遠距離取物機器人的研制

王新

摘要 目前，市場上的機械手等助殘工具工作距離比較短，并且只適合固定在輪椅上使用，對于患有關節炎等疾病卻不需要坐輪椅的老年人，使用起來很不方便。主要為行動不方便，或患嚴重關節炎而不方便下蹲拾取物品的老年人和殘疾人設計，幫助他們拾取掉落在地上的物品的小型機器人。

關鍵詞 超聲波定位；快速移動；遠距離拾取

中圖分類號TP24

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2016）157-0078-02

隨著我國步入老齡化社會，老年人的生活日益得到關注。我們看到有許多老年人患有風濕關節炎，靜脈曲張等疾病，俯身撿拾物品十分困難。尤其是坐在輪椅上的殘疾人和老年人，基本只能靠其他人的幫助才能完成。目前國內服老助殘機器人領域相關產品比較少，現有產品只適合固定在輪椅上使用，工作距離比較短。對于患有關節炎等疾病卻不需要坐輪椅的中、老年人，使用起來很不方便。設計制作一個可以自由走行，工作半徑大的取物機器人具有一定的經濟效益和社會價值。

1 設計方案與工作原理

1.1 整體結構方案

根據機器人的使用功能，主要設計了掃描定位裝置，移動系統、抓取系統和控制系統，分別完成找尋物體，行走接近，抓取舉高功能。

掃描定位裝置，見圖1：由超聲波傳感器、伺服電機組成，可對機器人前方180度扇形區域進行掃描，掃描距離最遠達4.5m。移動系統由雙履帶和兩個步進電動機組成，具有移動迅速，轉向靈活的特點，并且可以克服凹凸不平的路況。抓取系統由機械手、氣泵、3個氣缸和一個舵機。根據控制系統指令，完成機械手抬起、張開、下落，夾緊功能。控制系統安裝于控制箱內，主要部件有5v穩壓電源模塊LM2576，小型單片機系統ATMEGA32，電動機驅動模塊L298，直流30VIOA繼電器組成，外部配備光電開關，控制機器人的運行。

1.2 工作原理

首先進行定位掃描：取物機器人接通電源后，系統處于待命狀態。然后光電開關被觸動之后，控制系統向超聲波傳感器以及控制其掃描運動的伺服電機發出指令，伺服電機做180°往復旋轉，同時帶動超聲波傳感器做180°掃描。掃描完成后，反饋給控制系統區域內所有被掃描到物體的位置。

其次接近目標：控制系統首先根據超聲波傳感器輸送回來的數據進行計算，確定掃描范圍內的每個目標的寬度大小，所處位置等。然后對目標進行鑒別，先剔除不可能實現的目標，即寬度大于70mm的目標。然后根據傳感器的數據，確認最近的一個可行目標。然后關閉超聲波傳感器及控制其掃描運動的伺服電機，并向移動系統發出指令，控制機器人底部兩個步進電機，帶動履帶使機器人向目標接近。

第三抓取目標：遠距離取物機器人移動到目標前方85mm時，開啟超聲波傳感器及其掃描伺服電機，再次精確定位。然后通過調整步進電機調整機器人與目標相對位置，微調擺正機械手與目標的位置。控制系統會繼續讓機器人靠近被拾取物體，連續幾次定位和微調后，使被拾取物體剛好處在機械臂下降后抓取位置。接著控制系統打開氣泵，為氣動系統充氣。然后向控制1號氣閥開關的伺服電機發出指令，關閉支撐用氣缸的充氣門，使氣缸放氣，帶動機械手放下。