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第1篇: 机器人技术论文
《测量机器人应用与进展》
摘要：本文首先概括了测量机器人的发展历史和特点，结合实际工程实践，对测量机器人实际应用进行了较深入详细的论述，最后测量机器人的发展方向进行了展望。
关键字：测量机器人;发展现状;发展趋势
1引言
随着我国各项建设的快速发展，各种大型工程项目的建设和大型工程建筑物越来越多,因此，对大型工程建筑物进行变形和稳定性监测就愈加重要，有关变形监测的方法随着新仪器、新技术的出现而不断发展。测量机器人(Measurementrobot，或称测地机器人，Georobot)就是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪，它可以连续跟踪目标测量，或按照已经设定的程序自动重复测量多个目标可以实现测量的全自动化、智能化。尤其在小尺度局部坐标测量当中，测量精度高、灵活机动、快速便捷、无接触等方面，有着其它测量技术不可比拟的优势。本文概要介绍测量机器人发展和应用。
2测量机器人发展
测量机器人是在电子经纬仪和红外测距仪的基础上发展而来的，其研究与发展大致可以分为三个阶段：
20世纪70年代中期到80年代中期，电子经纬仪和红外测距仪已走向成熟，并得到迅速推广和应用，但存在生产成本高、劳动强度大、非自动化等缺点。为提高生产效率，一些研究机构和厂家进行了大量的研究和实验，1983年，H.Kahmen教授领导的课题组成功研制出由视觉经纬仪改制而成的组合式测量机器人，用于煤矿的边坡监测，可同时自动检测几百个变形目标点，但其集成度不高，精度较低。
20世纪80年代中期到90年代中期是测量机器人的逐步发展期，Leica公司推出了多种系列测量机器人，它除集成了电子经纬仪、步进马达、红外测距仪、CCD传感器、微处理器和存储器以外，最主要的是采用了自动目标识别技术，实现了普通棱镜的长距离的自动识别与精确照准，使测量机器人迅速从室内的工业测量走向了野外工程测量。
20世纪90年代以来则是测量机器人全面应用与发展的年代。测量机器人配套了测量软件系统，并可提供全面的二次开发工具和方法，基于测量机器人的各种应用与开发在世界范围内得到了迅速的发展和推广。
3测量机器人的特点
测量机器人具有无人值守，全自动(定时或连续)长期监测，监测精度高，时处理，可靠性高等特点。测量机器人主要计算机与全站仪的通讯模块、学习测量模块、自动测量模块和成果输出模块等几部分构成。计算机与全站仪的通讯模块是实现测量自动化的一个最基本的功能模块，它的主要功能是解决计算机与全站仪之间的双向数据通讯，人工操作计算机来向仪器发出指令，仪器执行相应的操作后返回给计算机一些相应的信息，从而来完成整个通讯过程。学习测量模块使测量机器人根据已有的数据，使其具有记忆的功能，将测量原始数据存储，并在以后的自动测量中调用数据来进行自动化的重复观测，得到不同时刻观测点的三维坐标信息，该模块为以后的自动测量模块提供了基础数据。自动测量模块功能主要是根据用户的设定，根据学习测量的数据，定时对特定点位进行自动观测，自动存储测量成果，包括原始数据和经过差分改正后的数据，从而得到不同变形点位的变形数据，经过多期观测值的累积同首期观测值之间的比较差值就可以得到不同点在不同周期下的变形趋势。成果输出模块可以提供变形量报表、不同周期的变形量趋势图等资料，使得变形成果资料更加生动和能够满足不同用户的需求。
4测量机器人的应用
利用测量机器人自动跟踪目标、时时测量的特点，在测绘工程和工业测量中等均有重要应用。
边坡(包括自然边坡和人工边坡)因受地质产状、岩性、地质构造、水、人工扰动和地震等因素的综合影响，造成边坡失稳，从而产生滑坡、崩坍、变形失稳、泥石流、塌陷等地质灾害，这些地质灾害是目前安全生产的最大隐患，目前广东、四川等一些雨水较多的省份已经利用测量机器人成功对边坡进行有效和精确的变形监测。
在道路路基施工和路面施工中，利用测量机器人时时跟踪测量的优势，可以随时得到施工点的平面位置和施工标高，而知道该点的设计标高，就可以得到该点处的填挖高度，从而使道路施工的动态控制成为可能。大大提高施工效率和精度，减轻测�咳嗽钡睦投慷龋�实现了道路测量与施工的自动化、一体化、程序化。
