智能物料搬运机器人结构设计

智能物料搬运机器人结构设计

高晓成、郭刚、闫涛

中煤陕西榆林能源化工有限公司 陕西 省榆林市 719000 　摘要：因为现代科学技术的快速发展，所以有很多的现代机器在出现，无论是在实体经济还是虚拟经济中，人们总是更依赖于科技的发明，越来越用自动化代替现代化，尤其在工业上，人工的使用不仅耗费时间，更耗费能量，所以，也为了提高生产效率，特别设立了一种智能搬运机器人，这种机器人是由单机片控制的，机器人的发力部分和承载力的作用的部分，主要在机器人的手臂，手臂中有机械结构的设计，对于其他的部分也需要设置控制系统，控制系统除了有两路的光电传感器，也需要学会对颜色进行识别，可以把货物进行分辨，把不同的货物进行不同的分类；最后要根据不同的实验证明，智能机器人存在是合理的，各方面的构造也是很科学的，智能机器人最大的用处是要会搬运货物。

关键词：智能搬运机器人；设计；实现
1、搬运机器人整体设计思路

        装卸机器人是一个集机械、电子、光学和多学科控制于一体的复杂光电机电控制系统。它包括三个部分:机械部分，控制部分和检测部分。包括步进机构机械部分、抓取机构、传感器响应模块控制部分、驱动模块、通信模块、跟踪模块传感部分、颜色识别模块、二维代码识别模块。通过模块间的配合，实现机器人自动获取信息、自主行走、材料加工等功能。

2、智能物料搬运机器人的主要零部件设计

 2.1底座

       底座是搬运小车的主要支撑部件，为提高小车运行时的平稳性，需保证底座具有足够的刚度，考虑到能效比，要求底座质量较小，故底座材料选用双层形亚克力板，设计为长方形结构有利于小车多向运动的稳定性、空间足够布置芯片、电路与机械抓手等其他零部件。

 2.2抓取机械手

        机械臂。机械臂是搬运小车的核心部位，通过机械臂的运动，小车可以在无需移动的情况下，抓取不同位置的物料。采用五轴关节型机械臂，机械臂各关节的运动均为转动副，分别由五台舵机控制，舵机之间由四个U形架连接整合。U形架为镂空设计且其材质为铝合金，在保证机械臂刚度的同时可以减轻机械臂重量，减少机械臂在运动时产生的转动惯量，使小车在移动过程中更加平稳。U形架两侧增加一个滑动副，通过调整其相对位置而改变机械臂长度，使机械臂活动更加灵活，加大工作范围。机械爪。机械爪由机械手指、传动装置、驱动装置组成，机械爪由一个舵机驱动，通过齿轮传动控制机械手指张开和闭合，机械手指与齿轮为分体式结构，通过螺栓连接固定，便于依据物料形状拆卸更换机械手指，使机械手指与物料紧密贴合，使抓取更加稳定。

2.3控制系统

(1)主控制单元采用基于Arduino和Bigfish扩展板的巴士拉主控制板构成系统的主控制单元。开发板可以收集有关各种传感器的环境信息，并使用设备来改变环境。本开发版本的优点是体积小、性能优良、供电面积大，电压可在3V至12V之间。(2)定位单元读数通过激光传感器在驾驶过程中实现，x轴使用高性能激光器，y轴使用低功率激光器。高功率激光器的范围大于2 m，低功率激光器的范围为1 m至2 m。单片机通过三轴陀螺仪读取控制盘的速度和加速度信息，然后根据反馈数据进行相应的调整，确保控制盘能够稳定地向前移动。(3)起落架运动单元采用常用直流延时电动机控制mcnamur轮左右移动，并通过调整PWM信号的按键比来调整车的移动速度。(4)颜色检测采用OPENMV相机检测具有优异性能的材料颜色，能够快速检测材料颜色信息并将其传输到主控制单元。将物件颜色与参考颜色进行比较以识别颜色的装置。如果两种颜色在给定的错误范围内相似，则返回检测结果。(5)灰色传感器检测表面光的反射度与颜色有关，不同颜色的反射度不同。不同检测面的不同电阻值通过光刻机进行比较，以获取颜色深度。在一定距离范围内，白色发光二极管被照射到检测面上，光线从反射面反射出来。光强由光刻机捕获，然后传输到控制装置。(6)选择12V至5V转换模块，最大输出电流为3A，转换效率为92%，作为电源。一个12V锂电池由两条导线输入，一条通过电压转换器模块转换为5V，另一条连接到电机驱动模块。

