智能物料搬運機器人結構設計

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1、智能物料搬運機器人結構設計 摘要：智能搬運機器人是指以嵌入式為控制基礎，由電池提供能源，具備移 動載物、自動導航、安全保護、路徑規(guī)劃等功能的無人搬運車。智能搬運機器的 設計與生產，集合了材料、機械、微處理器、智能算法等多個領域，涉及廣泛的 科學技術應用。隨著人類社會需求的發(fā)展，人力成本的上升，智能搬運機器人在 日常的生活和工作領域起到越來越重要的作用。本文主要分析智能物料搬運機器 人結構設計。 關鍵詞：物料搬運機器人；麥克納姆輪；機械手 引言 隨著經濟的發(fā)展，科技發(fā)展越來越快。關于中國工業(yè)的現(xiàn)狀，今后10年中 國工業(yè)情報將高速發(fā)展，智能工廠也將是不可或缺的組成部分。傳統(tǒng)工廠也轉變 為智

2、能工廠，智能工廠將為生產企業(yè)提供智能。工廠的頂級設計、改造路徑圖以 及通過軟件和硬件集成實現(xiàn)的工業(yè)智能解決方案，也將極大地幫助提供技術，包 括工業(yè)互聯(lián)網的東西、工業(yè)網絡安全、工業(yè)大數(shù)據(jù)、云計算平臺等。隨著智能制 造工廠的出現(xiàn)，生產模式發(fā)生了巨大變化。人工智能和機器人取代了傳統(tǒng)工作， 這可以說是時代的必然產物，也是未來智能制造不可或缺的一部分。 1、 搬運機器人整體設計思路 裝卸機器人是一個集機械、電子、光學和多學科控制于一體的復雜光電機電 控制系統(tǒng)。它包括三個部分:機械部分，控制部分和檢測部分。包括步進機構機 械部分、抓取機構、傳感器響應模塊控制部分、驅動模塊、通信模塊、跟蹤模塊 傳感部分

3、、顏色識別模塊、二維代碼識別模塊。通過模塊間的配合，實現(xiàn)機器人 自動獲取信息、自主行走、材料加工等功能。 2、 智能物料搬運機器人的主要零部件設計 2.1底座 底座是搬運小車的主要支撐部件，為提高小車運行時的平穩(wěn)性，需保證底座 具有足夠的剛度，考慮到能效比，要求底座質量較小，故底座材料選用雙層形亞 克力板，設計為長方形結構有利于小車多向運動的穩(wěn)定性、空間足夠布置芯片、 電路與機械抓手等其他零部件。 2.2抓取機械手 機械臂。機械臂是搬運小車的核心部位，通過機械臂的運動，小車可以在無 需移動的情況下，抓取不同位置的物料。采用五軸關節(jié)型機械臂，機械臂各關節(jié) 的運動均為轉動副，分別由五臺舵

4、機控制，舵機之間由四個U形架連接整合。U 形架為鏤空設計且其材質為鋁合金，在保證機械臂剛度的同時可以減輕機械臂重 量，減少機械臂在運動時產生的轉動慣量，使小車在移動過程中更加平穩(wěn)。U形 架兩側增加一個滑動副，通過調整其相對位置而改變機械臂長度，使機械臂活動 更加靈活，加大工作范圍。機械爪。機械爪由機械手指、傳動裝置、驅動裝置組 成，機械爪由一個舵機驅動，通過齒輪傳動控制機械手指張開和閉合，機械手指 與齒輪為分體式結構，通過螺栓連接固定，便于依據(jù)物料形狀拆卸更換機械手指， 使機械手指與物料緊密貼合，使抓取更加穩(wěn)定。 2.3控制系統(tǒng) （1）主控制單元采用基于Arduino和Bigfish擴展板

5、的巴士拉主控制板構成 系統(tǒng)的主控制單元。開發(fā)板可以收集有關各種傳感器的環(huán)境信息，并使用設備來 改變環(huán)境。本開發(fā)版本的優(yōu)點是體積小、性能優(yōu)良、供電面積大，電壓可在3V 至12V之間。（2）定位單元讀數(shù)通過激光傳感器在駕駛過程中實現(xiàn)，x軸使用高性 能激光器，y軸使用低功率激光器。高功率激光器的范圍大于2 m，低功率激光 器的范圍為1 m至2 m。單片機通過三軸陀螺儀讀取控制盤的速度和加速度信息， 然后根據(jù)反饋數(shù)據(jù)進行相應的調整，確?？刂票P能夠穩(wěn)定地向前移動。（3）起落 架運動單元采用常用直流延時電動機控制mcnamur輪左右移動，并通過調整PWM 信號的按鍵比來調整車的移動速度。（4）顏色檢測采用

6、OPENMV相機檢測具有優(yōu)異 性能的材料顏色，能夠快速檢測材料顏色信息并將其傳輸?shù)街骺刂茊卧⑽锛?顏色與參考顏色進行比較以識別顏色的裝置。如果兩種顏色在給定的錯誤范圍內 相似，則返回檢測結果。（5）灰色傳感器檢測表面光的反射度與顏色有關，不同 顏色的反射度不同。不同檢測面的不同電阻值通過光刻機進行比較，以獲取顏色 深度。在一定距離范圍內，白色發(fā)光二極管被照射到檢測面上，光線從反射面反 射出來。光強由光刻機捕獲，然后傳輸?shù)娇刂蒲b置。（6）選擇12V至5V轉換模塊， 最大輸出電流為3A，轉換效率為92%，作為電源。一個12V鋰電池由兩條導線輸 入，一條通過電壓轉換器模塊轉換為5V，另一條連接到

