六自由度生活搬运机器人设计

徐润芳 王玉勤 张博文 罗韬

摘 要：为提高搬运物体的便利性和智能化，本文设计了一种六自由度生活搬运机器人。在原有搬运机器人机械臂配置的基础上，融合了更具创新性和应用性的功能模块。所设计的六自由度机械臂集成了多项创新性技术，将大大提高物品的搬运效率，改善人们的生活品质。

关键词：六自由度生活搬运机器人;驱动装置;移动装置;识别装置

中图分类号：TP242.2文献标识码：A文章编号：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，經常会遇到需要搬运重物但力量不够的情况，尤其是对于老弱病残群体，由于身体不便，在拿取物品时异常吃力。在身体不便的情况下，如何快速便捷地搬运物品，一直是困扰人们的主要问题。目前，市面上常见的搬运设备在使用时存在费时费力及不易操作等问题，不能较好地满足人们的生活需要[1-3]。为此，本文设计了一种六自由度生活搬运机器人。该机器人集成了多项创新性模块，可以有效解决物品的搬运问题。

1 六自由度生活搬运机器人的结构

六自由度生活搬运机器人的主体上安装有驱动装置、移动装置、识别装置、夹持机构和稳定机构等，具体如图1所示。主体的上端设有上盖，上盖内部设置隔板，使主体内部形成内腔。移动装置包括底座以及设在底座底部的2个主动轮和2个从动轮，驱动装置与移动装置相互配合工作。识别装置由双目摄像头、转动轴、支架、转动电机等部件组成。双目摄像头采集信息后反馈至主体，便于夹持机构精准完成抓取工作。

2 搬运机器人的工作原理

搬运机器人在工作时，驱动装置控制底座下方的2个主动轮带动从动轮转动，从而实现移动的功能。在搬运物体前，通过双目摄像头采集周围的环境信息及被夹持物体的图像信息，并将信息反馈至主体，其中双目摄像头设置在识别装置中的转动电机上。伸缩辅助板通过设在主体底部的液压缸进行控制，并与六自由度机械臂和三爪机械手配合，从而快速稳定准确地抓取物体。利用辅助板内置的压力传感器检测被夹持物体的重量，通过杠杆原理实现主体平衡。

3 搬运机器人部分结构设计

搬运机器人主体上设有驱动装置、移动装置、识别装置、夹持机构、稳定机构和上盖等[4-6]。上盖安装在主体的上端，其内部通过隔板形成内腔。主体与底座内液压缸一连接，底座上导杆的上端穿过主体。当被夹持物体较高时，液压缸一启动，使主体升高。

驱动装置位于底座的内部，由驱动电机及与驱动电机连接的转轴组成。2个主动轮与转轴连接，当驱动电机启动时，主动轮驱动从动轮转动，从而使整个主体移动。

识别装置主要由双目摄像头、转动轴、支架、转动电机等机构组成，具体如图2所示。转动电机固定在液压缸一上，支架的上端与转动电机之间通过转动轴连接。双目摄像头设在转动电机上，在转动电机的作用下进行转动。双目摄像头在液压缸一的作用下可以实现升降功能，升降的高度范围为0～1 m，能对不同高度的物体进行图像采集。

夹持机构主要由辅助板、六自由度机械手臂以及设在六自由度机械手臂端部的三爪机械手组成。六自由度机械手臂安装在主体上，如图3所示。辅助板内置有压力传感器，通过设在主体底部的液压缸二控制伸缩。在机器人工作时，辅助板铲起物体，三爪机械手同时进行抓取和固定动作。

稳定机构由液压缸三、砝码和支撑板组成。其中，支撑板设在内腔内部的上端;液压缸三固定在支撑板上;砝码由液压缸三控制伸缩，在主体上设置有伸缩口，伸缩口位于远离辅助板的主体一侧。当辅助板铲起物体产生的压力被压力传感器测得时，液压缸三将砝码伸出伸缩口。当压力传感器测得的压力越大，砝码伸出的距离越长，并利用杠杆原理，保证整个主体处于平衡状态。

4 结论

本文所设计的六自由度生活搬运机器人由主体、驱动装置、移动装置、识别装置、夹持机构和稳定机构等组成，可以自行夹取不同高度的物体，方便不同人群搬运物品。通过识别装置和稳定机构，提高了识别和搬运不同物品的效率和精度。所设计的生活搬运机器人结构简单，操作方便，有效改善了人们的生活品质，从而为智能家居技术发展提供了参考和借鉴。

参考文献：

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