一種智能物料搬運小車的設計

董德武 陳鑫 蒲智勇 楊一帆 鄭琎輝

關鍵詞：智能識別;自主行走;自主尋找

1引言

隨著社會經濟與科技的不斷發展與進步，物流是各個行業不可或缺的過程，目前人工搬運物流已不能滿足市場需求。如今世界上許多國家都在積極進行智能車輛的研究和開發設計，希望能夠研發出一款可以完全替代人工搬運的智能機器人，智能機器人是機器人學中的一個重要分支，出現于20世紀60年代，其中物流搬運機器人的研發更是重中之重，就現在來看，市場上還沒有研發出一款可以集智能識別和自主行走以及自主尋物于一身的物流搬運機器人，這款機器人的研發相信市場需求極大，他可以完全替代人工搬運，很大程度的提高物流搬運的效率。

2機器人整體設計

小車整體由機械結構部分和硬件控制電路部分組成。機械結構包括底盤、麥克納姆輪和機械臂。硬件控制電路部分由攝像頭、激光測距傳感器、二維碼掃碼器和STM32單片機組成。

智能物料搬運小車工作環境一般在密度大擁擠的環境中工作，并且具有靈敏的移動能力和轉向能力，在這些條件下選擇使用麥克納姆輪，能夠實現全方位移動，在需要轉向時通過運動，能夠在最短的時間內到達目標位置。驅動裝置選擇使用四個直流電機四驅驅動，運用控制電路系統可以進行高精度的控制。由于在長時間的工作條件下可能會使電機的相對位置發生移動，所以在四個電機上連接了四根連桿，連桿的使用可以增加電機之間的穩定性，底盤具有質量小、強度高的優點。

機械臂是智能物料搬運小車最重要的部位，通過中心控制系統控制機械臂的運動，而且機械臂設計為可折疊形式，智能物料搬運小車可以在不移動的情況下，抓取不同位置不同形狀的物料。一般機械手臂由6個自由度控制，但是考慮到小車上有兩個自由度，最后機械臂上用三個自由度，五個自由度都是由舵機控制并且都是轉動副，舵機之間靠U型架連接，采用鏤空設計，材料上選擇鋁合金，這樣在保證質量的同時減少了質量，夾取物料靈活快捷，控制精度高而且比較穩定。

2.3機械爪選擇

機械爪使用由舵機控制的機械爪。機械爪由機械手指、傳動裝置、驅動裝置組成，將機械手指安裝在弧形的板上，通過舵機的轉動帶動傳動裝置達到機械爪的張開合攏。無論舵機如何轉動，機械爪都 不可能超出一定的直線軌道范圍內，達到了全自動的效果不需要人工的手動復位，但在控制電路方面上需要注意把控電機的轉動控制在180°以內，避免由于控制電路沒有控制好電機在規定范圍內轉動使機械爪相對擠在一起，因機械爪的擠壓和過度的伸張使機械爪造成損壞。為確保貨物的夾取穩定性在機械爪上增加一層防滑裝置來提高夾取的穩定性。通過控制電路控制末端執行器來完成的夾取操作。

3機器人硬件設計

選擇一個專用于簡單機器人的擴展板，能將大部分傳感器輕松地和arduino控制板連接，完全兼容arduino 2560控制板標準接口。擴展板連接的電路可靠穩定，上面還擴展了伺服電機接口、8*8Led 點陣、直流電機驅動以及一個通用擴展接口特點：

（1）完全兼容 Basra、Mehran 控制板接口

（2）彩色分組插針，一目了然

（3）全部銅制插針，用料考究，電器性能穩定

（4）優秀 PCB 設計，美觀大方

（5）多種特殊接口設計，兼容所有探索者電子模塊，使用方便

（6）所有 3P、4P 接口采用防反插設計，避免電子模塊間連線造成的誤操作板載舵機接口、直流電機驅動芯片、MAX7219LED 驅動芯片，可直接驅動舵機、直流電機、數碼管等機器人常規執行部件，無需外圍電路具有 5v、3.3v 及 vin 3 種電源接口，便于為各類擴展模塊供電。

其主要參數為：針防反插接口供電 5v ，舵機接口使用 3A 的穩壓芯片 LM1085ADJ為舵機提供 6v 額定電壓 ;8*8led 模塊采用 MAX7219 驅動芯片，板載 2 片直流電機驅動芯片 L9170，支持 3v～15v 的 vin 電壓，可驅動兩個直流電機;2 個 2*5 的杜邦座擴展塢，方便無線模塊、OLED、藍牙等擴展模塊直插連接。

本文對物料搬運小車的機械結構和硬件結構進行了分析，主要包括底座、機械臂、機械手爪物料抓取機械手及擴展板的選取和顏色識別等。理想樣機可平穩實現直線運動、轉向、加減速等功能，表明設計方案可行。

參考文獻：

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[作者簡介]：

1.董德武，武漢商學院機器人工程專業學生，研究方向：智能機器人設計。

2.蒲智勇，武漢商學院機器人工程專業學生，研究方向：智能機器人設計。

3.楊一帆，武漢商學院機器人工程專業學生，研究方向：機器人運動控制。

4.鄭琎輝，武漢商學院機器人工程專業學生，研究方向：智能機器人設計。

5.魏欣，武漢商學院機器人工程專業學生，研究方向：智能機器人設計。

[通訊作者] 陳鑫（1988-），男，湖北武漢人，碩士，武漢商學院教師，工程師;主要研究方向：工業機器人系統仿真，視覺識別。

[項目基金]：武漢商學院2021年大學生創新創業訓練計劃，項目編號：202111654036，項目名稱：一種工夾具智能化制造全壽命智能管理系統。