搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

馬立勇 李超逸 郭周鵬 李連輝

摘 要：文章介紹了一款利用超聲波定位跟隨人或物的智能搬運(yùn)機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)及上臺改進(jìn)。采用麥克納姆輪，使得機(jī)器人的運(yùn)行、跟人更加流暢，采用M3508電機(jī)和C620電調(diào)將功能發(fā)揮到極致，并介紹了設(shè)計(jì)分析、搬運(yùn)系統(tǒng)的實(shí)施方案和自動(dòng)跟人系統(tǒng)帶來的自主越障。

關(guān)鍵詞：麥克納姆輪;M3508電機(jī);自主越障

0 引言

搬運(yùn)機(jī)器人的共同點(diǎn)是移動(dòng)路線單一甚至是無法移動(dòng)，只能在規(guī)定路徑或者是固定在某一地點(diǎn)進(jìn)行搬運(yùn)工作[1]。這種工作模式在工作過程中的局限性很大，只能解決搬運(yùn)流程中的某一個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作，機(jī)器自身的工作性能不能得到最大化的利用[2-4]。

本款機(jī)器人是一種能夠半自主或全自主工作的智能機(jī)器，機(jī)器人具有感知、決策、執(zhí)行等基本特征，可以輔助甚至替代人類完成危險(xiǎn)、繁重、復(fù)雜的工作，提高工作效率與質(zhì)量，服務(wù)人類生活，擴(kuò)大或延伸人的活動(dòng)及能力范圍。

目前現(xiàn)有的一種場地支援用可分類搬運(yùn)的機(jī)器人，在人員進(jìn)行場地支援時(shí)，需要將物料搬運(yùn)走，但是部分物料混雜放置，在分類搬運(yùn)時(shí)較為不便，所以現(xiàn)提出一種新型的場地支援用可分類搬運(yùn)的機(jī)器人[5]。

1 底盤部分

本款機(jī)器人包括箱體，箱體的正面通過凹槽活動(dòng)連接放置抽屜，放置抽屜上表面的中部固定連接分隔板，分隔板的左側(cè)固定連接固定板，固定板的兩側(cè)均固定連接伸縮彈簧，伸縮彈簧的一端固定連接連接板，分隔板的右側(cè)固定連接固定夾。

人員可以將物品分類放置在放置抽屜內(nèi)，通過伸縮彈簧、連接板和固定夾的搭配設(shè)置，繼而可以將物品固定，從而避免人員在移動(dòng)該裝置時(shí)物品來回碰撞，使物品避免受到損傷，通過限位環(huán)的設(shè)置，便于人員放置放置盤，從而增加了物品的放置面積，且便于人員放置，提高了該裝置的實(shí)用性。

機(jī)器人內(nèi)部主要分為驅(qū)動(dòng)部分、超聲波模塊，分別放置于小車四周，承載部分放置于下底盤之上，如圖1所示。

2 驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)

輪子選用麥特納姆輪，麥特納姆輪由輪轂和輥?zhàn)咏M成。麥克納姆輪結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)靈活，是一款很實(shí)用的全方位輪，通過4個(gè)同樣的輪子進(jìn)行組合，可以更靈活方便地實(shí)現(xiàn)全方位移動(dòng)功能。并且麥克納姆輪負(fù)載能力極強(qiáng)，即使在狹小的空間內(nèi)也可以進(jìn)行靈活的移動(dòng)。

電機(jī)與電調(diào)分別選用M3508和C620。M3508減速電機(jī)由電機(jī)與減速器完美集成，配備擁有FOC控制技術(shù)的C620電調(diào)，能將功能發(fā)揮到極致。電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，而電調(diào)則根據(jù)控制信號調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，兩者構(gòu)成了動(dòng)力系統(tǒng)，可對小車進(jìn)行完美控制，且M3508動(dòng)力系統(tǒng)最大功率高達(dá)220 W，最大扭矩5 N·m;最大持續(xù)功率150 W，持續(xù)扭矩? ? ? ? ? 2.8 N·m，有感FOC控制不論轉(zhuǎn)速高低都能提供穩(wěn)定的扭矩，讓機(jī)器人在快速響應(yīng)的同時(shí)保持平穩(wěn)的動(dòng)力。同時(shí)電機(jī)體積較小 動(dòng)力系統(tǒng)支持PWM信號輸入控制和CAN總線指令控制。據(jù)測試M3508電機(jī)功率220 W的概念，4個(gè)四驅(qū)的機(jī)器人能夠拉動(dòng)一輛五菱宏光面包車。而此電機(jī)體積較小，實(shí)現(xiàn)了空間的高利用率，給予了機(jī)器人足夠的布線空間。

