【正文】 了機器人行業(yè)相關(guān)發(fā)展規(guī)劃，鼓勵機器人行業(yè)健康快速穩(wěn)定的發(fā)展。來保確定機器人能正常工作，并遵從人們所預想的動作去行動。機器人是一個特別特別讓人難以理解的系統(tǒng)工程，是很 多很多的知識組成。地球各個國家爭先恐后研究、規(guī)劃、制定符合自己國家工業(yè)發(fā)展的復興政策來增強自己國制造業(yè)的能力。機器人將對全球科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)格局帶來重大的影響。 國內(nèi)企業(yè)引入機器人既能減少用工成本，又可以提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。如我國已經(jīng)連續(xù)五年成為地球上工業(yè)機器人買入量最多的國家。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)外工業(yè)機器人的技術(shù)發(fā)展水平差距很大，一些發(fā)達國家的機器人技術(shù)遠遠先進于國內(nèi)。大概到 2025 年，整個工業(yè)機器人市場將達到 500 多億，服務機器人從原來的 300 多萬臺增到 1200 多萬臺，美利堅合眾國和日本國一直代表著工業(yè)機器人發(fā)展方向，是地球上工業(yè)機器人方向的最完美水平。美利堅合眾國最近研發(fā)的軍用機器人，表示拿起 120公斤很輕松，而且還能運動的跟人行走速度一般，也就 6km/h，能夠自由行動于各式各樣的地方，就算旁側(cè)受到敵人進攻，還可以繼續(xù)完美運行，非?？孔V。從 20 世紀 80 年代開始起步，1990 年開始展頭露角并得到了一定的發(fā)展，在 21 世紀初開始進入到機器人加快生產(chǎn)的時代。在我國攻關(guān)和我國工業(yè)機器人加速發(fā)展等計劃支持下， 1990 年開始，一部分有自己專利的焊接、組裝、抓取、搬運、堆垛等高科技工業(yè)機器人全面出世，使得我國工業(yè)機器人在生產(chǎn)生活的方方面面都走出了重要的一步步。在這種情況下，我國政府繼續(xù)無條件努力支持工業(yè)自動化機器人產(chǎn)業(yè)的建設(shè)，如今憑借我國相關(guān)政策已經(jīng)形成了以安徽埃夫特機器人公司、廣州數(shù) 控機器人公司、廣東拓斯達機器人公司等為行業(yè)代表的眾多工業(yè)自動化機器人公司，使我國加快推進工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)建立了堅實的地基。同盟會將以各家的生產(chǎn)線為依托，匯集各家有創(chuàng)意的設(shè)計、實行取其精華，去其糟粕政策、牽手共同面對、有錢一起賺的協(xié)同作戰(zhàn)的方式，一起提升產(chǎn)業(yè)附加值，實現(xiàn)又快又好的發(fā)展。據(jù)可靠情報顯示世界四大工天津理工大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 3 業(yè)機器人公司：瑞士 ABB、日本發(fā)那科、日本安川電機、德國庫卡，其中無一中國公司，然而它們卻占有了世界工業(yè)機器人市場多達 95%，然而我國工業(yè)機器人制造商的份額基本可以忽略不計。傳統(tǒng)的人工作業(yè)的缺點表現(xiàn)的日益明顯。 本課題研究的主要問題中有如下面幾個： 的設(shè)計與實現(xiàn) 本文的研究方法和手段有如下幾個方面： 首先，通過對課題進行了理性的研究與分析，初步認知課題的現(xiàn)實性與實用性。然后對其硬件進行設(shè)計，最后使用電腦，進行軟件設(shè)計。 對 產(chǎn)品進行深入分析。 查閱參考文獻 與相關(guān)資料，進行篩選 。 進行相應的調(diào)試。 第二章： 課題設(shè)計方案的選型，介紹了平面多關(guān)節(jié) SCARA 機器人的優(yōu)勢、計米輪、編碼器、機器人控制系統(tǒng)和機器人視覺系統(tǒng)。 第四章： 這章主要介紹了 基于 YAMAHA SCARA 機器人 的控制器 RCX340 和 IVY2天津理工大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 4 視覺系統(tǒng)的軟件和硬件的連接，這部分很關(guān)鍵，直接影響到成功與否。 