1、本科毕业论文（20 届）课题名称 基于视觉的搬运机械手控制系统研制姓 名学 号学 院 通信与电子工程学院专 业 电子科学与技术指导教师毕 业 设 计 任 务 书课题名称 基于视觉的搬运机械手控制系统研制姓 名学 号学 院 通信与电子工程学院专 业 电子科学与技术指导教师一、 设计的教学目的1、 培养学生运用所学的知识分析问题和解决问题的能力；2、 培养学生知识应用能力、动手能力、创新能力、文学表达能力等，拓展学生的思维，开阔学生视野；3、 培养学生将知识应用于生活的能力；4、 熟悉 STM32 硬件结构和用 C 语言的编写程序的方法，能熟练使用 Keil uVision4 和 Altium D
2、esigner Summer 09 等软件。二、设计的主要内容1、搬运机械手机械结构设计工业解析人一般分为三个部分，即机械系统、控制系统和驱动系统。本项目机械结构具有和人手臂相似的动作功能可在空间抓放物体或进行其它操作，由机械结构、驱动装置和传动装置组成，首要问题是考虑采用多关节结构，其次是自由度数，以及各自由度在臂部、腕部或整个机械手如何配置。 2、机械手运动控制算法设计搬运机械手是在自动线上搬运物料的一种自动化装置。其工作对象是将物料从生产线上转运到下道工序或存放位置。主要完成以下几个动作:下降-旋转-抓取并夹持物料-旋转-上升-松开并放置物料。本项目拟在把机械手安装在智能小车上，通过小车
3、搭载机器人到货料所在的地方然后夹持货物到另一个地方。 3、图像采集机器人视觉可以通过视觉传感器获取环境的二维图像，并通过视觉处理器进行分析和解释，进而转换为符号，让机器人能够辨识物体，并确定其位置。如何采集二维图像并进行分析从而引导小车到达指定的位置是一项关键的研究，将直接影响机械手臂夹持的精确度。三、设计的基本要求1、搭建智能小车实物、机械手臂及各驱动电路模块；2、实现智能小车与被夹持物体距离的测量；3、实现物体的识别并驱动机械手臂把物体夹持到指定地点。四、进度安排序号 设 计 各 阶 段 内 容 起止日期1 确定选题，下达任务书 2015 年 01 月 25 日2 设计开题答辩 2015
4、年 03 月 28 日3 交初稿 2015 年 04 月 25 日4 交第二稿 2015 年 05 月 15 日5 交定稿 2015 年 06 月 05 日6 毕业设计答辩 2015 年 06 月 14 日五、参考文献1 索阳阳, 黄宇. 基于 PLC 的 5 自由度仓库搬运机械手研制J. 北京工业职业技术学院学报, 2012, 11(3): 1-5.2 孙兵 , 赵斌, 施永辉. 物料搬运机械手的研制J. 南通纺织职业技术学院学报, 2013, 12(2): 1-3.3 赵斌, 高宏立, 张艳荣, 孔德松. 搬运机器人控制系统设计J. 西南交通大学学报, 2014, 20(12): 1-4.
5、 4 Kurt Wall. GNU/Linux 编程指南M. 北京: 清华大学出版社, 2002: 327-390.5 Neil Matthew, Richard Stones. Linux 程序设计 M. 北京: 人民邮电出版社, 2007: 579-604. 6 李大鹏 , 曹国华, 陈佶言. 基于 STM32 单片机驱动面阵 CCD 实时图像显示的研究J. 长春理工大学学报, 2014, 37(1): 1-4.7 彭刚, 袁兵 . 基于双 ARM Cortex 架构的移动机器人控制器设计J. 华中科技大学学报, 2013, 41(1): 1-5.8 宋凯, 严丽平 , 甘岚. 嵌入式图像
6、处理系统的设计与实现J, 华中交通大学学报, 2009, 30(19): 1-4. 9 邾继贵, 邹剑, 林嘉睿, 叶声华. 摄影测量图像处理的高精度误差补偿法J. 天津大学学报, 20012, 32(9): 1-8.10 丁伟雄, 杨定安, 宋晓光. 步进电机的控制原理及其单片机控制实现 J. 佛山科学技术学院学报, 2005, 22(6): 1-3.学 生 毕 业 设 计开 题 报 告 书课题名称 基于视觉的搬运机械手控制系统研制姓 名学 号学 院 通信与电子工程学院专 业 电子科学与技术指导教师设计题目 基于视觉的搬运机械手控制系统研制课题的根据：1) 设计方案(设计用到的主要工具、预期
7、实现的功能及参数要求、主要功能模块等) 。2) 自己的见解(主要是对设计方案的制定、设计难点及解决办法、设计创新方面的思考) 。1 设计方案1.1 设计用到的主要工具软件开发工具：Keil uVision4；硬件开发工具：Altium Designer Summer 09、Proteus 7 Professional；1.2 预期实现的功能及参数要求（1） 搭建智能小车实物、机械手臂及各驱动电路模块；（2） 实现智能小车与被夹持物体距离的测量；（3） 实现物体的识别并驱动机械手臂把物体夹持到指定地点。1.3 主要功能模块（1）电源模块：电源模块主要包括供电电源及稳压电路，为整个系统供电；（2）
