智能搬运机器人

智能搬运机器人设计与研发06机电专业课程设计S5组„第八组（制作手爪）第十一组（制作翻斗）„成员：聂兆磊、刘建成员：李中健、李海乐李志辉、王昊杨爱波、信天明指导教师：史艳国、刘宝华、赵延志、王洪波姚建涛、史小华、唐艳华、王志松目录„1.两组方案的选择与确定„2.智能车整体装配图、工程图的绘制„3.智能车电路图、流程图及软件的编制„4.智能车的调试与配合„5.结论总结一、（1）智能车手爪方案的选择1.设计要求：„（1）负载能力（含执行器）5N„（2）工件物料：D30×H40mm„（3）重量：5N以内„（4）手爪张合：30-180度„（5）手爪距地面垂直距离：100mm以上„（6）手爪中心伸出长度：60mm„（7）步进电机扭矩：0.32KN*m，步距角：1.8度起动转矩：60～200rpm，频率：200～700HZ„（8）一个自由度2.传动方案的选择„机器人手爪完成如下动作：沿黑线循迹——检测判断是否到达取料处——驱动手爪抓住物料——转向（90°），至运料机器人处——自动卸载物料——原路返回„通过分析讨论，智能车手爪有以下几种方案：„方案一：通过电机驱动直接带动平面曲柄机构转动。此方案优点是简单，容易实现。„方案二：通过电机带动齿轮机构转动，。此方案的优点是能够实现机械手抓的连续翻转，而且传动稳定安全可靠。„我们设计的机械手抓采用的是方案一。相比方案二，由于省去齿轮和摇杆机构的材料，所以成本最低，结构最简单，灵活性好，而且能充分实现设计要求。智能车翻斗方案的选择„方案一：用皮带带动轮此方案设计比较简单，易于实现。缺点是负载不能过大，否则会出现打滑现象。方案二：凸轮机构。凸轮机构相对比较简单，但在小车翻斗中运用凸轮机构，凸轮的直径会比较大。否则翻斗的机构的翻角不够，不能实现翻斗功能。直径大力矩就会大，电机负载大。方案三：四连杆机构。运用四连杆机构，电机承受的力矩会比较小。运行比较平稳，并且大型工程车的翻斗机构也又很多是四连杆。„基于成本和满足要求考虑，拟采用方案一。智能车翻斗实现如下操作：等待物料进入——行进，走迷宫——到达具体位置，翻斗，卸料„下图所示为手爪模型3.已知条件的检测装置的选择„采用黑白循迹传感器程序设定来感应是否小车到达物料处。采用黑白传感器能够比较准确的确定小车的停止位置，较红外避障传感器准确，且易控制。检测到黑线时为高电平，当检测到白线时，立即发生高低电平跳变，单片机感应到信号。避障检测和处理采用一种集发射与接受于一体的光电传感器，如下图.检测距离可以根据要求进行调节。该传感器具有探测距离远，收可见光干扰小，价格便宜，易于装配，使用方便等特点。遇到障碍物时，立即由高电平跳变为低电平。4.驱动机构的选择„采用学院提供的步进电机，步进电机的一个显著特点是具有快速启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即使步进电机启动或反转。另一个显著特点是转换精度高，正转反转控制灵活。„电机和手爪之间采用同在一水平面上的线连接，较之带传动更加方便，且节省成本。电机和翻斗之间采用带传动。二、小车整体的测绘与装配„应用solidworks尽可能的反应出小车的实体模型，小车装配图如下：将手爪装配到智能车上后如图绘制的手爪工程图智能车整体装配工程图将翻斗装配到智能车上翻斗3D图翻斗工程图翻斗车整体工程图三、智能车电路图、流程图及软件的编制„电路图是机器人各种功能实现其控制功能的基础，其包括：电源：„驱动电路图及实物图：驱动行进电机电路板驱动步进电机电路板单片机（AT80S51）电路板AT80S51单片机芯片各引脚手爪机器人的所有功能，用单片机进行控制，实现这些功能。