一种搬运机器人系统的方案设计

蔺博见，王开民，管鹏举

（长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西西安710064）

一种搬运机器人系统的方案设计

蔺博见，王开民，管鹏举

（长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西西安710064）

设计了一种搬运机器人，介绍了它的系统构成和基本功能实现过程，可以应用到工厂车间、矿山井下、家庭生活等场合。

智能；搬运；工厂车间；矿山井下

我国的制造业正在向由半自动化向全自动化转变，工厂、车间出现了大量的工业机器人，但由于制造场地地形都比较复杂，机器人识别度不高，搬运机器人应用还不是很普遍，从而导致搬运零件、材料的简单而重复的工作还是由人工完成，浪费了劳动力。另外，煤矿等特殊矿井下安全隐患较大，爆炸、塌方事故时有发生。随着工业机器人的发展，可以将搬运机器人运用到井下作业，完成爆破、矿物质的搬运、工作场地的整理和机械设备的转移。本文介绍了可以应用到工厂车间、矿山井下等场合的搬运机器人的系统设计与功能实现过程。

1　搬运机器人系统的硬件和主要功能

本文设计的搬运机器人系统分为PC上位机、下位机组成。上位机、下位机与周围环境共同组成了机器人工作系统。下位机建立了三者联系的桥梁，三者形成了相互制约、相互影响的关系［1］，如图1所示。

图1　搬运机器人系统原理图

搬运机器人系统上配置摄像头模块、超声波模块、红外线模块、WIFI模块、机械臂模块。搬运机器人的基本功能有：自动识别功能、寻物追踪功能、避障功能、自动夹取和卸载功能、循迹功能、无线网络通讯功能。

1.1自动识别功能

在识别工作开始时，机器人每旋转一个小角度，摄像头进行一次扫描，如果没有找到物体，机器人再进行下一个小角度的旋转；如果扫描到物体，机器人会停止旋转，朝这个方向前进［2］。前进中不断将实时图像和位置通过无线网传回给上位机，上位机对其进行一系列的分析和处理，然后发送控制指令给下位机，不断调整机器人位置，使与物体对正；当夹取物体完成后，寻找目标放置位置时的识别过程与上述过程相同。颜色识别流程图如图2所示。

图2　颜色识别流程图

搬运机器人也可以识别二维码信息。图3位二维码识别原理图。控制中心设计搬运机器人运行轨迹，回转中心上的中心轨道与设计路线轨道接壤后，搬运机器人开始按照设计的路线行驶。到达目的物料站台后，扫描控制中心发送给物料站台对应的电子屏上的二维码，得到需要搬运物料的位置信息和重量信息，按照信息寻找物料并完成搬运。卸载物料是相反过程。这一过程不需人为操作，节省了劳动力，更加自动化。

图3　二维码控制原理图

1.2寻物追踪功能

自动寻物追踪时，机器人进行周边扫描同时查找所要求搬运的物体特征，找到物体向着该物体前进，中途遇到障碍物，执行避障程序［3］。避障结束后，再次执行周边扫描，查找所要求搬运的物体特征，向着该物体前进，到达物体后，上位机发送工作装置抬起指令，将给定物体抬起。寻找目标放置位置的过程与上述过程相同。

1.3避障功能

本文设计的搬运机器人的避障功能是由安装在车体正前方的超声波传感器与对称安装在车体两侧、与车体成45°的两个红外线传感器写作完成。超声波传感器主要是防止机器人与目标物体相撞，或防止意外情况发生时，如机器人在向目标物体前进过程中，突然有障碍物进入路线等情况。红外线传感器可以给定设定值，当一侧红外线检测该设定值范围内有障碍物时，上位机则向机器人传送向该测相反方向旋转的指令，可以实现车体两侧障碍物的避障［4］。这样超声波与两个红外线传感器可以检测车体-45°，0°，45°三个方向上的障碍物。

1.4自动夹取和卸载功能

上位机实时判断超声波检测的该距离是否在给定范围内，如果在此范围内就启动工作装置，即驱动机械臂将当前物体搬起。同理检测与目标地点的距离，如果在给定范围内就驱动机械臂将物体放到指定位置。

1.5循迹功能

搬运机器人前方对称安装了两个红外线传感器，两个传感器垂直向下，用于检测地面上的路线信息。当机器人行驶到白色底板、黑色行驶线的区域后，由于黑线和白色底板对光线的反射系数不同，可以根据接收到的反射光线的强弱判断道路。

1.6无线网络通讯功能

无线网络通讯功能是通过WIFI模块来实现的［5］。有了WIFI模块，下位机可以在工作过程中，将采集到的道路信息、周围环境信息、目标物体信息传送给上位机，上位机将接受到信息，进行处理，并向下位机传送指令，下位机根据指令进行行走、避障、夹取物体、卸载物体、扫二维码等工作。

实现以上功能后，搬运机器人可以按照预定的程序，完成工作。图4是机器人工作过程。

图4　机器人工作过程

2　搬运机器人主要创新点

该机器人通过颜色识别时，运动轨迹是柔性的，这就大大提高了仓储物流系统的适应性，适用于小型工厂；利用机械臂夹取物体，这样比叉、铲、拉等方式更方便，更实用，对目标物体形状要求更低；基于二维码的识别系统稳定，工作准确性高。

3　结束语

本文设计并组装完成了搬运机器人的硬件主体，实现了基本功能，经过测试，可与上位机协同工作，实现文中所述功能。

［1］刘凤臣，姚赟峰，刘黎明，等.高速搬运机器人产业应用及发展［J］.轻工机械.2012，30（02）：108-112.

［2］李伟.六自由度关节式机器人控制系统开发［D］.上海：华东理工大学，2014.

［3］冯俊杰.多机器人系统避障与最优协调［D］.南宁：广西大学，2014.

［4］贺龙豹.竞赛用搬运机器人的设计与实现［D］.南京：南京财经大学，2013.

［5］戴雷.六轴机器人离线编程与仿真系统设计与实现［D］.武汉：武汉科技大学，2015.

Overview of Intelligent Transportation Robot

LIN Bo-jian，WANG Kai-min，GUAN Peng-ju
（Key Laboratory for Highway Construction Technology and Equipment of Ministry of Education，Chang'an University，Xi'an Shaanxi 710064，China）

In this paper，a kind of intelligent robot is designed.The system structure and the realization processesof basic functions are introduced.It can be applied to the factory workshop，underground mine，family life and so on.

intelligent products；transportation；factory workshop；underground mine

TP249

A

1672-545X（2016）08-0117-02

专论综述

2016-05-30

蔺博见（1991-），男，辽宁朝阳人，硕士研究生，研究方向：工业机器人。