2.4车身设计

        机器人身体的设计是整体问题的关键。对体上不同零部件位置的合理排列可以节省空间，使机器人的尺寸控制尽可能小。该提案规定，参加比赛的机器人在参加比赛前要经过与A4纸大小相同的门框。因此，整个车辆的体积基本上不应超过A4纸的体积，机器人的高度应尽可能降低。同时，应降低重心高度，以降低机器人在旋转时倾斜的可能性。为保证机器人在运行过程中的稳定性，机器人体不应太宽，后轴直径不应过大，否则转向不灵活，周期轨迹累积误差增大，最终偏离预定轨道。机器人汽车的底板不必承受太大的力，精度要求相对较低。结合mit情境，选用丙烯酸板作为加工材料，采用激光切割技术进行切割。

2.5检测设计

        按照竞争要求，铁路地面铺有人造板或人造革，主要颜色为浅黄色或其他非红色、非绿色和非蓝色；地板上有间距300mm的黑色方格线。经度线是线宽为20 mm的单条线，纬度线宽是线宽为15 + 10(间隔)+ 15 mm的双线，可用于判断机器人行走的地面坐标位置。该机器人设计时，机箱下面安装的六个灰色传感器检测到铁轨上的黑线。
3、机器人调试

        灰度跟踪:通过捕获轨道上的黑线来判断它是否远离轨道。车厢前有七级灰度，中间检测到白线，左右检测到黑线，中间检测到车厢后部四级灰度中的两级，另外两级检测到白线，表明没有偏差。当检测到左侧或右侧的黑线时，它们会向左或向右扭曲。手推车边上有三个灰色平面，停着几条线。当数到三条单行时，手推车认为是二维代码识别，并抓住对象。

       二维代码扫描:持续扫描二维代码并查看计算机上的反馈，直到扫描完成。稍后将安装一个小型液晶屏。此时，识别出的grabbing序列显示在小液晶屏上，模块可以根据显示进行调试。该模块在测试过程中容易断裂，然后下降模块不稳定，改进后好多了。

        颜色检测模块:在模块前面显示不同颜色的小对象的设备，扫描对象的颜色，并将对象的颜色与以前学习的参考颜色进行比较，以检测颜色。如果两种颜色在特定的错误范围内匹配，则返回检测结果。爪子安装在测试中，测试是否正确取决于爪子包裹的对象是否与程序中编写的对象相匹配。再次出现的问题是以前的颜色检测距离不够，必须非常近才能检测到它。后来发生了很大的变化和改进。

       机械臂模块:机械臂是转向传动控制的连杆结构，主要调整转向传动的参数。测试情况已转移到下一阶段。每当我夹住中间的一块块时，总是提前松开爪子，导致块的位置不稳定，最后落到地面上。后来看了节目后，我发现这是程序问题。参数更改后，放置得很顺利。

结束语

       本文对物料搬运小车的机械结构进行了分析，主要包括底座、车轮、物料抓取机械手及总体布局等。物理样机可平稳实现直线运动、转向、加减速等功能，表明设计方案可行。

参考文献：

[1]范淇元，覃羡烘，黄文妹.基于模块化控制的多功能智能搬运小车的设计[J].自动化与仪表，2018，33（11）：47-51.

[2]潘光良.搬运机器人自动化系统研究[J].智能机器人,2019,（01）:36-38.