其电气原理图如下图所示：翻斗机器人的所有功能，用单片机进行控制，实现这些功能。其电气原理图如下图所示软件设计及流程图右侧为智能车手爪流程图„流程图是单片机程序设计的基础。只有设计出流程图，才可能顺利而便捷地编写单片机的程序代码，最终完成程序的设计。„程序省略不写„右侧为智能车翻斗程序流程图四、智能车手爪与翻斗的配合„经两组商量配合：八组智能车手爪距地面高度为120mm，车爪外伸长度为100mm，手爪开口直径为70mm，所用材料为硬塑料，为节省成本，采用螺栓连接，夹持力大于5N，手爪自重约2N，步进电机扭距0.32KN*m，步距角1.8度，起动转矩60~200rpm，频率200～700HZ，满足设计要求。„十一组智能车车斗长70mm，宽50mm，高20mm,车斗与智能车尾部齐平，车斗底部距底面距离为100mm,所用材料为硬塑料，表面喷漆，足以承受5N的重物，且能够实现有效的配合。„两组智能车配合如图所示。智能车到达预定位置夹取物料手爪夹取物料后转向送至翻斗处手爪将物料释放翻斗感应到物料后行进编写程序，调试及配合„在调试的过程中主要出现的问题有如下几种„（1）小车循迹采用的是黑白循迹传感器，小车循迹时左右摇晃比较严重，导致最后夹取圆柱形棒料时出现位置偏差。解决方案：调节两个循迹传感器之间的距离及灵敏度，使小车尽量沿轨迹行进，另外增大轨道面的摩擦系数。„（2）在小车循迹过程中，出现在转弯或拐角处小车转向的问题。解决方案：调整2个红外传感器的感应范围以及灵敏度，并且打扫干净循迹轨道，避免出现干扰信号。„（3）小车夹取物料后转向，有时难以将物料放置到预先等待的车斗中。解决方案：多次调试，不断改进程序，设置号小车的最佳位置，或者设置一条循迹黑白轨道，使小车沿预定轨道到达。„（4）翻斗车在物料未放进翻斗之前就开始行走。解决方案：改进延时程序或红外避障装置的灵敏度。五、结论总结„这次课程设计是由我们八组成员和十一组成员齐心合力，分工配合而完成的。„简要概述一下分工。„第八组„聂兆磊：参与了手爪结构的设计和零件图的绘制，独立负责的完成了小车的编程和调试。„李志辉：主要负责参与设计了小车手爪，部分电路图的绘制，并负责编写小车说明书„刘建：参与了小车手爪的结构设计，并主要负责参与了小车手爪的制作及零件图的绘画，工程图的绘制„王昊：参与了小车手爪的结构设计，并主要参与了小车手爪的制作，工程图的绘制，负责完成了小车电路图的绘制。第十一组„李中健：结构测绘分析、零件图、总装图„李海乐：电路图、翻斗设计、机械加工„杨爱波：资料查阅、翻斗设计、总装图„信天明：资料查阅及分析、总体方案设计、编程、课程设计说明书的编写主要参考文献资料„（1）杨家军编著．《机械系统创新设计》．华中理工大学出版社，2000．„（2）杨平，廉仲编著．《机械电子工程设计》．国防工业出版社，2001．„（3）郑堤，唐可洪主编．《机电一体化设计基础》．机械工业出版社，1997．„（4）吴宗泽主编．《机械设计》．高等教育出版社，2001．„（5）李广弟，朱月秀，冷祖祁编著．《单片机基础》．北京航空航天大学出版社，2007„（6）贾玉春，郑长民主编．《画法几何与机械制图》．中国标准出版社，2005„（7）周伯英，《工业机器人设计》机械工业出版社1995„（8）藤森洋三,《机构设计》机械工业出版社1990THANKYOU