搬运机器人的结构创新设计

马立勇 李超逸 郭周鹏 李连辉

摘 要：文章介绍了一款利用超声波定位跟随人或物的智能搬运机器人的机械设计及上台改进。采用麦克纳姆轮，使得机器人的运行、跟人更加流畅，采用M3508电机和C620电调将功能发挥到极致，并介绍了设计分析、搬运系统的实施方案和自动跟人系统带来的自主越障。

关键词：麦克纳姆轮;M3508电机;自主越障

0 引言

搬运机器人的共同点是移动路线单一甚至是无法移动，只能在规定路径或者是固定在某一地点进行搬运工作[1]。这种工作模式在工作过程中的局限性很大，只能解决搬运流程中的某一个节点的工作，机器自身的工作性能不能得到最大化的利用[2-4]。

本款机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器，机器人具有感知、决策、执行等基本特征，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围。

目前现有的一种场地支援用可分类搬运的机器人，在人员进行场地支援时，需要将物料搬运走，但是部分物料混杂放置，在分类搬运时较为不便，所以现提出一种新型的场地支援用可分类搬运的机器人[5]。

1 底盘部分

本款机器人包括箱体，箱体的正面通过凹槽活动连接放置抽屉，放置抽屉上表面的中部固定连接分隔板，分隔板的左侧固定连接固定板，固定板的两侧均固定连接伸缩弹簧，伸缩弹簧的一端固定连接连接板，分隔板的右侧固定连接固定夹。

人员可以将物品分类放置在放置抽屉内，通过伸缩弹簧、连接板和固定夹的搭配设置，继而可以将物品固定，从而避免人员在移动该装置时物品来回碰撞，使物品避免受到损伤，通过限位环的设置，便于人员放置放置盘，从而增加了物品的放置面积，且便于人员放置，提高了该装置的实用性。

机器人内部主要分为驱动部分、超声波模块，分别放置于小车四周，承载部分放置于下底盘之上，如图1所示。

2 驱动部分设计

轮子选用麦特纳姆轮，麦特纳姆轮由轮毂和辊子组成。麦克纳姆轮结构紧凑，运动灵活，是一款很实用的全方位轮，通过4个同样的轮子进行组合，可以更灵活方便地实现全方位移动功能。并且麦克纳姆轮负载能力极强，即使在狭小的空间内也可以进行灵活的移动。

电机与电调分别选用M3508和C620。M3508减速电机由电机与减速器完美集成，配备拥有FOC控制技术的C620电调，能将功能发挥到极致。电机将电能转化为动能，而电调则根据控制信号调节电机的转速，两者构成了动力系统，可对小车进行完美控制，且M3508动力系统最大功率高达220 W，最大扭矩5 N·m;最大持续功率150 W，持续扭矩          2.8 N·m，有感FOC控制不论转速高低都能提供稳定的扭矩，让机器人在快速响应的同时保持平稳的动力。同时电机体积较小 动力系统支持PWM信号输入控制和CAN总线指令控制。据测试M3508电机功率220 W的概念，4个四驱的机器人能够拉动一辆五菱宏光面包车。而此电机体积较小，实现了空间的高利用率，给予了机器人足够的布线空间。

3 搬运实施方式设计

根据图2场地支援机器人提供一种技术方案：一种场地支援用可分类搬运的机器人，包括箱体1，箱体1外表面的左侧固定连接固定把手12，箱体1底部的四角处均固定连接活动轮13，活动轮13的内部设置刹车片，箱体1上表面的四角处均固定连接有连接环8，连接环8的顶部固定连接固定柱9，固定柱9的表面固定连接限位环10，限位环10的顶部活动连接放置盘11，放置盘11上表面的中部开设有放置槽，箱体1的正面通过凹槽活动连接放置抽屉2。

通过放置抽屉2、伸缩弹簧5、连接板6、固定夹7、限位环10和放置盘11的搭配设置，使得人员在使用时，可以将物品分类放置在放置抽屉2内，通过伸缩弹簧5、连接板6和固定夹7的搭配设置，继而可以将物品固定，从而避免人员在移动该装置时物品来回碰撞，避免物品受到损伤，通过限位环10的设置，便于人员放置托盘11，从而增加了物品的放置面积，且便于人员放置，从而提高了该装置的实用性。

放置抽屉2的表面固定连接拇指把手14，放置抽屉2上表面的中部固定连接分隔板3，分隔板3的左侧固定连接固定板4，固定板4的两侧均固定连接伸缩弹簧5，伸缩弹簧5的一端固定连接连接板6，连接板的表面设置有橡胶垫，分隔板3的右侧固定连接固定夹7。

根据上述方案所述，在机器人的工作过程中，人员通过将所需物品放入抽屉，再通过伸缩弹簧、连接板和固定夹将物品固定在抽屉中，可避免该设备在行进过程中由于碰撞而导致的物品及设备内部的损伤，采用限位环装置更易于将托盘放置到固定柱上，从而使物品的放置面积得到了有效扩大，也更利于人员放置物品，大大提高了搬运效率和设备的实用性。

4 结语

本文详细设计了新型搬运机器人的结构，该搬运机器人能够分类存储不同物品，具有一次性搬运多种物品的功能，在实际应用中可完成危险、繁重、复杂的工作，极大地提高了工作效率，延伸了工作范围，能够在危险物品探测运输、冬奥会赛场物品运输等需求中得以运用。

[参考文献]

[1]郝阳. 关节式履带移动机器人自主越障行为控制[D].北京：北京理工大学，2015.

[2]朱佑滔，何志琴，施文烨.基于视觉的智能搬运机器人实验平台[J].电子世界，2020（16）：49-52.

[3]周航，朱翰宸，李园园，等.基于麦克纳姆轮的摆式悬挂系统设计及其运动学分析[J].電子制作，2020（9）：65-66，59.

[4]蔡磊，周亭亭，郭云鹏，等.基于超声波定位的智能跟随小车[J].电子测量技术，2013（11）：76-79.

（编辑 王雪芬）