天津理工大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 5 第二章 課題設(shè)計方案的選型 SCARA 機器人的優(yōu)勢 SCARA 機器人，即 Selective Compliance Assemblyrobot Arm，又名水平多關(guān)節(jié)機器人，是工業(yè)機器人家庭應用非常廣泛的一個構(gòu)型。另一個關(guān)節(jié)是移動關(guān)節(jié)，用于完成末端件在垂直于平面的運動。它最適用于平面定位，垂直方向進行裝配的作業(yè)。 SCARA 系統(tǒng)在 x,y 方向上具有順從性，而在 Z 軸方向具有良好的剛度，此特性特別適合于裝配工作 [2]。 在現(xiàn)在這個階段 SCARA 機器人已經(jīng)廣泛應用于很多很多工業(yè)領(lǐng)域。它的第一個軸和第二個軸具有轉(zhuǎn)動特性，第三和第四個軸可以根據(jù)工作的需要的不同，制造成 相應多種不同的形態(tài)，并且一個具有轉(zhuǎn)動、另一個具有天津理工大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 6 線性移動的特性 [6]。 SCARA 機器人可以被制造成各種大小，最常見的工作半徑在 100 毫米至 1000 毫米之間，此類的 SCARA 機器人的凈載重量在 1 千克至 200 千克之間 [7]。 計米輪和編碼器介紹 計米輪即計米器，主要功能是在長條形材料加工設(shè)備上作精密長度測量的標準工具，普遍使用于工程機械。 性能參數(shù)： 輸出脈沖 1 脈沖 /米（型號 CDJM1） 10 脈沖 /米（型號 CDJM2） 100 脈沖 /米（型號 CDJM3） 電源電壓 DC12V177。 編碼器（ encoder）是將信號或數(shù)據(jù)進行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備 [8]。按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。 控制系統(tǒng)單元 天津理工大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 8 圖 控制系統(tǒng)單元圖 Control system unit diagram IVY2 機器人視覺模塊具有非常強大的畫面捕捉功能，它可以做到將光學圖像轉(zhuǎn)變成為模擬或數(shù)字圖像，并將其輸出至圖像處理單元，可以完成圖像采集單元數(shù)據(jù)的快速存儲，并使用圖像處理軟件來對其進行相應的圖像處理，能夠達到傳統(tǒng)機型約 2 倍的搜索速度，數(shù)量較多的工件也能高速檢測 [11]。使用其配套的軟件 IVY2studio 可監(jiān)控校準設(shè)置中和自動運行中的搜索情況（輸出內(nèi)容：選擇品種 /捕捉圖像；搜索結(jié)果（位置比例 )；已執(zhí)行的命令；命令所需時間），大大減輕了 PC 計算 機 的負擔，提供了簡單、高性能、可靠的支持。 機器人視覺系統(tǒng) 視覺系統(tǒng)如圖 所示。 天津理工大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 9 圖 視覺系統(tǒng)運行過程 Visual system operation process 該系統(tǒng)主要由工件傳送單元、圖像捕捉部分、信息處理單元以及機器人與控制器單元等部分組成。本課題中分揀的物件是鐵碗，他們都具有金屬光澤，與工件傳送帶形成了較大的顏色反差，這有助于實現(xiàn)對目標工件的準確識別與跟蹤，為更好的完成分揀抓取任務提供了必要基礎(chǔ)。光源作為分揀平臺的照明設(shè)備，被固定在傳送帶的兩側(cè)，用以消除工件自身的陰影。 信息處理單元主要由計算機構(gòu)成。該部分是整個系統(tǒng)的核心，具有分析圖像信息以及給出控制信息的重要作用，是連接自動控制系統(tǒng)中傳感器和執(zhí)行器的橋梁 。機器人與控制器通過專用的電纜進行連接，控制器配有正常接口，使用該接口可與 PC 進行數(shù)據(jù)通信。 