测量机器人己经成为大跨度桥梁施工过程中进行施工监测和控制的主要工具。在大跨度桥梁结构施工过程中，由于桥梁结构的空间位置随施工进展不断发生变化，要经历一个漫长和多次的体系转换过程，若同时考虑到施工过程中结构自重、施工荷载以及混凝土材料的收缩、徐变、材质特性的不稳定性和周围环境温度变换等因素的影响，使得施工过程中桥梁结构各个施工阶段的变形不断发生变化，这些因素均将在不同程度上影响成桥目标的实现，并可能导致桥梁合拢困难、成桥线形与设计要求不符等问题。所以在其施工阶段就需要对桥梁施工过程进行监控，除保证施工质量和安全外，同时也为桥梁的长期健康监测与运营阶段的维护管理留下宝贵的参数资料。
在地铁隧道变形监测中，通过自动化测量机器人监测设备系统，把在外力作用下地铁隧道变化数据传送至控制器或仪器内，通过处理软件，计算断面收敛量，再通过互联网及远程通讯系统，使有关各方随时掌握地铁隧道收敛情况和规律，可有效保障地铁的安全运行。
跨断层连续变形监测，断层形变与地震的孕育过程直接相管，用本系统作跨断层高精度测距和变形监测可望作为短临地震预报的一种新的研究和预报手段，为防震减灾作出贡献。测量机器人的多目标、高精度、、全自动、实时数据处理、自动报警等全部优异性能,在这里可以得到充分的发挥，再与其他短临预报手段配合，有可能取得积极成果。
测量机器人系统也可广泛应用于航空、航天、汽车、造船等部门的工业测量和变形观测。如在容量计量领域，可用于船舶液舱或其它大容量量器的内部三维坐标点的自动测量与数据处理。
5、国内测量机器人应用现状
我国国内测量机器人的引进方面与国际几乎同步，但由于经济和缺乏前期研究等方面的原因，其工程应用略落后于国外，随着国内经济的飞速发展以及大规模工程建设的需要，国内购买测量机器人的单位日益增多，但其应用状况和使用效果有待改善。主要表现在以下两个方面：
1、测量机器人国外配套软件价格较高，且不符合中国国家规范或行业作业标准，很多单位仅购买测量机器人，没有购买相应软件，测量机器人不能发挥最大优势。因此研究开发符合中国国情的测量机器人通用系列化自主软件是目前国内的迫切需要，有较广阔的应用前景和发展空间。
2、虽然测量机器人工程应用日益广泛，应用领域也在不断扩展，但由于测量机器人的出现时间较短，我国现行的国家规范或行业标准中相关测量机器人应用的参照条款较少或比较落后。因此对测量机器人自动化测量的作业方法、流程、质量控制、成果管理、精度分析等方面要进行系统性的研究，并得出有益的结论，设立规范或标准，对工程生产有重要的指导意义。
6、测量机器人发展趋势
测量机器人自进入全面应用与发展期以来，其应用研究已比较深入和成熟，但各科研机构和厂家对测量机器人的基础研究并没有停止，生产厂家对测量机器人产品也在不断进行革新和改进。展望21世纪，测量机器人将在以下方面得到显著发展。
测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展，其应用范围将进一步扩大，影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强。未来的测量机器人不需要合作目标，将可根据物体的特征点、纹理、轮廓线，用影像处理的方法进行自动识别、匹配和照准目标，采用空间前方交汇的原理获取物体的三维坐标及形状。测量机器人将与GPS、GIS技术集成，成为快速获取被测物体信息的重要仪器。多传感器集成系统及混合测量系统的应用范围将进一步扩大，可望在大区域范围内进行无控制网的各种测量工作。
7结束语
测量机器人技术是近年来发展起来的自动化测量技术,在各种工程监测、地震、地灾等方面具有高效、快速、省时省力等诸多优势,是测绘行业发展的一个热点方向。再加之具有完备的数据处理软件功能,经实践证明,测量机器人的发展和应用前景是非常广阔的。
参考文献：
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[3]张正禄.工程测量学的研究发展方向.2003(6).
