賈京山

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能

能夠建立電力庫(kù)房?jī)?nèi)設(shè)計(jì)智能搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行自主搬取物品，如：絕緣繩、絕緣墊、絕緣毯、絕緣衣褲、絕緣手套、安全帽、絕緣桿、金屬件等。

系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)如下設(shè)計(jì)目標(biāo)：

（1）機(jī)器人能夠接收已有的上位機(jī)軟件搬取物品的指令進(jìn)行準(zhǔn)確響應(yīng)和搬運(yùn)。

（2）通過無線傳輸控制指令對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)傳輸。

（3）機(jī)器人能夠在導(dǎo)航系統(tǒng)的指引下自主行走。

（4）機(jī)器人能夠自主識(shí)別上位機(jī)軟件指令所指的搬運(yùn)物品；并將物品順利的搬運(yùn)到指定的庫(kù)房目的地。

（5）機(jī)器人通過充電電池供電，持續(xù)工作時(shí)間6小時(shí)。

（6）機(jī)器人具有自主爬坡能力和跨越臺(tái)階能力，爬坡角度不小于15度。

（7）機(jī)器人具有語(yǔ)音播報(bào)能力和故障報(bào)警能力。

（8）機(jī)器人能夠平穩(wěn)運(yùn)行，對(duì)每一種物品進(jìn)行單個(gè)存取。

（9）機(jī)器人具有適應(yīng)多種物品不同形狀、尺寸、重量的手爪抓取能力。

（10）機(jī)器人有較好的操控性，體積重量適應(yīng)現(xiàn)有庫(kù)房的空間要求。

2.系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)描述

2.1庫(kù)房改造部分

庫(kù)房的內(nèi)部布局和貨架位置及物品工用具的具體擺放模式是整個(gè)機(jī)器人開發(fā)的重要組成部分，只有將合理的布局和物品擺放模式，將物品歸類，才能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人手爪的正確準(zhǔn)確抓取識(shí)別和搬運(yùn)，才能更方便導(dǎo)航和機(jī)器人避障，同時(shí)通過具體工用具（絕緣墊、絕緣毯、絕緣衣、絕緣手套、安全帽、絕緣桿、金屬件等）歸類和測(cè)量給出機(jī)械手爪的具體設(shè)計(jì)參數(shù)依據(jù)，系統(tǒng)庫(kù)房物品擺放分布圖如下：

2.2機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分

由于機(jī)器人主要用于室內(nèi)環(huán)境，所以工作環(huán)境對(duì)自主移動(dòng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)影響不大，工作環(huán)境主要影響自主移動(dòng)平臺(tái)的自動(dòng)導(dǎo)引裝置。機(jī)器人根據(jù)具體庫(kù)房的臺(tái)階實(shí)現(xiàn)爬坡功能，同時(shí)保證爬坡的平穩(wěn)性，以及手爪抓持物品工用具的牢固性。主要包括以下幾部分：

2.2.1機(jī)器人運(yùn)動(dòng)車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

（圖片僅供參考）

機(jī)器人車體是整個(gè)搬運(yùn)工作的載體，必須保證車體的動(dòng)力、平穩(wěn)、爬坡和相關(guān)運(yùn)行的手爪負(fù)載能力，即保證不同電力工用具的有效成功抓取和有效運(yùn)載。由于庫(kù)房的基本布局已定，需要車體有一定的爬坡能力，尤其是較重的工用具的成功搬運(yùn)能力。車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括：

*鏈條結(jié)構(gòu)車底盤設(shè)計(jì)。

*車體三連桿機(jī)架設(shè)計(jì)。

*差動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

*車體電機(jī)載荷設(shè)計(jì)。

2.2.2機(jī)器人多自由度機(jī)械手爪設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

機(jī)械手爪是整個(gè)電力庫(kù)房智能搬運(yùn)機(jī)器人的關(guān)鍵組成部分之一，只有有效的多自由度手爪才能實(shí)現(xiàn)抓取物品工用具的成功搬運(yùn)。而整個(gè)機(jī)器人的手爪設(shè)計(jì)要根據(jù)庫(kù)房?jī)?nèi)工用具物品的種類、外形形狀、結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)、重量參數(shù)和擺放貨架的層數(shù)及歸類情況來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，要保證手爪能夠適應(yīng)大多數(shù)種類的物品工用具，主要包括以下幾部分內(nèi)容：

