王龙宁 林丰山

(西北农林科技大学，陕西 杨凌 712100)

0 引言

近几年，国内先后出现了一系列机器人竞赛，为推动机器人事业的发展提供了强劲的动力，机器人比赛一方面能够推动技术进步，分析可知，较多比赛项目都是基于一些实际社会生产中的问题，以中国机器人大赛工程组的搬运组比赛而言，比赛的任务是让自主设计的机器人小车自动将不同颜色的物料送到对应颜色的位置，模拟了工业自动化生产中物流运输。现如今，很多工业正向自动化、智能化转型，提高生产效率。另一方面，机器人比赛激发了青年们的乐趣，促进了学校多方面教育发展，设计一辆符合比赛要求的机器人智能车，需要多方面的知识，以及一定的实践经验。通过参加比赛，将所学的知识应用于实际，提高动手能力，逻辑分析能力，进一步巩固学到知识。

搬运机器人，为满足搬运工作的需要，其机械结构复杂，整体采用多个舵机，便可相互配合完成不同的动作。车轮以及机械爪均采用舵机控制，简单准确。本文则着重研究搬运机器人的运动方式和运行机理，指出该运动方式的优缺点，为基于机器视觉的搬运机器人的进一步智能化研究提供参考。

1 搬运机器人的机械结构

图1(a)为一种基于机器视觉的搬运机器人效果图，图1(b)为一种基于机器视觉的搬运机器人实物图。其包括车体及设置在所述车体上的控制器、云台、机械手和机器视觉模块，车体包括上板和下板，上板和下板之间通过铜柱连接，上下板之间留有足够空间，可作为搬运物块的储备空间；云台和所述机械手设置在所述下板上，机器视觉模块设置在所述上板上，车体下部设置有主动车轮及万向轮，云台上设置有钩子且设置在所述车体的前端一侧，机械手设置在所述车体的前端中部且与机械手控制舵机连接，云台、机器视觉模块、机械手控制舵机分别与所述控制器连接。

基于机器视觉的自动搬运机器人系统结构如图2所示，包含微控制板、电源模块、循迹模块、颜色识别模块、OLED显示模块等部分。在小车搬运过程中，电源模块给微控制板、循迹模块等各个模块供电，循迹模块和颜色识别模块将采集到的数据发送给控制器，控制器负责对多方采集到的数据进行处理，并且控制车轮和执行机构，将颜色识别的结果显示在OLED屏上。

图2 自动搬运机器人系统结构

2 搬运机器人的运动方式

2.1 搬运机器人运动方式机理

在小车搬运过程中，电源给微控制板、循迹视觉模块等各个模块供电，循迹视觉模块和颜色识别模块将采集到的数据发送给微控制器控制，工作时，电源通电，搬运机器人由舵机带动驱动轮前进，车体后方加设一万向轮进行车体平衡及姿态调整，由云台驱动钩子的升降及转动，进行货物的定点钩取，由机器视觉模块识别搬运目标，并将信息传送到微控制器进行分析及处理，在抓取识别过程中识别到的路线及目标图片将会实时通过微控制器传到oled显示模块上，以便对车体运动更好地分析，控制器控制所述驱动轮控制舵机带动所述驱动轮使所述车体移动到合适位置，由舵机带动机械手抓取物块，从而实现对所搬运物块的定点搬运、精准搬运。

若机器视觉模块识别到物块处于不可直接抓取的狭窄空间，则机器视觉模块识别抓取目标并与控制器进行通讯，控制器控制云台带动钩子将物块钩出，再完成物块抓取及投放，从而实现定点抓取、定点投放。

其中，驱动轮、万向轮及支撑框架部分组成车体，驱动轮控制舵机带动驱动轮转动，万向轮跟随驱动轮转动，使车体向前运动并使车体保持平衡；钩子和机械爪组成机械收集装置，云台带动钩子完成升降、旋转运动，完成对狭窄空间内物块的移动；舵机转动，进而驱动机械爪展开不同角度，完成抓取、投放物块；机器视觉模块与STM32芯片进行通讯，自动识别抓取目标和投放目标点，进行物块抓取和投放。

2.2 运动方式特点分析

搬运机器人整体运动装置均由舵机控制，其自主搬运具有效率高、机械化程度高、自动作业等优点，但因整体尺寸较小，承重能力弱，存在搬运数量、质量偏低等问题，同时由于机器视觉模块识别问题，有小概率出现目标判断、投放错误等问题，仍需解决。

3 结论

基于机器视觉的搬运机器人在具体应用过程中，多舵机协同工作保证了工作的灵活性，机器视觉模块保证了其取放的精准性，智能控制芯片通讯保证其取放的快捷高效性，云台带动钩子进行钩取保证了完成任务的完整性。整体来说，相比现有的非智能化搬运机器人，其操作简便、自动化程度高、节省人力、作业彻底、高效便捷，为人类提供更加高效精准的搬运物料工作将逐步成为可能。