第2篇: 机器人技术论文
摘 要：在光电技术迅猛发展的背景下，出现了用机器替代人眼发挥识别功能的技术，也就是机器视觉技术。这样的先进技术手段具备高度自动化、精准化以及便捷安全的突出优势，也因此促进了这一技术在诸多领域中的实践应用。本文首先对机器视觉技术及其发展情况进行简要概述，之后着重对机器视觉技术的主要应用领域与应用方法进行说明，以期为机器视觉技术的大范围普及推广创造良好条件。
关键词：机器视觉技术;发展;应用
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.130
1 机器视觉技术发展概述
视觉是人获知外界事物多元信息的一个重要渠道，会将获得的信息传入大脑，由大脑结合人类知识经验处理分析信息，完成信息的识别。机器视觉顾名思义是用机器模拟人类视觉，从图像或者图像序，识别检测实际生活中三维物体的形态及其运动情况。和人类视觉相比，机器视觉具备很多优势，比方说机器视觉不会出现视觉疲劳，同时机器视觉技术功能比人类视觉的速度和精准度更高;机器视觉技术可以在诸多检测技术如紫外线、超声波等的支持之下检测到人类视觉但没有办法检测得到的事物。
2 机器视觉技术的主要应用领域分析
2.1 机器视觉技术在制造业的应用
機器视觉技术在制造业中有以下几个主要应用领域：第一，精密测量。在制造业的生产活动当中，对零件进行精密测量是必不可少的一个工作环节。机器视觉监测体系基本是由摄像头、计算机处理和光学系统几部分构成的。先是用光源发射平行光束照在零件被检测部位上，被检部位轮廓用纤维光学镜成像，由计算机进行图像处理，获得被测部位轮廓位置信息。在被测零件出现位移以后，机器视觉系统两次测量边缘轮廓位置，位移是两次测量结果的差值。假如是在同一图像当中的两条平行边缘轮廓的话，轮廓差值是位置差值。第二，产品特征检测。机器视觉技术可利用产品特征检测在批量生产模式当中精准高效检测产品质量。其一是从产品空间特征着手进行检测，也就是检测产品尺寸与形状是否能够达到合格标准;其二是检测产品表面特点，也就是通过检测产品表面划痕、裂纹、磨损、粗糙度、纹理等划分产品质量;其三是检测产品结构特点，检验产品是否缺少零件或掺有多余杂质。第三，机器人研究。机器视觉技术应用于机器人的制造和研究，能够给机器人建立视觉系统，提升其智能化与自动化水平。
2.2 机器视觉技术在农业中的应用
农业现代化水平在不断提高，呼吁大量先进科技在农业领域的应用，而机器视觉技术就是农业改革发展中不可或缺的技术力量。机器视觉技术在农业中的应用主要体现在：第一，应用于土壤检测，给农作物种植提供根据。机器视觉技术可以对目标物的图像信息进行有效的分析判断，提升机器处理速度与效率。收集农产品的信息常常利用CCD照相机或摄像机，同时和红外光谱或高光谱信息进行整合完成信息收集，给信息处理工作打下基础。通过把计算机视觉技术和近红外光谱结合起来，能够迅速检测出土壤的含水率，检测不同地点土壤成分，更好的选择要种植的农作物种类。第二，应用于农作物生长参数的获取。机器视觉技术在图像处理和算法识别方面有着很强的精准度，通过选取恰当算法的方式可以给精准获得自然环境之下农作物的多方面生产参数提供重要参考。第三，可以提高农业机器人的智能化水平，使其顺利完成农产品采摘、分类、包装、管理等活动。
