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实例体验之自主移动式搬运机器人
用途与特点
传统的流水线大批量生产一般采用传送带加搬运机器人,而这一方式不适于路径多岔、搬运对象多变、中批量生产规模的运输。此时,需要设计一种自主移动式搬运机器人以用于自动化工厂(FA,Factory Automation)、柔性制造系统(FMS,Flexible Manufacturing System)中。
这种移动式机器人具有很多优越的特点。比如,机器人行走路径的设定更加灵活机动;也因此路径改变的实现更加简单;对路面等环境因素变化的影响有更强的适应能力;能更精确、实时地检测位置与方位值并具有感知和避开障碍的功能;信息通信能力更强,具有人机对话与多机器间协调工作的优点。
组成结构
。如图所示,它由四个部分组成,分别为底盘、物料装卸机构、传感器模块和控制系统。接下来分别介绍着四个部分。
下支撑板
上支撑板
机器人的组成结构
1 底盘
机器人的底盘由两层支撑板构成,支撑板的材料可选择塑料,以减轻机身重量、增加机器的灵活性、降低制造成本。控制货叉移动的电机和电池盒装在上层板上,下层板上主要安装有控制系统的电路板、万向轮、驱动轮、驱动轮电机。板在寻线传感器和控制系统的作用下,机器人底盘可沿预先设定的固定路线自主行驶。此例举的是轮式行走机构,亦可采用履带式的,车轮可以设计成悬挂轮式结构,以提高机器人适应路况的能力。
2 物料装卸机构
物料装卸机构是用来完成货物的装卸,它类似工厂里的叉车的前叉,但比后者要复杂,功能更完善。它是由货叉、导向杆、电机、传感器组成。货叉由多根较短的杆件组成,从侧面看成直角状,这是机械设计的范畴,是为了使货物的装卸更加方便快捷。为了检测以避开障碍物,可以在机器人的前部安装障碍物传感器,可以考虑安装在水平杆件的前部。这里选择的传感器是红外反射式障碍物传感器,共安装两个,分别位于货叉左右两个前叉端处。当遇到障碍物时,传感器接收到红外反射光线,根据光线反射的时间判断障碍物的距离以及是否需要转向响应以避开障碍,这里也可以考虑选用其他传感器。导向杆由两根较长的杆件组成,分别垂直地固定在机器人底盘上的左右两端,其顶部和底部各装有一个接触开关。导向杆有两个主要功能。其一,它对货叉的上下移动起导向作用,货叉连接在导向杆上并沿着导向杆上的沟槽移动;其二,它利用其上的两个接触开关可以控制货叉的运动与静止以调整其上下移动的距离。电机为货叉的上下移动提供动力,它通过绳索带动货叉上下移动。其运动过程是,打开接触开关,电机放送绳索,使货叉下降,到一定位置时,接触开关关闭,水平送入货叉到货物底部,然后接触开关打开,电机做功带动绳索拉动货叉向上移动一段距离以托起货物,然后再关闭接触开关,固定货叉以使货物稳定。然后机器就按照设定的路线运送货物。
3 传感器模块
这个机器人用到了四类传感器,把它统称为传感器模块。这四类传感器分别是寻线检测传感器、障碍物检测传感器、起点/终点判别传感器与货叉行程接触开关。以下依次说明它们的功能。
(1) 寻线检测传感器
寻线检测传感器安装在机器人的底部,用于控制机器人的运行路线。它利用的原理是:黑色吸收光线而白色反射光线。机器人根据这个原理识别黑白色,判断行走路线,从而实现对预先设置的