天津理工大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 10 小節(jié) 本章介紹了 SCARA 機器人相比于其他機器人的優(yōu)勢，詳細介紹了我們所使用的相應的計米輪和編碼器的相關(guān)參數(shù)，我們選用了雅馬哈最新款的 RCX340 控制器，超高清的攝像頭和目前頂配版的機器人視覺系統(tǒng) IVY2，只為更好的完 成課題的要求。硬件的核心是主體控制器，它有著無可替代的作用，因此選擇一款合適的主體控制器至關(guān)重要。 視覺識別系統(tǒng)硬件分析 視 覺系統(tǒng)如圖 所示。 圖 視覺系統(tǒng)整體硬件分析圖 Vision system hardware analysis 視覺識別系統(tǒng)主要硬件選型 天津理工大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 12 選擇具體的主體控制器類型 在機器視覺分揀系統(tǒng)中， SCARA 機器人所配套的控制設(shè)備是 RCX 系列控制器，本文使用的是 RCX340，該款控制器功能強大，允許外接多種類的執(zhí)行器，最多支持 8 個不同優(yōu)先級的任務 。斷電后再啟動不需要做原點復歸，可以有效保存機器人的點位數(shù)據(jù) 。 RCX 系列的控制器具有類似 PLC 的控制效果，在沒有 PLC 控制器的情況下，同樣可以實現(xiàn)對周圍器件的控制功能 。 這款雅馬哈 RCX340 機器人控制器的外觀實物圖： 圖 SCARA 機器人控制器 RCX340 SCARA robot controller RCX340 相機的選擇與應用介紹 目前，工業(yè)生產(chǎn)中使用的相機組合方式只有兩種，一是普通相機與個人電腦機相結(jié)合的方式，另一種是智能相機系統(tǒng)。智能相機則將這一過程大大整合，能自己完成圖像的捕捉、處理和通信等工作，從而給出具有多種能力、模塊化、更加穩(wěn)定等特點并且易于實現(xiàn)的機器人視覺解決方 案，可以完成多種機器視覺系統(tǒng)的使用要求。 在進行智能相機選型時，通常參考以下幾點 : 天津理工大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 13 （ 1）考察現(xiàn)場實際情況可以考慮是否選用 CCD 相機或者 CMOS 相機。 CMOS 即互補金屬氧化物半導體，是電壓控制的一種放大器件 [13]。 CMOS 相機照出來的圖像有點劣質(zhì)，但優(yōu)點是可以減少電能的損耗，并且處理速度快。計算公式為 :相機單方向分辨率 =單方向視野范圍大小 /理論精度。但一般來說相機的分辨率越高幀數(shù)越低，因此需要考慮幀數(shù)和分辨率的匹配。 雖然 CMOS 相機的拍攝圖像效果可以滿足大部分科研需要，但是本課題需要利用工業(yè)相機對傳動帶上的工件進行跟蹤并分揀，由于是針對動態(tài)目標圖像的拍攝 ，所以選擇CCD 相機。如下圖 所示： 圖 CCD 相機 CCD camera 鏡頭最主要的功能就是實現(xiàn)光束調(diào)制 [14]。鏡頭質(zhì)量對于基于機器視覺的分揀系統(tǒng)整體性能會產(chǎn)生重要影響，所以要合理地選擇鏡頭，以便獲得最佳效果。在相機中，指的是從鏡頭的中心到相機成像平面之間的距離。假設(shè)以同樣的距離對某一個目標進行拍攝，那么如果光學鏡頭的焦距越長，則被攝天津理工大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 14 目標在相機的光電傳感器上所成像的放大倍數(shù)就越大。光學儀器的視野范圍取決于鏡頭的視場角的大小，如果鏡頭的視場角越大，那么能夠拍攝的視野就越大，相應的光學倍率就會越小。 （ 3)景深 簡單來說，在相機完成聚焦之后，在焦點前后的范圍內(nèi)都可以形成較為清晰的影像，那么就稱這個距離范圍為景深。相反，背景和目標的影響同樣清晰，則稱為景深深。若果將光圈調(diào)大，那么景深就會變淺 。當然光圈變大，快門速度，快門速度則變慢。 （ 4)F數(shù) F 數(shù)是描述可以進入鏡頭內(nèi)光線的多少的度量， F 數(shù)越大，那么可進入鏡頭內(nèi)的光線就越多，反之，就越少。由于鏡頭的焦距一般是固定的，所以可以通過調(diào)節(jié)鏡頭的有效孔徑，來實現(xiàn)對 F 數(shù)的調(diào)節(jié)。 圖 鏡頭 Com