搬運(yùn)機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

  何躍軍，陳偉，劉先明

(深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東深圳518055)

    摘要：闡明了Robocon大賽模塊搬運(yùn)機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計。該設(shè)計包括驅(qū)動系統(tǒng)機(jī)械部分的車載機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計，以及電控系統(tǒng)的設(shè)計，電控系統(tǒng)的設(shè)計包括尋線傳感器的設(shè)計、主驅(qū)動輪的電機(jī)驅(qū)動和車載機(jī)構(gòu)電機(jī)的驅(qū)動設(shè)計。實(shí)踐表明，機(jī)器人設(shè)計方法簡單，實(shí)用可靠，達(dá)到了預(yù)|十的效果。

  關(guān)鍵詞：機(jī)器人；驅(qū)動系統(tǒng)；電控系統(tǒng)

  中圖分類號：TM33；TM383．4  文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A  文章編號：1004-7018(2008)04—0032—03

O引言   

  Robocort為亞洲廣播電視聯(lián)合會(ABU)舉辦的亞洲年度大學(xué)生機(jī)器人大賽，主題是根據(jù)黃帝造指南車的故事制定的“華夏之光”。比賽規(guī)則主要內(nèi)容如下：紅隊和綠隊分別采用手動機(jī)器人(代表黃帝)和自動機(jī)器人(代表工匠)把木塊(紅隊為紅色模塊，綠隊為綠色模塊)放到“戰(zhàn)車”(場上的墩子)上。把木塊放到“戰(zhàn)車”頂部的隊占有了這輛“戰(zhàn)車”，并得分，內(nèi)圈、中圈到外圈戰(zhàn)車的分值分別為3分、2分和1分。****占有比賽場地中央的3輛“戰(zhàn)車”，建成V字形“指南車”的隊就是獲勝隊。在兩隊均未建成“指南車”的情況下，得分多的隊獲勝。整場比賽定為3分鐘。本文主要闡明我校帶主從機(jī)械手的自主型模塊搬運(yùn)機(jī)器人(即我方比賽中的自動機(jī)器人)驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計。

1驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

     本搬運(yùn)機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括行走機(jī)構(gòu)和車載機(jī)構(gòu)兩部分。

1．1行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

     行走機(jī)構(gòu)采用輪式驅(qū)動方式，其結(jié)構(gòu)外形示意圖如圖2所示。其主要功能是使機(jī)器人按照設(shè)定，到達(dá)預(yù)先的位置。它由兩個24 V伺服直流電動機(jī)和兩個萬向輪組成。兩個直流電動機(jī)安裝在機(jī)器人的后方，分別驅(qū)動兩個后輪，為機(jī)器人行動提供動力。車輪外加軟性橡膠材料，以增加車輪摩擦系數(shù)。兩個萬向輪安裝在機(jī)器人的前方，為機(jī)器人本體提供穩(wěn)定的支撐，并跟隨驅(qū)動輪的運(yùn)動方向運(yùn)動。在控制上，我們通過安裝在車前的紅外反射式傳感器陣列，檢測場地上的白色引導(dǎo)線，以分別控制兩個行車電機(jī)的轉(zhuǎn)速差，從而控制機(jī)器人按事先規(guī)劃的路徑行進(jìn)。

1．2車載機(jī)構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計

    車載機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。它的作用在于：當(dāng)機(jī)器人到達(dá)指定的地點(diǎn)后，用從機(jī)械手拔除對方的模塊(由于我方機(jī)器人帶有顏色攝像頭，因而可以識別敵、我模塊)，然后通過機(jī)械手轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，使正交排列的從機(jī)械手和主機(jī)械手同時逆時針轉(zhuǎn)動90。，機(jī)器人前面的從機(jī)械手轉(zhuǎn)到機(jī)器人左邊，主機(jī)械手轉(zhuǎn)到機(jī)器人正前方，機(jī)器人采用主機(jī)械手安放己方事先拿好的模塊。

     由于比賽對機(jī)器人的總重量有要求,因而我們在設(shè)計上,從機(jī)械手重量較輕,功能上僅用于拔取和丟棄對方的模塊。而主機(jī)械手則擔(dān)任主要任務(wù)，用于搬運(yùn)和安放自己的模塊。主從機(jī)械手轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)采用錐形齒輪傳動，其錐型齒輪和轉(zhuǎn)換驅(qū)動電動機(jī)如圖4所示。

    主、從機(jī)械手的采用，提高了我方機(jī)器人的效力。即使對方先于我們到達(dá)戰(zhàn)車，安放好模塊，我方也能通過搬走對方的模塊，從而得分。

    機(jī)械手的提升部分采用寬同步帶傳動，以提高穩(wěn)定性。機(jī)械手的開爪部分在爪上加裝了橡膠和海棉，以提高附著力。機(jī)械手的提升用電機(jī)、機(jī)械手的開爪用電機(jī)和主、從機(jī)械手的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)中的電機(jī)，均采用帶自鎖力的24 V直流減速電動機(jī)，便于程序控制。

2驅(qū)動系統(tǒng)電控設(shè)計

2．1硬件系統(tǒng)設(shè)計

    機(jī)器人電控系統(tǒng)的原理框圖如圖5所示。根據(jù)比賽要求，所有機(jī)器人總重量不超過50kg，動力源采用24 V蓄電池。為此我們采用1．5 AH的鉛酸蓄電池作動力源，鉛酸蓄電池優(yōu)點(diǎn)是過、充放電能力強(qiáng)、耐用，缺點(diǎn)是體積大、重量較重，考慮到我們設(shè)計的機(jī)器人其他部分較輕(機(jī)器人主干部分大都采用鋁合金結(jié)構(gòu)，整車重量僅為為10．2 kg)，適當(dāng)?shù)卦黾与姵氐闹亓窟�能使車底盤重心降低，增加機(jī)器人行走的穩(wěn)定性，因而我們采用了此類型的電池。