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(shè)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(chǔ)上，融合了更具創(chuàng)新性和應用性的功能模塊。所設(shè)計的六自由度機械臂集成了多項創(chuàng)新性技術(shù)，將大大提高物品的搬運效率，改善人們的生活品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：六自由度生活搬運機器人;驅(qū)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(jīng)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(shè)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(shè)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(chuàng)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(jié)構(gòu)

六自由度生活搬運機器人的主體上安裝有驅(qū)動裝置、移動裝置、識別裝置、夾持機構(gòu)和穩(wěn)定機構(gòu)等，具體如圖1所示。主體的上端設(shè)有上蓋，上蓋內(nèi)部設(shè)置隔板，使主體內(nèi)部形成內(nèi)腔。移動裝置包括底座以及設(shè)在底座底部的2個主動輪和2個從動輪，驅(qū)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(zhuǎn)動軸、支架、轉(zhuǎn)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(gòu)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(qū)動裝置控制底座下方的2個主動輪帶動從動輪轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)移動的功能。在搬運物體前，通過雙目攝像頭采集周圍的環(huán)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(shè)置在識別裝置中的轉(zhuǎn)動電機上。伸縮輔助板通過設(shè)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(wěn)定準確地抓取物體。利用輔助板內(nèi)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(xiàn)主體平衡。

3 搬運機器人部分結(jié)構(gòu)設(shè)計

搬運機器人主體上設(shè)有驅(qū)動裝置、移動裝置、識別裝置、夾持機構(gòu)、穩(wěn)定機構(gòu)和上蓋等[4-6]。上蓋安裝在主體的上端，其內(nèi)部通過隔板形成內(nèi)腔。主體與底座內(nèi)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(qū)動裝置位于底座的內(nèi)部，由驅(qū)動電機及與驅(qū)動電機連接的轉(zhuǎn)軸組成。2個主動輪與轉(zhuǎn)軸連接，當驅(qū)動電機啟動時，主動輪驅(qū)動從動輪轉(zhuǎn)動，從而使整個主體移動。

識別裝置主要由雙目攝像頭、轉(zhuǎn)動軸、支架、轉(zhuǎn)動電機等機構(gòu)組成，具體如圖2所示。轉(zhuǎn)動電機固定在液壓缸一上，支架的上端與轉(zhuǎn)動電機之間通過轉(zhuǎn)動軸連接。雙目攝像頭設(shè)在轉(zhuǎn)動電機上，在轉(zhuǎn)動電機的作用下進行轉(zhuǎn)動。雙目攝像頭在液壓缸一的作用下可以實現(xiàn)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(gòu)主要由輔助板、六自由度機械手臂以及設(shè)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(nèi)置有壓力傳感器，通過設(shè)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(wěn)定機構(gòu)由液壓缸三、砝碼和支撐板組成。其中，支撐板設(shè)在內(nèi)腔內(nèi)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(shè)置有伸縮口，伸縮口位于遠離輔助板的主體一側(cè)。當輔助板鏟起物體產(chǎn)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(tài)。

4 結(jié)論

本文所設(shè)計的六自由度生活搬運機器人由主體、驅(qū)動裝置、移動裝置、識別裝置、夾持機構(gòu)和穩(wěn)定機構(gòu)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(wěn)定機構(gòu)，提高了識別和搬運不同物品的效率和精度。所設(shè)計的生活搬運機器人結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，有效改善了人們的生活品質(zhì)，從而為智能家居技術(shù)發(fā)展提供了參考和借鑒。

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