遠(yuǎn)距離取物機(jī)器人的研制

王新

摘要 目前，市場上的機(jī)械手等助殘工具工作距離比較短，并且只適合固定在輪椅上使用，對于患有關(guān)節(jié)炎等疾病卻不需要坐輪椅的老年人，使用起來很不方便。主要為行動不方便，或患嚴(yán)重關(guān)節(jié)炎而不方便下蹲拾取物品的老年人和殘疾人設(shè)計，幫助他們拾取掉落在地上的物品的小型機(jī)器人。

關(guān)鍵詞 超聲波定位；快速移動；遠(yuǎn)距離拾取

中圖分類號TP24

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號1674-6708（2016）157-0078-02

隨著我國步入老齡化社會，老年人的生活日益得到關(guān)注。我們看到有許多老年人患有風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎，靜脈曲張等疾病，俯身撿拾物品十分困難。尤其是坐在輪椅上的殘疾人和老年人，基本只能靠其他人的幫助才能完成。目前國內(nèi)服老助殘機(jī)器人領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)品比較少，現(xiàn)有產(chǎn)品只適合固定在輪椅上使用，工作距離比較短。對于患有關(guān)節(jié)炎等疾病卻不需要坐輪椅的中、老年人，使用起來很不方便。設(shè)計制作一個可以自由走行，工作半徑大的取物機(jī)器人具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會價值。

1 設(shè)計方案與工作原理

1.1 整體結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)機(jī)器人的使用功能，主要設(shè)計了掃描定位裝置，移動系統(tǒng)、抓取系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，分別完成找尋物體，行走接近，抓取舉高功能。

掃描定位裝置，見圖1：由超聲波傳感器、伺服電機(jī)組成，可對機(jī)器人前方180度扇形區(qū)域進(jìn)行掃描，掃描距離最遠(yuǎn)達(dá)4.5m。移動系統(tǒng)由雙履帶和兩個步進(jìn)電動機(jī)組成，具有移動迅速，轉(zhuǎn)向靈活的特點(diǎn)，并且可以克服凹凸不平的路況。抓取系統(tǒng)由機(jī)械手、氣泵、3個氣缸和一個舵機(jī)。根據(jù)控制系統(tǒng)指令，完成機(jī)械手抬起、張開、下落，夾緊功能?？刂葡到y(tǒng)安裝于控制箱內(nèi)，主要部件有5v穩(wěn)壓電源模塊LM2576，小型單片機(jī)系統(tǒng)ATMEGA32，電動機(jī)驅(qū)動模塊L298，直流30VIOA繼電器組成，外部配備光電開關(guān)，控制機(jī)器人的運(yùn)行。

1.2 工作原理

首先進(jìn)行定位掃描：取物機(jī)器人接通電源后，系統(tǒng)處于待命狀態(tài)。然后光電開關(guān)被觸動之后，控制系統(tǒng)向超聲波傳感器以及控制其掃描運(yùn)動的伺服電機(jī)發(fā)出指令，伺服電機(jī)做180°往復(fù)旋轉(zhuǎn)，同時帶動超聲波傳感器做180°掃描。掃描完成后，反饋給控制系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)所有被掃描到物體的位置。

其次接近目標(biāo)：控制系統(tǒng)首先根據(jù)超聲波傳感器輸送回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，確定掃描范圍內(nèi)的每個目標(biāo)的寬度大小，所處位置等。然后對目標(biāo)進(jìn)行鑒別，先剔除不可能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，即寬度大于70mm的目標(biāo)。然后根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)，確認(rèn)最近的一個可行目標(biāo)。然后關(guān)閉超聲波傳感器及控制其掃描運(yùn)動的伺服電機(jī)，并向移動系統(tǒng)發(fā)出指令，控制機(jī)器人底部兩個步進(jìn)電機(jī)，帶動履帶使機(jī)器人向目標(biāo)接近。

第三抓取目標(biāo)：遠(yuǎn)距離取物機(jī)器人移動到目標(biāo)前方85mm時，開啟超聲波傳感器及其掃描伺服電機(jī)，再次精確定位。然后通過調(diào)整步進(jìn)電機(jī)調(diào)整機(jī)器人與目標(biāo)相對位置，微調(diào)擺正機(jī)械手與目標(biāo)的位置。控制系統(tǒng)會繼續(xù)讓機(jī)器人靠近被拾取物體，連續(xù)幾次定位和微調(diào)后，使被拾取物體剛好處在機(jī)械臂下降后抓取位置。接著控制系統(tǒng)打開氣泵，為氣動系統(tǒng)充氣。然后向控制1號氣閥開關(guān)的伺服電機(jī)發(fā)出指令，關(guān)閉支撐用氣缸的充氣門，使氣缸放氣，帶動機(jī)械手放下。