智能物料搬运机器人竞赛技术培训-alex

智能物料搬运机器人竞赛

技术培训

2018.10

武晓东智能物流搬运机器人竞赛规则及场地技术拆解及难点、竞赛思路流程竞赛结构设计策略竞赛电控设计策略

智能物料搬运机器人竞赛赛场地赛场尺寸：2400mm×2400mm方形平面区域物料：圆柱体、方形体、球体及其组合体，物料的各边长或直径尺寸限制在30～80mm范围，重量范围为40～80g9.7寸的平板电脑，用于显示给机器人读取任务的二维码。二维码尺寸为100×100（像素）。二维码信息被设置为“1”、“2”、“3”三个数字的组合。其中，“1”对应红色，“2”对应绿色，“3”对应蓝色。机器人需在5分钟时间内完成比赛，用时少者得分高，物料放置位置的精确程度也影响得分。每队有2次机会，取2次成绩中的最好成绩。机器人需要有场地目标位置识别、自主路径规划、自主移动、二维码读取、物料颜色识别或形状识别、物料抓取和搬运等功能进入场地参赛的机器人（含末端抓取装置（手爪））应能够通过一个尺寸与一张A4纸相当的门框方可参加比赛。“A4门框”横向或竖向放置均可。允许机器人结构设计为可折叠形式，但通过“A4门框”后应能自行展开。智能物流搬运机器人竞赛规则及场地技术拆解及难点、竞赛思路流程竞赛结构设计策略竞赛电控设计策略技术拆解一个什么样的移动底盘合适？底盘载重，运动稳定性，运动速度，底盘结构设计，电机选型；需要多少自由度的机械臂？手爪抓取的运动范围，机械臂结构设计；如何识别二维码任务信息？视觉二维码识别，二维码识别器；如何识别工件的颜色？视觉颜色识别，或者颜色传感器识别；移动底盘如何定位？多传感器定位，视觉识别。技术难点1.视觉识别-选择什么主控制器？如何进行程序设计？如何同时实现视觉的二维码识别及颜色识别？2.机器人定位-如何使机器人到达固定位置停止？3.机械臂的结构设计-选择串联机械臂、并联机械臂、笛卡尔直角坐标系机械臂？这些机械臂结构如何设计与制作？4.组建一支参赛团队-这个比赛对编程要求高，需要学生掌握哪些知识？5.编程相关资料-如果只有机械的学生，编程能力不强，如何顺利的开展竞赛项目？竞赛思路及流程竞赛方案采用树莓派与Arduino相结合的工作方式进行路径的规划、二维码识别以及颜色的识别。通过对各个阶段的数据分析来进行物料的抓取、放置等操作。通过底部传感器来进行路线的检测扫描二维码获取要抓取物料的顺序对各个物料进行颜色识别，从而按照二维码所获得的顺序进行物料抓取根据二维码及物料放置顺序放置物料至对应颜色区域场地、竞赛思路及流程技术拆解及难点竞赛结构设计策略竞赛电控设计策略底盘机构差速底盘：移动速度快运动性能稳定调试难度低全向移动底盘：移动速度快运动性能稳定调试难度高齿轮组夹持器连杆组夹持器齿轮连杆组夹持器夹持机构夹持机构自由度分析成功搬运物料：前伸（后退），夹取，拿起（放下），翻转（放置），转移5自由度：每个动作都依靠机械臂执行。4自由度：前伸（后退）通过底盘执行，其他动作通过机械臂完成。3自由度：前伸（后退）、转移通过底盘执行，其他动作通过机械臂完成。2自由度：前伸（后退）、转移通过底盘地形，夹取和拿放的动共用一个自由度，翻转一个自由度。抓取放置演示视频案例分享智能物流搬运机器人竞赛规则及场地技术拆解及难点、竞赛思路流程竞赛结构设计策略竞赛电控设计策略竞赛电控设计