2.3 机器视觉技术在汽车业的应用
汽车行业是如今发展速度很快的一个行业，也是计算机视觉技术应用的一个主要领域，现如今已经逐步和汽车生产制造的多个环节结合起来，给汽车智能化发展提供了巨大助力。就拿检测汽车零部件尺寸与外观质量来说，过去检测方法耗费过多的人力物力，而结果的精准度和产品的合格率也得不到保障，但是在有了机器视觉技术发挥检测作用，显著提升了检测效率和精确程度。机器视觉技术在汽车业的应用主要体现在：第一，应用于3D四轮定位。机器视觉技术在汽车3D四轮定位仪的开发和产品研发当中有着显著应用价值，是其中的关键技术，而且设计精度水平很高。第二，应用于汽车整车与零部件自动检测。比如，运用带有双光源光路的机器视觉系统得到活塞表面图像信息，并选取恰当软件平台处理数字图像信息，能够一次性检测汽车所有活塞重点项目;以机器视觉技术为核心的汽车门锁自动检测系统可以提升门锁检测效率与精度，保证经济价值;通过对以机器视觉技术为基础的汽车连杆裂解槽检测法的应用，消除人工检测的误判和漏检问题。第三，应用于汽车产品装配加工。机械产品装配、新能源电池模块焊装等都能够对机器视觉技术进行应用。第四，应用于汽车智能驾驶。现如今汽车智能驾驶的研究在不断深入，而机器视觉技术是智能驾驶真正得以落实的核心技术，为车辆的智能驾驶提供强有力的信息支撑。
3 机器视觉技术未来发展趋势
在未来机器视觉技术会进一步扩大优势功能，弥补当前技术发展和应用当中的不足，接下来从以下几个角度着手分析其未来发展趋势：第一，统一开放标准是其发展的动力所在。在未来基于机器视觉技术的产品应逐渐依照国际统一标准来进行衡量判断，而在我国自动化开放程度逐步提升的背景下会促进机器视觉技术走开放性发展道路，逐步和国际接轨，推动机器视觉整个行业的长足进步。第二，嵌入式产品会逐步替代板卡式产品。未来机器视觉会逐步趋于依靠PC技术，而且和数据采集等控制与测量的集成会更加紧密。由嵌入式产品替代板卡式产品正在持续增长，而彻底替代是必然趋势。其重要原因是在计算机与微电子技术手段的迅猛进步之下，嵌入式系统将会更大范围的推广应用，特别是在低功耗技术优势的发挥之下将会得到人们的关注。除此以外，嵌入式操作系统主要运用的是高级语言，其优势是能够提升工作效率、可靠性和可维护性。第三，标准一体化解决方案是其必然发展路径。机器视觉技术在未来发展当中会更大范围运用标准化技术，尤其是为满足自动化企业需求探寻软硬一体化解决方案，推动机器视觉技术高端化发展与应用。
第3篇: 机器人技术论文
摘要：针对隧道巡检机器人巡检过程中环境密闭、强磁干扰、长距离传输、信号延迟、通信不稳定等问题设计了隧道巡检机器人通信系统，分别从网络通信及内部通信两方面设计了基于Labview的软件控制的网桥通信、以太网络通信与串口通信结合的隧道巡检机器人通信系统。有效解决了隧道巡检环境干扰问题，使通信更加快速，信号更加稳定，保障了隧道巡检机器人巡检过程信息交互的稳定与可靠。
关键词：隧道巡检机器人;通信系统;网络通信
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）04-0000-00
0引言