8、控制模块：控制模块主要负责逻辑判断、图像数据处理、数据运算以及PWM 信号输出控制各电机运作；（3）二维图像采集模块：图像采集模块主要由视觉传感器、模拟数字转换器和帧存储器等组成，负责图像采集、转换和存储；（4）电机控制模块：电机控制模块主要负责小车各运转电机的运作；2 自己的见解2.1 设计方案摄像头采集图像，主控芯片对图像信号进行分析，判断当前采集区域有没有指定颜色，如果没有小车移动一定的距离并转动一定角度，如果发现指定颜色区域则把当前摄像头拍摄的整个区域进行划分，对比颜色区域所在的位置及大小，然后调整小车的姿态，直到颜色区域达到适合夹持的位置与大小并进行夹持。2.2 设计难点接解决方法图
9、像识别与分析是本设计的一个最大难点，图像数据比较大所以需要执行速度快的处理芯片，图像的识别采用 RGB 转 HSL 的方式。2.3 设计创新本设计的主要创新之处在于可以实现对夹持物体距离的测量，能够驱动机械手臂对物体进行夹持。设计的主要内容:1 搬运机械手机械结构设计工业解析人一般分为三个部分，即机械系统、控制系统和驱动系统。本项目机械结构具有和人手臂相似的动作功能可在空间抓放物体或进行其它操作，由机械结构、驱动装置和传动装置组成，首要问题是考虑采用多关节结构，其次是自由度数，以及各自由度在臂部、腕部或整个机械手如何配置。 2 机械手运动控制算法设计搬运机械手是在自动线上搬运物料的一种自动化装
10、置。其工作对象是将物料从生产线上转运到下道工序或存放位置。主要完成以下几个动作:下降-旋转-抓取并夹持物料-旋转-上升-松开并放置物料。本项目拟在把机械手安装在智能小车上，通过小车搭载机器人到货料所在的地方然后夹持货物到另一个地方。 3 图像采集机器人视觉可以通过视觉传感器获取环境的二维图像，并通过视觉处理器进行分析和解释，进而转换为符号，让机器人能够辨识物体，并确定其位置。如何采集二维图像并进行分析从而引导小车到达指定的位置是一项关键的研究，将直接影响机械手臂夹持的精确度。完成期限和采取的主要措施：一、完成设计时间安排：确定选题，下达任务书 2015 年 01 月 25 日设计开题答辩 20
11、15 年 03 月 28 日交初稿 2015 年 04 月 25 日交第二稿 2015 年 05 月 15 日交定稿 2015 年 06 月 05 日毕业设计答辩 2015 年 06 月 14 日二、 采取的主要措施：1、 查阅资料，了解智能小车的研究现状；2、 对本设计进行整体构思，拟计划采用 STM32F103VET6 单片机作为主控芯片，此芯片最大晶振频率达 72MHZ，处理速度快；3、 拟采用 OV7725 图像传感器做图像采集，OV7725 是一个能够提供单片 VGA 摄像头和影像处理器的所有功能的图像传感器；4、 编写各个模块代码，并对整个设计的软件进行整合；5、 撰写设计报告。主
12、要参考资料：1 索阳阳, 黄宇. 基于 PLC 的 5 自由度仓库搬运机械手研制J. 北京工业职业技术学院学报, 2012, 11(3): 1-5.2 孙兵, 赵斌, 施永辉. 物料搬运机械手的研制 J. 南通纺织职业技术学院学报, 2013, 12(2): 1-3.3 赵斌, 高宏立, 张艳荣 , 孔德松. 搬运机器人控制系统设计 J. 西南交通大学学报, 2014, 20(12): 1-4. 4 Kurt Wall. GNU/Linux 编程指南M. 北京: 清华大学出版社, 2002: 327-390.5 Neil Matthew, Richard Stones. Linux 程序设计
13、M. 北京: 人民邮电出版社, 2007: 579-604. 6 李大鹏 , 曹国华, 陈佶言. 基于 STM32 单片机驱动面阵 CCD 实时图像显示的研究J. 长春理工大学学报, 2014, 37(1): 1-4.7 彭刚, 袁兵. 基于双 ARM Cortex 架构的移动机器人控制器设计J. 华中科技大学学报, 2013, 41(1): 1-5.8 宋凯, 严丽平, 甘岚. 嵌入式图像处理系统的设计与实现J, 华中交通大学学报, 2009, 30(19): 1-4. 9 邾继贵 , 邹剑, 林嘉睿, 叶声华. 摄影测量图像处理的高精度误差补偿法J. 天津大学学报, 20012, 32(9): 1-8.10 丁伟雄, 杨定安, 宋晓光. 步进电机的控制原理及其单片机控制实现J. 佛山科学技术学院学报, 2005, 22(6): 1-3.指导教师意见：签名： 年 月 日
