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        一種具有示教作用的噴涂機器人的設(shè)計

        2018-08-27 10:24:04陳金宇黎梓恒吳國洪曾志彬
        機電信息 2018年24期
        關(guān)鍵詞:設(shè)置

        陳金宇 黎梓恒 吳國洪 曾志彬

        (1.東莞理工學院機械工程學院,廣東東莞523000;2.東莞市橫瀝模具科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司,廣東東莞523000)

        0 引言

        隨著科技的發(fā)展,機器人技術(shù)的應(yīng)用不斷被拓展[1]。戶外運動如籃球、羽毛球都是熱門的運動,由于諸多外力因素影響,戶外籃球場或羽毛球場的實線會隨時間推移發(fā)生模糊程度變大的情況。目前的場線修復(fù)主要采用純手工涂裝或非自動的機械涂裝方式[2],非自動的機械涂裝方式雖比純手工涂裝效率高、精度好,但相對于采用機器人自動涂裝的方式,這兩者均表現(xiàn)為耗費更多的人力,耗時長,效率低,精度低。

        針對以上不足,本文提出了一種噴涂機器人的設(shè)計方案,以應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施的維護。本文將從機構(gòu)設(shè)計方面與軟件系統(tǒng)搭建方面進行闡述。

        1 硬件平臺設(shè)計

        本文所設(shè)計的機器人結(jié)構(gòu)如圖1所示,機器人高度約為0.5 m。機器人的動力部分為兩個直流電機驅(qū)動機器人的移動,42步進電機驅(qū)動球閥的開關(guān),云臺電機驅(qū)動Openmv攝像頭的旋轉(zhuǎn)。直流電機通過聯(lián)軸器和帶軸的法蘭連接輪子,直流電機的轉(zhuǎn)速即輪子的轉(zhuǎn)速;直流電機通過電機固定件連接載板,左右兩邊對稱設(shè)置,構(gòu)成一種兩輪移動平臺。42步進電機通過聯(lián)軸器連接球閥,通過電機固定件連接載板。云臺電機安裝在云臺電機座里,進一步地,通過兩個云臺電機卡件分別連接載板與相機座。

        圖1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

        機器人的傳感器部分包括Openmv攝像頭、陀螺儀和激光測距模塊。Openmv攝像頭設(shè)置在相機座的下方,用于采集球場白實線的圖像;陀螺儀共計兩個,其一設(shè)置在stm32平衡車主板上,用于實時采集機器人的傾角信息,并反饋給stm32平衡車主板,進一步地控制直流電機進而調(diào)整機器人的姿態(tài),維持其在平衡狀態(tài);其二設(shè)置在相機座上,用于實時采集相機座的傾角信息,并反饋給stm32平衡車主板,進一步地控制云臺電機進而調(diào)整Openmv攝像頭的姿態(tài),保持平穩(wěn)地采集圖像。三個激光測距模塊分別設(shè)置在直流電機的下方,通過多個測距模塊固定件連接至電機固定件的側(cè)面,用于檢測障礙物的距離信息,及時反饋給機器人做出避障動作,保護電機和噴嘴不被撞壞。藍牙模塊設(shè)置在stm32平衡車主板上,用于機器人與移動端APP的連接,可以手動控制機器人與維護調(diào)試機器人。蜂鳴器設(shè)置在stm32平衡車主板上,當機器人檢測到障礙物時,蜂鳴器發(fā)出警報聲。

        2 軟件系統(tǒng)搭建

        采用噴涂機器人進行示教課程時,規(guī)劃各傳感器技術(shù)的優(yōu)先級問題和觸發(fā)中斷使用問題。

        機器人實際工作時,平衡車的機構(gòu)平臺根據(jù)設(shè)置在stm32平衡車主板上的陀螺儀的角度數(shù)據(jù),以直流電機為源動力,消除機器人平臺的傾角,維持平衡[3];視覺平臺根據(jù)設(shè)置在相機座上的陀螺儀的角度數(shù)據(jù),以云臺電機為源動力,消除Openmv攝像頭的傾角,維持平衡。

        通過攝像頭獲取圖像和對圖像進行處理,根據(jù)所產(chǎn)生的坐標信息調(diào)節(jié)平衡車的姿態(tài),讓攝像頭及平衡車始終跟著白線的中心移動,保證噴涂的精準度;識別白線在視覺的中央的方法為:通過攝像頭獲取圖像后,對圖像進行標定,然后對圖像進行閾值分割處理,得到只含白色區(qū)域(即白線)的圖像,而過濾掉無需處理的圖像部分;對已得到圖像通過邊緣檢測得到白線邊緣的外輪廓線,然后對輪廓進行篩選,剩下白線外緣兩條互相平行的長直線;根據(jù)兩條長直線可以得到其中心位置并畫出兩條平行線的中間線,再通過獲取其絕對坐標和相對坐標的位置,通過調(diào)節(jié)平衡車的姿態(tài)來移動攝像頭使得其相對坐標與絕對坐標重合,讓攝像頭始終跟著白線的中心移動,即機器人跟著白線的中心移動;或者,對已得到圖像通過邊緣檢測得到白線邊緣的外輪廓線,獲取每條線的端點坐標值,通過算法可以判斷得到的線條是平行還是垂直或者根據(jù)勾股定理是否能構(gòu)成直角三角形來判斷白線的90°拐角,而對于白線末端的直角短線度進行剔除,避免對結(jié)果產(chǎn)生影響。

        通過激光測距模塊檢測障礙物的距離信息和處理數(shù)據(jù),根據(jù)障礙物的距離調(diào)節(jié)平衡車的運動、球閥的開關(guān)和蜂鳴器的警報,從而提醒及時清除路障,保證工作效率。

        3 結(jié)語

        本文所做的工作總結(jié)如下:第一,根據(jù)目標功能對移動機器人進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計;第二,根據(jù)機器人的功能要求搭建了軟件系統(tǒng)。

        本文所設(shè)計的噴涂機器人以平衡車主板為控制中心,利用陀螺儀判定平衡狀態(tài),利用電機對噴涂機器人進行調(diào)整使其處于平衡狀態(tài),然后利用攝像機獲得噴涂軌跡以指示噴涂機器人進行自動噴涂,可應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施的維護。

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