搬運機器人的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計

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機器人的機械設(shè)計及上臺改進。采用麥克納姆輪，使得機器人的運行、跟人更加流暢，采用M3508電機和C620電調(diào)將功能發(fā)揮到極致，并介紹了設(shè)計分析、搬運系統(tǒng)的實施方案和自動跟人系統(tǒng)帶來的自主越障。

關(guān)鍵詞：麥克納姆輪;M3508電機;自主越障

0 引言

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

本款機器人是一種能夠半自主或全自主工作的智能機器，機器人具有感知、決策、執(zhí)行等基本特征，可以輔助甚至替代人類完成危險、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，擴大或延伸人的活動及能力范圍。

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

1 底盤部分

本款機器人包括箱體，箱體的正面通過凹槽活動連接放置抽屜，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該裝置時物品來回碰撞，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，提高了該裝置的實用性。

機器人內(nèi)部主要分為驅(qū)動部分、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)動部分設(shè)計

輪子選用麥特納姆輪，麥特納姆輪由輪轂和輥子組成。麥克納姆輪結(jié)構(gòu)緊湊，運動靈活，是一款很實用的全方位輪，通過4個同樣的輪子進行組合，可以更靈活方便地實現(xiàn)全方位移動功能。并且麥克納姆輪負載能力極強，即使在狹小的空間內(nèi)也可以進行靈活的移動。

電機與電調(diào)分別選用M3508和C620。M3508減速電機由電機與減速器完美集成，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。電機將電能轉(zhuǎn)化為動能，而電調(diào)則根據(jù)控制信號調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，兩者構(gòu)成了動力系統(tǒng)，可對小車進行完美控制，且M3508動力系統(tǒng)最大功率高達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，讓機器人在快速響應(yīng)的同時保持平穩(wěn)的動力。同時電機體積較小 動力系統(tǒng)支持PWM信號輸入控制和CAN總線指令控制。據(jù)測試M3508電機功率220 W的概念，4個四驅(qū)的機器人能夠拉動一輛五菱宏光面包車。而此電機體積較小，實現(xiàn)了空間的高利用率，給予了機器人足夠的布線空間。

3 搬運實施方式設(shè)計

根據(jù)圖2場地支援機器人提供一種技術(shù)方案：一種場地支援用可分類搬運的機器人，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輪13，活動輪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，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該裝置時物品來回碰撞，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大，也更利于人員放置物品，大大提高了搬運效率和設(shè)備的實用性。

4 結(jié)語

本文詳細設(shè)計了新型搬運機器人的結(jié)構(gòu)，該搬運機器人能夠分類存儲不同物品，具有一次性搬運多種物品的功能，在實際應(yīng)用中可完成危險、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，能夠在危險物品探測運輸、冬奧會賽場物品運輸?shù)刃枨笾械靡赃\用。

[參考文獻]

[1]郝陽. 關(guān)節(jié)式履帶移動機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機器人實驗平臺[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)計及其運動學(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）