竞赛方案采用树莓派与Arduino相结合的工作方式进行路径的规划、二维码识别以及颜色的识别。通过对各个阶段的数据分析来进行物料的抓取、放置等操作。

底盘运动控制差速底盘底盘运动控制全向底盘2底盘运动控制全向底盘3黑标/灰度白标传感器选择传感器安装1、安装高度：离地面1~3cm，具体高度需要测试。2、安装位置：车身正直时，传感器位于黑线边缘处最好。因此，使用两个以上传感器时，可以据此确定传感器之间的宽度。最少可以用几个传感器？单传感器方案小车轨迹传感器感应到轨迹后，小车向反方向调整小车出发后向轨迹转弯行驶，直至传感器感应到轨迹识别横线，最少可以用几个传感器？双传感器方案小车传感器轨迹传感器右侧传感器触发后，小车向右调整左侧传感器触发后，小车向左调整遇到横线，可同时触发程序方案1、条件语句穷举2、条件语句嵌套1、条件语句穷举单传感器传感器策略伪码1向右前行驶if（1）RS；0向左前行驶if（0）LS；小车轨迹传感器1、条件语句穷举传感器1传感器2穷举法伪码11

if（1，1）S；10

if（1，0）L；01if（0，1）R；00

if（0，0）S；小车传感器1轨迹传感器21、条件语句穷举（例程）voidloop(){if((!(digitalRead(14))&&digitalRead(16))){left();}if((digitalRead(14)&&!(digitalRead(16)))){right();}if((!(digitalRead(14))&&!(digitalRead(16)))){str();}if((digitalRead(14)&&digitalRead(16))){str();}}1、条件语句穷举（优化）i=digitalRead(14);j=digitalRead(16);voidloop(){if(i==1&&j==0){left();}if(i==0&&j==1)){right();}if(i==1&&j==1){str();}if(i==0&&j==0){str();}}2、条件语句嵌套传感器1传感器2穷举法伪码嵌套法伪码11

if（1，1）S；a=传感器1取值；b=传感器2取值；

if（a==b）S;00

if（0，0）S；01if（0，1）R；elseif(a==0&&b==1)R;10

if（1，0）L；elseL;小车传感器1轨迹传感器22、条件语句嵌套(写法2)传感器1传感器2穷举法伪码嵌套法伪码01if（0，1）R；a=传感器1取值b=传感器2取值

if(a==0&&b==1)R;

10

if（1，0）L；elseif(a==1&&b==0)L;11

if（1，1）F；elseF;00

if（1，0）F；小车传感器1轨迹传感器22、条件语句嵌套voidloop(){if((!(digitalRead(14))&&digitalRead(16))){left();}else

{if((digitalRead(14)&&!(digitalRead(16)))){right();}else{str();}

}}4、传感器计数在竞赛过程中，我们需要随时知道底盘处于哪个位置，此时就需要通过获取传感器触发的次数来计算机器人底盘处于竞赛场地的哪个位置。5、传感器布局示意图路径规划-循迹循迹相关问题现象1：程序没有问题，但小车无视黑线，完全没有循线。分析问题：小车无视黑线，可能原因是：①传感器坏了；②传感器安装位置不合适，导致传感器没有触发；③程序中直行时delay时间太长导致没能及时检测到传感器状态；解决办法：（1）我们可以先单独测试一下传感器是否损坏，用串口测值或点亮LED的方法进行测试，如果确认传感器坏了，更换新传感器。（2）如果传感器是好的那么可能是传感器的安装位置不合适，先不要将传感器固定在机器人身上，而用手持的方法，利用用串口测值或点亮LED的方法进行测试，找到合适的安装位置，再进行安装。（3）缩短delay()时长，提高检测频率。循迹相关问题现象2：循线时，传感器检测到黑线，但小车发生“蛇行”；或紧接着识别黑线不灵。分析问题：（1）可能是小车两侧轮子差速过大，导致转弯半径太小，从而“蛇行”；（2）可能是转弯动作delay时间过长，导致下次识别不灵。（3）可能是小车速度太快，外加程序执行效率不高，导致未能识别到黑线。解决办法：（1）转弯时减小电机转动差速，或用转向机构替代差速转向；（2）缩短delay时间，或不使用delay；（3）更换转速慢的电机或提高程序执行效率。二维码识别及颜色识别zbar算法是一种开源的条形码、二维码识别算法，能够识别大部分种类的一维码(条形码)，以及使用比较普遍的QR二维码。二维码信息被设置为“1”、“2”、“3”三个数字的组合，如“123”、“321”等。其中，“1”对应红色，“2”对应绿色，“3”对应蓝色。二维码识别二维码识别二维码识别二维码识别-视频演示颜色识别颜色识别部分使用OpenCV加摄像头进行，通过对摄像头拍摄到的二维码图片以及相应颜色（HSV颜色模型）的物料的图片分析处理来得到任务的抓取顺序。二维码信息被设置为“1”、“2”、“3”三个数字的组合，如“123”、“321”等。其中，“1”对应红色，“2”对应绿色，“3”对应蓝色。技术要点-HSV颜色模型这个模型就是按色彩、深浅、明暗来描述的。H是色彩S是深浅，