六自由度生活搬運機器人設計

徐潤芳 王玉勤 張博文 羅韜

摘 要：為提高搬運物體的便利性和智能化，本文設計了一種六自由度生活搬運機器人。在原有搬運機器人機械臂配置的基礎上，融合了更具創新性和應用性的功能模塊。所設計的六自由度機械臂集成了多項創新性技術，將大大提高物品的搬運效率，改善人們的生活品質。

關鍵詞：六自由度生活搬運機器人;驅動裝置;移動裝置;識別裝置

中圖分類號：TP242.2文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）19-0008-02

Abstract： In order to improve the convenience and intelligence of moving objects， this paper designed a six DOF life moving robot. On the basis of the original manipulator configuration of the handling robot， more innovative and applicable functional modules were integrated. The six degree of freedom manipulator integrates many innovative technologies， which will greatly improve the efficiency of goods handling and improve people's quality of life.

Keywords： six degree of freedom life carrying robot;driving device;mobile device;recognition device

生活中，經常會遇到需要搬運重物但力量不夠的情況，尤其是對于老弱病殘群體，由于身體不便，在拿取物品時異常吃力。在身體不便的情況下，如何快速便捷地搬運物品，一直是困擾人們的主要問題。目前，市面上常見的搬運設備在使用時存在費時費力及不易操作等問題，不能較好地滿足人們的生活需要[1-3]。為此，本文設計了一種六自由度生活搬運機器人。該機器人集成了多項創新性模塊，可以有效解決物品的搬運問題。

1 六自由度生活搬運機器人的結構

六自由度生活搬運機器人的主體上安裝有驅動裝置、移動裝置、識別裝置、夾持機構和穩定機構等，具體如圖1所示。主體的上端設有上蓋，上蓋內部設置隔板，使主體內部形成內腔。移動裝置包括底座以及設在底座底部的2個主動輪和2個從動輪，驅動裝置與移動裝置相互配合工作。識別裝置由雙目攝像頭、轉動軸、支架、轉動電機等部件組成。雙目攝像頭采集信息后反饋至主體，便于夾持機構精準完成抓取工作。

2 搬運機器人的工作原理

搬運機器人在工作時，驅動裝置控制底座下方的2個主動輪帶動從動輪轉動，從而實現移動的功能。在搬運物體前，通過雙目攝像頭采集周圍的環境信息及被夾持物體的圖像信息，并將信息反饋至主體，其中雙目攝像頭設置在識別裝置中的轉動電機上。伸縮輔助板通過設在主體底部的液壓缸進行控制，并與六自由度機械臂和三爪機械手配合，從而快速穩定準確地抓取物體。利用輔助板內置的壓力傳感器檢測被夾持物體的重量，通過杠桿原理實現主體平衡。

3 搬運機器人部分結構設計

搬運機器人主體上設有驅動裝置、移動裝置、識別裝置、夾持機構、穩定機構和上蓋等[4-6]。上蓋安裝在主體的上端，其內部通過隔板形成內腔。主體與底座內液壓缸一連接，底座上導桿的上端穿過主體。當被夾持物體較高時，液壓缸一啟動，使主體升高。

驅動裝置位于底座的內部，由驅動電機及與驅動電機連接的轉軸組成。2個主動輪與轉軸連接，當驅動電機啟動時，主動輪驅動從動輪轉動，從而使整個主體移動。

識別裝置主要由雙目攝像頭、轉動軸、支架、轉動電機等機構組成，具體如圖2所示。轉動電機固定在液壓缸一上，支架的上端與轉動電機之間通過轉動軸連接。雙目攝像頭設在轉動電機上，在轉動電機的作用下進行轉動。雙目攝像頭在液壓缸一的作用下可以實現升降功能，升降的高度范圍為0～1 m，能對不同高度的物體進行圖像采集。

夾持機構主要由輔助板、六自由度機械手臂以及設在六自由度機械手臂端部的三爪機械手組成。六自由度機械手臂安裝在主體上，如圖3所示。輔助板內置有壓力傳感器，通過設在主體底部的液壓缸二控制伸縮。在機器人工作時，輔助板鏟起物體，三爪機械手同時進行抓取和固定動作。

穩定機構由液壓缸三、砝碼和支撐板組成。其中，支撐板設在內腔內部的上端;液壓缸三固定在支撐板上;砝碼由液壓缸三控制伸縮，在主體上設置有伸縮口，伸縮口位于遠離輔助板的主體一側。當輔助板鏟起物體產生的壓力被壓力傳感器測得時，液壓缸三將砝碼伸出伸縮口。當壓力傳感器測得的壓力越大，砝碼伸出的距離越長，并利用杠桿原理，保證整個主體處于平衡狀態。

4 結論

本文所設計的六自由度生活搬運機器人由主體、驅動裝置、移動裝置、識別裝置、夾持機構和穩定機構等組成，可以自行夾取不同高度的物體，方便不同人群搬運物品。通過識別裝置和穩定機構，提高了識別和搬運不同物品的效率和精度。所設計的生活搬運機器人結構簡單，操作方便，有效改善了人們的生活品質，從而為智能家居技術發展提供了參考和借鑒。

參考文獻：

[1]楊小龍，陳惠賢，陳繼朋，等.六自由度醫用擺位機器人機構設計與研究[J].機床與液壓，2019（23）：106-110.

[2]鮑敏，喬陽，楊俊偉，等.6自由度機器人手臂的設計與應用[J].科學技術創新，2019（25）：99-100.

[3]李柯，祁宇明，周旺發，等.基于視覺的六自由度機器人搬運過程監控系統研究[J].裝備制造技術，2018（1）：25-28.

[4]王殿君，關似玉，陳亞，等.六自由度搬運機器人動力學分析及仿真[J].機械設計與制造，2017（1）：25-29.

[5]許志敏，萬欣，顧凱，等.基于圖像識別的機械臂抓取系統[J].智能機器人，2019（5）：74-77.

[6]謝峰，洪冠新，張晨凱，等.捕獲軌跡系統并聯機構地面標定方法[J].航空學報，2020（1）：282-290.