3 搬運(yùn)實(shí)施方式設(shè)計(jì)

根據(jù)圖2場地支援機(jī)器人提供一種技術(shù)方案：一種場地支援用可分類搬運(yùn)的機(jī)器人，包括箱體1，箱體1外表面的左側(cè)固定連接固定把手12，箱體1底部的四角處均固定連接活動(dòng)輪13，活動(dòng)輪13的內(nèi)部設(shè)置剎車片，箱體1上表面的四角處均固定連接有連接環(huán)8，連接環(huán)8的頂部固定連接固定柱9，固定柱9的表面固定連接限位環(huán)10，限位環(huán)10的頂部活動(dòng)連接放置盤11，放置盤11上表面的中部開設(shè)有放置槽，箱體1的正面通過凹槽活動(dòng)連接放置抽屜2。

通過放置抽屜2、伸縮彈簧5、連接板6、固定夾7、限位環(huán)10和放置盤11的搭配設(shè)置，使得人員在使用時(shí)，可以將物品分類放置在放置抽屜2內(nèi)，通過伸縮彈簧5、連接板6和固定夾7的搭配設(shè)置，繼而可以將物品固定，從而避免人員在移動(dòng)該裝置時(shí)物品來回碰撞，避免物品受到損傷，通過限位環(huán)10的設(shè)置，便于人員放置托盤11，從而增加了物品的放置面積，且便于人員放置，從而提高了該裝置的實(shí)用性。

放置抽屜2的表面固定連接拇指把手14，放置抽屜2上表面的中部固定連接分隔板3，分隔板3的左側(cè)固定連接固定板4，固定板4的兩側(cè)均固定連接伸縮彈簧5，伸縮彈簧5的一端固定連接連接板6，連接板的表面設(shè)置有橡膠墊，分隔板3的右側(cè)固定連接固定夾7。

根據(jù)上述方案所述，在機(jī)器人的工作過程中，人員通過將所需物品放入抽屜，再通過伸縮彈簧、連接板和固定夾將物品固定在抽屜中，可避免該設(shè)備在行進(jìn)過程中由于碰撞而導(dǎo)致的物品及設(shè)備內(nèi)部的損傷，采用限位環(huán)裝置更易于將托盤放置到固定柱上，從而使物品的放置面積得到了有效擴(kuò)大，也更利于人員放置物品，大大提高了搬運(yùn)效率和設(shè)備的實(shí)用性。

4 結(jié)語

本文詳細(xì)設(shè)計(jì)了新型搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，該搬運(yùn)機(jī)器人能夠分類存儲不同物品，具有一次性搬運(yùn)多種物品的功能，在實(shí)際應(yīng)用中可完成危險(xiǎn)、繁重、復(fù)雜的工作，極大地提高了工作效率，延伸了工作范圍，能夠在危險(xiǎn)物品探測運(yùn)輸、冬奧會(huì)賽場物品運(yùn)輸?shù)刃枨笾械靡赃\(yùn)用。

[參考文獻(xiàn)]

[1]郝陽. 關(guān)節(jié)式履帶移動(dòng)機(jī)器人自主越障行為控制[D].北京：北京理工大學(xué)，2015.

[2]朱佑滔，何志琴，施文燁.基于視覺的智能搬運(yùn)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺[J].電子世界，2020（16）：49-52.

[3]周航，朱翰宸，李園園，等.基于麥克納姆輪的擺式懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J].電子制作，2020（9）：65-66，59.

[4]蔡磊，周亭亭，郭云鵬，等.基于超聲波定位的智能跟隨小車[J].電子測量技術(shù)，2013（11）：76-79.

（編輯 王雪芬）