随着经济的发展，电缆发生故障引发的事故的几率也在相应地增加，为了保障电力电缆在地下隧道内的稳定安全运行，隧道巡检机器人孕育而生[2]。隧道巡检机器人具有可长时间不间断工作，保证了巡检过程中的实时可靠性，复杂环境中适用性等。隧道巡检机器人在进行巡检时需要与外界搭建可靠的通信，由于隧道区域空间狭小，存在拐角和岔口，加上内部有大量的电力电缆，构成了一种闭域空间环境，这些都将给隧道巡检机器人的通信带来严重困难，因此有必要对隧道巡检机器人的通信系统进行设计[1]。
1通信系统整体设计
通信系统分为网络通信和内部通信，其中网络通信为了避免因直角弯产生的信号延迟等问题，主要由两个部分组成分别为有线、无线传输[3]。有线传输部分与信号中继相连接，被放入井下的隧道巡检机器人携带中继模块。其中中继模块通过网桥无线发射和接受相应指令;内部通信即本体携带的控制单元与驱动器、传感器等装置的信号通信。
由于隧道巡检系统的硬件结构可分为三层：上层-上位机、中层-微控制器、下层-用于执行的驱动单元和用于反馈的采集单元。因此隧道巡检机器人的通信系统流程图如图1所示，上层上位机与中层微控制器通过网络通信完成指令的传输及相应处理;中层微控制器与下层单元选用串口通信方式完成信息交互[4]。
2网络通信设计
通信系统中运用网络通信传输者着上层上位机和中层微控制器之间的指令，同时负责与机器人所携带的摄像头之间的画面反馈工作。因为隧道空间密闭同时存在强磁干扰，所以需要传输距离较长并且稳定的信号传输，为稳定完成通信任务，实现较长距离信号传输，为实现对机器人动作位置调整和实时监控等功能，设计了以网桥为中继的网络通信模式[6]。
网桥可以在较长的距离上正常工作，其主要在数据链路层工作，连接LAN的方法是不同的MAC地址發送帧[5]。由于考虑到在网络通信的过程中会有障碍物出现的可能，为降低对信号的影响将中继单元（网桥）放置在隧道内，与上位机的连接由于不需要移动所以选用了有线传输更加稳定。传输网桥有2.4G和5.8G两种型号传输方式，由于5.8G传输距离长、传输速率块、传输稳定等优势选用5.8G网桥进行信号传输。
上位机和微控制器及上位机和摄像头之间为单独通信，因为与上位机间的通信都需要通过双绞线形式进行连接并且在于机器人内部，并且稳定性能要求高，所以选择国电龙源电气路由器搭建网络，即能接入控制器进行指令传输，也能连接摄像头增加控制灵活性。具体参数如表1所示。
3串口通信设计
中层的微控制器与下层的电机及三个驱动器之间的信号通信采用的是串口通信模式，因为RS232应用简便、成本较低、通信质量稳定、应用领域广泛等特点所以设计选用了RS232串口协议通信方式。
RS232串行接口主要用于完成中层微控制器与下层部分模块之间的通信，选用的中层的微控制器与下层的驱动器上均有可以用于进行RS232通信的DB9串行接口。组网时应在发送线与地线之间连接一个10kΩ的电阻，为保障工作电路和驱动器的安全。通过对三个驱动器的组网方法就可以实现机器人各个电机之间的联动控制，实现灵活操作控制。
4结论
本文完成了基于Labview的软件控制的5.8GHz的外部网桥通信、以太网络通讯与RS232串口通信结合的隧道巡检机器人巡检系统的通信系统设计。此通信系统可以保证网络传输的快速可靠，有效降低隧道内的强磁干扰。
参考文献
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