搬运机器人驱动系统的设计与实现

  何跃军，陈伟，刘先明

(深圳职业技术学院，广东深圳518055)

    摘要：阐明了Robocon大赛模块搬运机器人驱动系统的设计。该设计包括驱动系统机械部分的车载机构和行走机构的设计，以及电控系统的设计，电控系统的设计包括寻线传感器的设计、主驱动轮的电机驱动和车载机构电机的驱动设计。实践表明，机器人设计方法简单，实用可靠，达到了预|十的效果。

  关键词：机器人；驱动系统；电控系统

  中图分类号：TM33；TM383．4  文献标识码：A  文章编号：1004-7018(2008)04—0032—03

O引言   

  Robocort为亚洲广播电视联合会(ABU)举办的亚洲年度大学生机器人大赛，主题是根据黄帝造指南车的故事制定的“华夏之光”。比赛规则主要内容如下：红队和绿队分别采用手动机器人(代表黄帝)和自动机器人(代表工匠)把木块(红队为红色模块，绿队为绿色模块)放到“战车”(场上的墩子)上。把木块放到“战车”顶部的队占有了这辆“战车”，并得分，内圈、中圈到外圈战车的分值分别为3分、2分和1分。****占有比赛场地中央的3辆“战车”，建成V字形“指南车”的队就是获胜队。在两队均未建成“指南车”的情况下，得分多的队获胜。整场比赛定为3分钟。本文主要阐明我校带主从机械手的自主型模块搬运机器人(即我方比赛中的自动机器人)驱动系统的设计。

1驱动系统结构设计

     本搬运机器人驱动系统机械结构主要包括行走机构和车载机构两部分。

1．1行走机构的结构设计

     行走机构采用轮式驱动方式，其结构外形示意图如图2所示。其主要功能是使机器人按照设定，到达预先的位置。它由两个24 V伺服直流电动机和两个万向轮组成。两个直流电动机安装在机器人的后方，分别驱动两个后轮，为机器人行动提供动力。车轮外加软性橡胶材料，以增加车轮摩擦系数。两个万向轮安装在机器人的前方，为机器人本体提供稳定的支撑，并跟随驱动轮的运动方向运动。在控制上，我们通过安装在车前的红外反射式传感器阵列，检测场地上的白色引导线，以分别控制两个行车电机的转速差，从而控制机器人按事先规划的路径行进。

1．2车载机构驱动系统的机构设计

    车载机构结构图如图3所示。它的作用在于：当机器人到达指定的地点后，用从机械手拔除对方的模块(由于我方机器人带有颜色摄像头，因而可以识别敌、我模块)，然后通过机械手转换机构，使正交排列的从机械手和主机械手同时逆时针转动90。，机器人前面的从机械手转到机器人左边，主机械手转到机器人正前方，机器人采用主机械手安放己方事先拿好的模块。

     由于比赛对机器人的总重量有要求,因而我们在设计上,从机械手重量较轻,功能上仅用于拔取和丢弃对方的模块。而主机械手则担任主要任务，用于搬运和安放自己的模块。主从机械手转换机构采用锥形齿轮传动，其锥型齿轮和转换驱动电动机如图4所示。

    主、从机械手的采用，提高了我方机器人的效力。即使对方先于我们到达战车，安放好模块，我方也能通过搬走对方的模块，从而得分。

    机械手的提升部分采用宽同步带传动，以提高稳定性。机械手的开爪部分在爪上加装了橡胶和海棉，以提高附着力。机械手的提升用电机、机械手的开爪用电机和主、从机械手的转换机构中的电机，均采用带自锁力的24 V直流减速电动机，便于程序控制。

2驱动系统电控设计

2．1硬件系统设计

    机器人电控系统的原理框图如图5所示。根据比赛要求，所有机器人总重量不超过50kg，动力源采用24 V蓄电池。为此我们采用1．5 AH的铅酸蓄电池作动力源，铅酸蓄电池优点是过、充放电能力强、耐用，缺点是体积大、重量较重，考虑到我们设计的机器人其他部分较轻(机器人主干部分大都采用铝合金结构，整车重量仅为为10．2 kg)，适当地增加电池的重量还能使车底盘重心降低，增加机器人行走的稳定性，因而我们采用了此类型的电池。