水泥包装袋装车机器人研发

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1、中位代１００１７学Ｖ＊２２０：５１５０２３２北京石油化工学院硕士研究生学位论文题目水泥包装袋装车机器人研发研究生张飞专业领域机械工程校内导师郭丽峰副教授校外导师薛建平高工日期：２０１８年６月２５日北京石油化工学院学位论文原创性声明，本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下独立进行研宄工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人

2、完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：雜日期：＿关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京石油化工学院有关保留和使用学位论文的规定：，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京石油化工学院。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。□论文暂不公开注释：本学位论文属于暂不公开范围，在ｉ年解密后适用本授权书。ｄ非暂不公

3、开论文注释：本学位论文不属于暂不公开范围，适用本授权书。作者签名：日期：，鄉鉍抑校内导师签名：日期：学位论文数据集中图分类号TP242学科分类号460.50论文编号1001720180232密级公开学位授予单位代码10017学位授予单位名称北京石油化工学院作者姓名张飞学号5220150232获学位专业名称机械工程获学位专业代码085201企、事业单位委托项光电检测与机器人应用课题来源研究方向目技术论文题目水泥包装袋装车机器人研发关键词装车机器人，机械结构，运动控制，车厢识别论文答辩日期2018年6月22日

4、*论文类型产品研发学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长校内指导教师郭丽峰副教授北京石油化工学院机械电子工程北京永新医疗设校外指导教师薛建平高工机械工程备有限公司评阅人1刘婧芳副教授北京工业大学机器人学及机构学中国石油大学评阅人2丁庆新教授机械工程（北京）评阅人3张有忱教授北京化工大学机械设计评阅人4答辩委员会主席俞建荣教授北京石油化工学院机械工程中航工业北京航空答辩委员1赵华夏高工制造工程研究所焊接自动化（625所）答辩委员2王殿君教授北京石油化工学院机械工程答辩委员3张卫义副教授北京石油化工学院机械工程

5、答辩委员4赵杰副教授北京石油化工学院机械工程答辩委员5注：一.论文类型：1.产品研发2.工程设计3.应用研究4.工程/项目管理5.调研报告6.其他二.中图分类号在《中国图书资料分类法》查询。三.学科分类号在中华人民共和国国家标准（GB/T13745-9）《学科分类与代码》中查询。四.论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。摘要水泥包装袋装车机器人研发摘要目前，在大部分中小型水泥厂中，水泥包装袋装车基本依赖于人工作业，并且在人工作业过程中很多固体粉尘被工人吸入体内，增加了尘肺病的发病机率，严重威胁到人们的健康。针对这些

6、问题，本课题设计研发了一款在机器视觉引导下进行水泥包装袋自动化装车的工业机器人，研究的主要内容包括水泥包装袋装车机器人机械系统设计、运动控制系统设计和运输车车厢识别系统。首先，在对常用码垛机器人结构调研及对比分析基础上，根据水泥袋装车需求提出了一种直角坐标式装车机器人机械本体结构。根据工作参数和运输车车厢尺寸，设计了具有四个自由度的龙门式装车机器人机械结构，采用伺服电机驱动各个运动轴，采用气缸驱动水泥包装袋手爪。对运动机构进行了动力学仿真分析，获得各运动轴所需功率，验证了机构运动的合理性；对装车机器人关键零部件进行了有限

7、元受力分析，证明所设计机械结构满足使用要求。根据装车机器人四个运动轴的特点，本文设计了基于以太网总线和CANopen总线的运动控制网络。硬件系统的核心组件采用工业级多功能运动控制器DVP10MC11T，其与伺服驱动器组成CANopen网络；采用电子齿轮方法实现了X方向两个同步轴伺服电机的同步运动；为了保证装车机器人的安全性，采用接近开关作为直线轴的极限开关。软件系统主要包括运动控制程序设计和人机界面设计，运动控制程序通过DS301协议实现了CANopen网络中多个运动轴的控制。根据成像目标及工作区域特点，进行了成像系统设

8、计，对工业相机、工业镜头和照明光源进行了选型，采用基于形状检测的方法实现了车厢识别。通过点距标定、透视标定和畸变模型标定，进行了成像系统标定，通过调整相机位置和像素坐标与机器人坐标的转换，对相机坐标系与机器人坐标系进行了标定。在龙门式测试平台进行了运动控制和车厢识别实验，验证了运动控制系统和车厢识别系统设计的合理性。