一种智能物料搬运小车的设计.docx

一种智能物料搬运小车的设计董德武陈鑫蒲智勇杨一帆郑琎辉关键词：智能识别;自主行走;自主寻找1引言随着社会经济与科技的不断发展与进步，物流是各个行业不可或缺的过程，目前人工搬运物流已不能满足市场需求。如今世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计，希望能够研发出一款可以完全替代人工搬运的智能机器人，智能机器人是机器人学中的一个重要分支，出现于20世纪60年代，其中物流搬运机器人的研发更是重中之重，就现在来看，市场上还没有研发出一款可以集智能识别和自主行走以及自主寻物于一身的物流搬运机器人，这款机器人的研发相信市场需求极大，他可以完全替代人工搬运，很大程度的提高物流搬运的效率。2机器人整体设计小车整体由机械结构部分和硬件控制电路部分组成。机械结构包括底盘、麦克纳姆轮和机械臂。硬件控制电路部分由摄像头、激光测距传感器、二维码扫码器和STM32单片机组成。智能物料搬运小车工作环境一般在密度大拥挤的环境中工作，并且具有灵敏的移动能力和转向能力，在这些条件下选择使用麦克纳姆轮，能够实现全方位移动，在需要转向时通过运动，能够在最短的时间内到达目标位置。驱动装置选择使用四个直流电机四驱驱动，运用控制电路系统可以进行高精度的控制。由于在长时间的工作条件下可能会使电机的相对位置发生移动，所以在四个电机上连接了四根连杆，连杆的使用可以增加电机之间的稳定性，底盘具有质量小、强度高的优点。机械臂是智能物料搬运小车最重要的部位，通过中心控制系统控制机械臂的运动，而且机械臂设计为可折叠形式，智能物料搬运小车可以在不移动的情况下，抓取不同位置不同形状的物料。一般机械手臂由6个自由度控制，但是考虑到小车上有两个自由度，最后机械臂上用三个自由度，五个自由度都是由舵机控制并且都是转动副，舵机之间靠U型架连接，采用镂空设计，材料上选择铝合金，这样在保证质量的同时减少了质量，夹取物料灵活快捷，控制精度高而且比较稳定。2.3机械爪选择机械爪使用由舵机控制的机械爪。机械爪由机械手指、传动装置、驱动装置组成，将机械手指安装在弧形的板上，通过舵机的转动带动传动装置达到机械爪的张开合拢。无论舵机如何转动，机械爪都不可能超出一定的直线轨道范围内，达到了全自动的效果不需要人工的手动复位，但在控制电路方面上需要注意把控电机的转动控制在180°以内，避免由于控制电路没有控制好电机在规定范围内转动使机械爪相对挤在一起，因机械爪的挤压和过度的伸张使机械爪造成损坏。为确保货物的夹取稳定性在机械爪上增加一层防滑装置来提高夹取的稳定性。通过控制电路控制末端执行器来完成的夹取操作。3机器人硬件设计选择一个专用于简单机器人的扩展板，能将大部分传感器轻松地和arduino控制板连接，完全兼容arduino2560控制板标准接口。扩展板连接的电路可靠稳定，上面还扩展了伺服电机接口、8*8Led点阵、直流电机驱动以及一个通用扩展接口特点：（1）完全兼容Basra、Mehran控制板接口（2）彩色分组插针，一目了然（3）全部铜制插针，用料考究，电器性能稳定（4）优秀PCB设计，美观大方（5）多種特殊接口设计，兼容所有探索者电子模块，使用方便（6）所有3P、4P接口采用防反插设计，避免电子模块间连线造成的误操作板载舵机接口、直流电机驱动芯片、MAX7219LED驱动芯片，可直接驱动舵机、直流电机、数码管等机器人常规执行部件，无需外围电路具有5v、3.3v及vin3种电源接口，便于为各类扩展模块供电。其主要参数为：针防反插接口供电5v，舵机接口使用3A的稳压芯片LM1085ADJ为舵机提供6v额定电压;8*8led模块采用MAX7219驱动芯片，板载2片直流电机驱动芯片L9170，支持3v～15v的vin电压，可驱动两个直流电机;2个2*5的杜邦座扩展坞，方便无线模块、OLED、蓝牙等扩展模块直插连接。本文对物料搬运小车的机械结构和硬件结构进行了分析，主要包括底座、机械臂、机械手爪物料抓取机械手及扩展板的选取和颜色识别等。理想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。Reference：[1]徐昊天.智能物料搬运小车的设计[J].新型工业化，2021，11（03）：5-6+22.[2]张余龙，邱夏东，胡晓靖，田祖祎.智能物料搬运机器人结构设计[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2021（08）：185-186.[3]缪志强.自主移动机器人运动控制与协调方法研究[D].长沙：湖南大学，2016.[4]高松，崔虎雄，伏晴艳，等.某化工区典型高污染过程VOCs污染特征及来源解析[J].环境科学，2016，37（011）：4094-4102.[作者简介]：1.董德武，武汉商学院机器人工程专业学生，研究方向：智能机器人设计。2.蒲智勇，武汉商学院机器人工程专业学生，研究方向：智能机器人设计。