产时间的5%，而95%的时间消耗在原材料、刀具、工件等的搬运、抓取、中间存贮、等待上。而在这5%时间内，真正用于加工的仅占30%，而上下料等占70%。从费用上看，用于物料流动的费用占总费用的30%到40%。

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