*多自由度手爪機(jī)構(gòu)選擇。

*手爪與車體交接口設(shè)計(jì)。

*手爪外形設(shè)計(jì)。

*手爪夾持力設(shè)計(jì)計(jì)算。

*手爪防滑設(shè)計(jì)。

*手爪多自由度運(yùn)動(dòng)空間尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算。

*手爪各自由度運(yùn)動(dòng)載荷計(jì)算。

2.2.3機(jī)器人爬坡結(jié)構(gòu)動(dòng)力設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

由于機(jī)器人的工作環(huán)境中有臺(tái)階，經(jīng)過改造后要求機(jī)器人車體要具備一定的爬坡能力，這里爬坡過程中不僅能保證機(jī)器人車體能夠帶載爬坡，具有足夠的爬坡動(dòng)力，同時(shí)能夠保證機(jī)器人車體的坡底和坡頂不卡死和不側(cè)仰。主要包括以下幾部分：

*三連桿活動(dòng)支架設(shè)計(jì)。

*爬坡車體動(dòng)力測(cè)算。

*爬坡電機(jī)動(dòng)力測(cè)算。 （下轉(zhuǎn)第236頁(yè)）

（上接第225頁(yè)）*坡頂坡底的動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算。

2.2.4機(jī)器人車體平衡設(shè)計(jì)平穩(wěn)運(yùn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

整個(gè)機(jī)器人在搬運(yùn)過程中無論帶載還是空載，都能保證機(jī)器人平穩(wěn)運(yùn)行，平穩(wěn)運(yùn)行是機(jī)器人搬運(yùn)過程中的重要一環(huán)，由于庫(kù)房?jī)?nèi)部的構(gòu)造和貨架的高度，導(dǎo)致了機(jī)器人手爪和車體的異型構(gòu)造，也為機(jī)器人的平穩(wěn)性帶來困難，具體要解決以下幾部分問題：

*手爪、車體、抓取物的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析。

*載荷重量結(jié)構(gòu)尺寸分析。

*手爪車體外形平穩(wěn)性分析。

2.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分

整個(gè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，包括整個(gè)控制算法的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，其中的多電機(jī)多傳感器系統(tǒng)，以及機(jī)器人的自主導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)算法，物品工用具的識(shí)別及準(zhǔn)確抓取方法，均要求有較為系統(tǒng)的控制方案，主要包括以下幾部分：

*多電機(jī)傳感器控制算法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

*物品的識(shí)別與準(zhǔn)確抓取設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

*控制導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

*無線系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

2.4上位機(jī)軟件接口設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

由于機(jī)器人需要與上位機(jī)軟件進(jìn)行接口，通過上位機(jī)軟件控制指令，通過無線傳輸通路發(fā)送給機(jī)器人實(shí)現(xiàn)物品工用具的抓取，因此，需要已經(jīng)開發(fā)的上位機(jī)軟件預(yù)留接口，實(shí)現(xiàn)與機(jī)器人的無縫銜接，從而保證控制指令的準(zhǔn)確發(fā)送，主要包括以下幾部分：

*軟件協(xié)議對(duì)接。

*上位機(jī)軟件與無線接口對(duì)接。

*上位機(jī)軟件物品分類與機(jī)器人內(nèi)部分類的對(duì)接。

3.系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)

3.1時(shí)間響應(yīng)指標(biāo)

搬運(yùn)響應(yīng)時(shí)間：小于150s。

3.2抓持物品重量

抓持物品重量：≤3kg。

3.3可靠性指標(biāo)

現(xiàn)有庫(kù)房物品工用具搬運(yùn)率不小于80%。

機(jī)器人出錯(cuò)概率不大于10%。

3.4工作環(huán)境

電力庫(kù)房現(xiàn)有工作環(huán)境。

溫度：0-45℃。

相對(duì)濕度：5%-95%（不凝結(jié)）。

周圍無爆炸危險(xiǎn)，無腐蝕性氣體及導(dǎo)電塵埃，無嚴(yán)重霉菌，無劇烈振動(dòng)沖擊源。

4.成果應(yīng)用情況及效果，推廣應(yīng)用措施和前景

機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)從工業(yè)機(jī)器人向智能機(jī)器人方向發(fā)展，為了滿足機(jī)器人在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生產(chǎn)生活的需要，本項(xiàng)目的順利實(shí)施將能夠創(chuàng)造較大經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)做出一定貢獻(xiàn)。 [科]