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摘要：智能搬运机器人是指以嵌入式为控制基础，由电池提供能源，具备移 动载物、自动导航、安全保护、路径规划等功能的无人搬运车。智能搬运机器的 设计与生产，集合了材料、机械、微处理器、智能算法等多个领域，涉及广泛的 科学技术应用。随着人类社会需求的发展，人力成本的上升，智能搬运机器人在 日常的生活和工作领域起到越来越重要的作用。本文主要分析智能物料搬运机器 人结构设计。关键词：物料搬运机器人；麦克纳姆轮；机械手引言随着经济的发展，科技发展越来越快。关于中国工业的现状，今后10年中 国工业情报将高速发展，智能工厂也将是不可或缺的组成部分。传统工厂也转变 为智能工厂，智能工厂将为生产企业提供智能。工厂的顶级设计、改造路径图以 及通过软件和硬件集成实现的工业智能解决方案，也将极大地帮助提供技术，包 括工业互联网的东西、工业网络安全、工业大数据、云计算平台等。随着智能制 造工厂的出现，生产模式发生了巨大变化。人工智能和机器人取代了传统工作， 这可以说是时代的必然产物，也是未来智能制造不可或缺的一部分。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。下面是用于直线跟踪和反向跟踪的机器人前后两个灰度传感 器，中间两个传感器用于记录机器人的位置。跟踪和记录机器人的位置可能导致 机器人到达路径上的任何位置。用于存储随机二维代码数据的平板电脑垂直安装 在体育场容器内部，二维代码信息设置为三个数字“ 1”、“2”和“3”的组合， 其中“ 1”为红色，“2”为绿色，“3”为蓝色。该数字组合指定了不同颜色材 质在材质包络过程中的处理顺序。机器人研制过程中，我们采用带Raspberry Pi 控制板的USB摄像头实现QR码和对象颜色的检测功能。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) :36-38.3.都德伟，周梦，刘衡，李明威，张梦还.搬运机器人控制系统设计与研究J. 科学技术创新,2019, (09):61-62.4.聂万芬，陈广华.搬运机器人控制系统设计研究J.现代信息科技，2018, 2 (08)： 189-190.5张家伟，张毅荣，李骥志.智能制造连接工厂与未来J.当代县域 经济，2019 (06)： 6-7.