装配机器人结构设计系统基站设计-毕业设计开题报告
1．背景与意义
本课题源自 2022 年浙江省第六届大学生机器人竞赛主题四——装配机器人
竞赛：在工厂自动化生产过程中，装配工作是一个很重要的工作，该竞赛项目需
要模仿一种在现代化的工厂中进行的一种物料自动化组装作业，主要测试参赛者
在多关节运动系统、机器视觉、机器人控制编程、设备安装调试等方面的综合技能。
因此本文设想实现一种可以基于视觉识别的多轴小型机械臂（下文简称“装配机
器人”）。本设计可以完成对传送带上不同工件的目标识别，并在一定时间内抓
取至对应工装位置存放的功能。其能基本用于识别不同工件并抓取存放，适应性
强，不需要改变整个机器人系统的任何部件，只需进行学习目标工件就可完成大
部分操作。由于存在单片机图像识别视角变化、工件大小变化、工件形变、物体遮
挡、背景干扰、类内差异等难点，机械臂运动规划难点以及机械臂结构设计等难
点，本课题团队在尽可能克服这些难点的同时也荣获了 2022 年浙江省第六届大
学生机器人竞赛三等奖，实属不易。我在此项目中主要负责对装配机器人的设计
及制造、对装配机器人各关节的受力分析以及辅助团队队员进行主控 PCB 板的设
计制作、辅助团队队员对装配机器人的电控设计与运动规划。完成了整个装配机器
人的目标识别、抓取与存放运动轨迹、工件工装设备的自我调整等功能，顺利完成
测试并使用。
本课题研究模仿制作一种基于图像识别的多关节机器人系统，本设计研究制
作一种基于 YOLO V3 图像识别的 5轴多功能小型装配机器人系统，其包含传感
器及视觉的识别、机械臂姿态运动、末端夹爪抓放与工装位置选取等功能。其功能
实现了对工厂劳动力的解放，保证了工人的身心健康，提高了工厂的生产效率与
经济效益。
我国的机器人研究对比国外起步较晚，从上世纪六十年代才慢慢发展起来。
虽然起步较晚，但是在我国众多大学教授和工程师的共同努力下，国内的机械臂
技术迎头赶上国外发达国家目前已经技术成熟。起初，国内刚开始发展机械臂的
时期，国内的主要研究方向就是跟踪外国的技术，主要是三种类型的工业机器
人。研究它们的目的只要是为了解放生产力，为国民经济建设服务。然而，随着我
国综合国力的持续攀升，国家也已经意识到一味的模仿借鉴国外技术是不可能长
久的。因此我们需要发展拥有自主知识产权的高新机器人，在性能及技术上取得
突破，快速推进我国机器人产业化有利于增强我国工业化实力。因此，我觉得自
主设计的装配机器人在创新与研发技术方面无论是在广度上还是在深度上都应当
引起我们足够的重视，对自主设计的装配机器人很有必要。
国内外现状
装配机器人在国外的发展研究，特别是在美国，日本，德国，传统制造业作
为代表的工业强国，已经发展多年，具有雄厚的经济实力和丰富的制造业经验。
国外研究者始终占据着技术创新领域的领先地位，他们对复杂的机械精度和运行
精度进行了深入的研究。这些国家研究生产装配机器人的水平，无论在质量或数
量上都占据着主导地位，这对中国的制造业发展是很不利的叫。近年来，在中国
的一些学者已经意识到机器人装配精度的重要性，开展了大量的研究工作。但
是，由于相关研究起步较晚，国内先进水平与国际先进水平仍存在一定差距。为
了弥补差距，只有靠自主研发，由我们自己来实现技术创新。
日本Yamaha 公司[12 推出的超精密的SCARA 机器人臂展仅 120mm，重复定位
1
精度仅为土 0.005mm，性能参数十分先进。著名的SCARA 机器人 Adept 制造商3精
于使用高速总线的通信方式，采用绝对值编码器技术使产品具有高精度和先进技
术，不论负载重量或大或小，均能保证机械臂均匀快速摆动。同时通过结合自动
视觉识别系统和机器视觉技术，将生产线与机械臂结合在一起，可有效提高生产
精度，大大减少所需电缆,节省空间，使机器人零件的布置更加方便。
自1981 在日本爱普生工业机器人[ 5 的诞生，它已逐渐成为 SCARA 装配机器
人的领导者。他们在实用性、稳定性和高标准要求方面，在业界处于领先的位置
上，设计和开发了多种 SCARA 机器人产品。在紧凑型 SCARA 机器人市场方面，爱
普生公司利用其系列化产品，占据了巨大市场的份额。
我国对于 SCARA 机器人的研究和发展较晚,上海交通大学于 1995 年研制的
“精密一号装配机器人”是我国第一台高性能精密装配机器人[7l，这是一台
SCARA 四轴装配机器人。该机器人采用电机直接驱动技术,配备高精度的视觉模块
和力矩传感器，具有良好的运动速度和定位精度。在国内工业生产线上国产 SCARA
机器人的使用非常广泛，但和外国技术相比，机器人电路设计与结构设计和定位
精度之间仍有很大的差距。例如谐波减速器作为 SCARA 机器人的关节的核心组件
的一个关键，国有化的过程还有待提高，对进口的依赖程度高，是技术升级的突
破点。例如，全球精密减速器行业具有更明显的垄断性，国内工业品牌仅占市场
份额的8%，因此在当前背景下迅速提高我国机器人产品的科技水平迫在眉睫。
2．研究内容及研究现状
1.研究的基本内容：
本课题拟设计模仿一种在现代化工厂中进行的一种物料自动化组装作业，完成
对取料传送带上不同工件的目标识别，并在一定时间内抓取工件、运输工件、投放
工件至对应工装位置的功能。旨在测试本课题小组各成员在多关节运动系统、机器
视觉、机器人编程控制、设备安装调试等方面的综合技能。
2.拟解决的主要问题：
对装配机器人机械臂的设计及优化
控制取料传送带启停并识别工件与待装配工装台旋转至对应工装位置
控制装配机器人抓取工件并投放至对应工装位置
3．技术路线、方案与可行性分析
1.系统整体设计
装配机器人主要分为视觉部分、驱动部分、机械部分、电控部分以及工作环境部分（如图
1所示），其可以实现传送带启停、目标图像识别、机械臂动作执行、待装配工装转盘启停等
功能。
2
摘要：
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1．背景与意义本课题源自2022年浙江省第六届大学生机器人竞赛主题四——装配机器人竞赛：在工厂自动化生产过程中，装配工作是一个很重要的工作，该竞赛项目需要模仿一种在现代化的工厂中进行的一种物料自动化组装作业，主要测试参赛者在多关节运动系统、机器视觉、机器人控制编程、设备安装调试等方面的综合技能。因此本文设想实现一种可以基于视觉识别的多轴小型机械臂（下文简称“装配机器人”）。本设计可以完成对传送带上不同工件的目标识别，并在一定时间内抓取至对应工装位置存放的功能。其能基本用于识别不同工件并抓取存放，适应性强，不需要改变整个机器人系统的任何部件，只需进行学习目标工件就可完成大部分操作。由于存在单片机...
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作者：闻远设计
分类：课程设计课件资料
价格：15光币
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格式：DOC
时间：2024-07-31
