搬運機器人驅動系統的設計與實現
何躍軍，陳偉，劉先明
(深圳職業技術學院，廣東深圳518055)
摘要：闡明了Robocon大賽模塊搬運機器人驅動系統的設計。該設計包括驅動系統機械部分的車載機構和行走機構的設計，以及電控系統的設計，電控系統的設計包括尋線傳感器的設計、主驅動輪的電機驅動和車載機構電機的驅動設計。實踐表明，機器人設計方法簡單，實用可靠，達到了預|十的效果。
關鍵詞：機器人；驅動系統；電控系統
中圖分類號：TM33；TM383．4 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7018(2008)04—0032—03
O引言
Robocort為亞洲廣播電視聯合會(ABU)舉辦的亞洲年度大學生機器人大賽，主題是根據黃帝造指南車的故事制定的“華夏之光”。比賽規則主要內容如下：紅隊和綠隊分別采用手動機器人(代表黃帝)和自動機器人(代表工匠)把木塊(紅隊為紅色模塊，綠隊為綠色模塊)放到“戰車”(場上的墩子)上。把木塊放到“戰車”頂部的隊占有了這輛“戰車”，并得分，內圈、中圈到外圈戰車的分值分別為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械手的自主型模塊搬運機器人(即我方比賽中的自動機器人)驅動系統的設計。
1驅動系統結構設計
本搬運機器人驅動系統機械結構主要包括行走機構和車載機構兩部分。
1．1行走機構的結構設計
行走機構采用輪式驅動方式，其結構外形示意圖如圖2所示。其主要功能是使機器人按照設定，到達預先的位置。它由兩個24 V伺服直流電動機和兩個萬向輪組成。兩個直流電動機安裝在機器人的后方，分別驅動兩個后輪，為機器人行動提供動力。車輪外加軟性橡膠材料，以增加車輪摩擦系數。兩個萬向輪安裝在機器人的前方，為機器人本體提供穩定的支撐，并跟隨驅動輪的運動方向運動。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線，以分別控制兩個行車電機的轉速差，從而控制機器人按事先規劃的路徑行進。
1．2車載機構驅動系統的機構設計
車載機構結構圖如圖3所示。它的作用在于：當機器人到達指定的地點后，用從機械手拔除對方的模塊(由于我方機器人帶有顏色攝像頭，因而可以識別敵、我模塊)，然后通過機械手轉換機構，使正交排列的從機械手和主機械手同時逆時針轉動90。，機器人前面的從機械手轉到機器人左邊，主機械手轉到機器人正前方，機器人采用主機械手安放己方事先拿好的模塊。
由于比賽對機器人的總重量有要求,因而我們在設計上,從機械手重量較輕,功能上僅用于拔取和丟棄對方的模塊。而主機械手則擔任主要任務，用于搬運和安放自己的模塊。主從機械手轉換機構采用錐形齒輪傳動，其錐型齒輪和轉換驅動電動機如圖4所示。
主、從機械手的采用，提高了我方機器人的效力。即使對方先于我們到達戰車，安放好模塊，我方也能通過搬走對方的模塊，從而得分。
機械手的提升部分采用寬同步帶傳動，以提高穩定性。機械手的開爪部分在爪上加裝了橡膠和海棉，以提高附著力。機械手的提升用電機、機械手的開爪用電機和主、從機械手的轉換機構中的電機，均采用帶自鎖力的24 V直流減速電動機，便于程序控制。
2驅動系統電控設計
2．1硬件系統設計
機器人電控系統的原理框圖如圖5所示。根據比賽要求，所有機器人總重量不超過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，鉛酸蓄電池優點是過、充放電能力強、耐用，缺點是體積大、重量較重，考慮到我們設計的機器人其他部分較輕(機器人主干部分大都采用鋁合金結構，整車重量僅為為10．2 kg)，適當地增加電池的重量還能使車底盤重心降低，增加機器人行走的穩定性，因而我們采用了此類型的電池。 |