7、電機驅動模塊。 2.4車身設計 機器人身體的設計是整體問題的關鍵。對體上不同零部件位置的合理排列可 以節(jié)省空間，使機器人的尺寸控制盡可能小。該提案規(guī)定，參加比賽的機器人在 參加比賽前要經過與A4紙大小相同的門框。因此，整個車輛的體積基本上不應 超過A4紙的體積，機器人的高度應盡可能降低。同時，應降低重心高度，以降 低機器人在旋轉時傾斜的可能性。為保證機器人在運行過程中的穩(wěn)定性，機器人 體不應太寬，后軸直徑不應過大，否則轉向不靈活，周期軌跡累積誤差增大，最 終偏離預定軌道。機器人汽車的底板不必承受太大的力，精度要求相對較低。結 合mit情境，選用丙烯酸板作為加工材料，采用激光切割技術進行切割

8、。 2.5檢測設計 按照競爭要求，鐵路地面鋪有人造板或人造革，主要顏色為淺黃色或其他非 紅色、非綠色和非藍色；地板上有間距300mm的黑色方格線。經度線是線寬為20 mm的單條線，緯度線寬是線寬為15 + 10（間隔）+ 15 mm的雙線，可用于判斷機 器人行走的地面坐標位置。該機器人設計時，機箱下面安裝的六個灰色傳感器檢 測到鐵軌上的黑線。下面是用于直線跟蹤和反向跟蹤的機器人前后兩個灰度傳感 器，中間兩個傳感器用于記錄機器人的位置。跟蹤和記錄機器人的位置可能導致 機器人到達路徑上的任何位置。用于存儲隨機二維代碼數(shù)據(jù)的平板電腦垂直安裝 在體育場容器內部，二維代碼信息設置為三個數(shù)字“ 1”、

9、“2”和“3”的組合， 其中“ 1”為紅色，“2”為綠色，“3”為藍色。該數(shù)字組合指定了不同顏色材 質在材質包絡過程中的處理順序。機器人研制過程中，我們采用帶Raspberry Pi 控制板的USB攝像頭實現(xiàn)QR碼和對象顏色的檢測功能。 3、機器人調試 灰度跟蹤:通過捕獲軌道上的黑線來判斷它是否遠離軌道。車廂前有七級灰 度，中間檢測到白線，左右檢測到黑線，中間檢測到車廂后部四級灰度中的兩級， 另外兩級檢測到白線，表明沒有偏差。當檢測到左側或右側的黑線時，它們會向 左或向右扭曲。手推車邊上有三個灰色平面，停著幾條線。當數(shù)到三條單行時， 手推車認為是二維代碼識別，并抓住對象。 二維代碼掃描:

10、持續(xù)掃描二維代碼并查看計算機上的反饋，直到掃描完成。 稍后將安裝一個小型液晶屏。此時，識別出的grabbing序列顯示在小液晶屏上， 模塊可以根據(jù)顯示進行調試。該模塊在測試過程中容易斷裂，然后下降模塊不穩(wěn) 定，改進后好多了。 顏色檢測模塊：在模塊前面顯示不同顏色的小對象的設備，掃描對象的顏色， 并將對象的顏色與以前學習的參考顏色進行比較，以檢測顏色。如果兩種顏色在 特定的錯誤范圍內匹配，則返回檢測結果。爪子安裝在測試中，測試是否正確取 決于爪子包裹的對象是否與程序中編寫的對象相匹配。再次出現(xiàn)的問題是以前的 顏色檢測距離不夠，必須非常近才能檢測到它。后來發(fā)生了很大的變化和改進。 機械臂模塊：

11、機械臂是轉向傳動控制的連桿結構，主要調整轉向傳動的參數(shù)。 測試情況已轉移到下一階段。每當我夾住中間的一塊塊時，總是提前松開爪子， 導致塊的位置不穩(wěn)定，最后落到地面上。后來看了節(jié)目后，我發(fā)現(xiàn)這是程序問題。 參數(shù)更改后，放置得很順利。 結束語 本文對物料搬運小車的機械結構進行了分析，主要包括底座、車輪、物料抓 取機械手及總體布局等。物理樣機可平穩(wěn)實現(xiàn)直線運動、轉向、加減速等功能， 表明設計方案可行。 參考文獻： 1. 范淇元，覃羨烘，黃文妹.基于模塊化控制的多功能智能搬運小車的設計[J]. 自動化與儀表，2018，33（11）： 47-51. 2. 潘光良.搬運機器人自動化系統(tǒng)研究[J].智能機器人,2019, (01) :36-38. 3. 都德偉，周夢，劉衡，李明威，張夢還.搬運機器人控制系統(tǒng)設計與研究[J]. 科學技術創(chuàng)新,2019, (09):61-62. 4. 聶萬芬，陳廣華.搬運機器人控制系統(tǒng)設計研究[J].現(xiàn)代信息科技，2018, 2 (08)： 189-190. [5]張家偉，張毅榮，李驥志.智能制造連接工廠與未來[J].當代縣域 經濟，2019 (06)： 6-7.