家用搬运机器人

1、三峡大学第四届机械创新设计大赛家用搬运机器人三峡大学第四届机械创新设计大赛 作品设计说明书 家用搬运机器人 参赛成员：杨凡 ，方航 ，葛旭甫 ，吴阳，陈健指导教师：张力内容目录一设计背景及意义.二作品简介.三工作原理.四主要创新点.五作品市场前景.六.缺陷分析.7 参考文献.8 附页.1 设计背景及意义 我们平时在食堂吃饭的时候，会发现到最后会有很多的盘子、筷子、残留物等需要清理，尤其在欣苑这样的面积比较大的食堂，这是一项非常繁重的工作，给食堂的阿姨增添了许多额外的麻烦。那么有没有一种可以代替阿姨收拾餐具的东西呢？我们通过不断地思考，最后发现可以设计一种能够自动识别垃圾、判别方向、清理家庭废物

2、的机器人。最后我们做出了这个家用搬运机器人，在实际的设计中，我们不可能将实际的餐具放到机器人面前让它抓，所以我们就用塑料小圆桶替代了餐具，在机械手承受的力度，抓物的松紧程度上会有所改变。 这个机器人主要就是针对家庭使用设计的，例如：收盘子，清理桌上的废物，倒垃圾，重复性的搬运工作等等家务劳动。如果在里面添加语音识别系统（苹果公司现在已经研发了），家庭搬运机器人将拥有自动语音对讲功能，就可以用在大型商场及大型的餐厅了。二.作品简介2.1总结构介绍：机械手：通过两对类似于锥齿轮的旋转体的啮合来实现机械手的抓紧和放松。机械手臂与机械手的工作配合：通过双摇杆机构来控制类似锥齿轮旋转体的动作，从而控制机

3、械手。电机（三个伺服电机）：分别控制左右轮和机械手。传感器（超声波传感器，压力传感器）部分;履带型车轮及机器人连杆；主线控制部分；2.2结构介绍 该设计主要包含RCX、三个马达、一个触控感测器和一个超声波感测器，各种大小的轮胎和履带,齿轮、轮轴、横梁，还有各种连接杆。3 工作原理3.1功能介绍这个家用搬运机器人可以通过超声波传感器扇形扫描的方式，自主寻找离它最近的物体，确定物体方位，找到并把它抓起来，然后送到远点的地方放下，最后快速退回起点位置，继续寻找其它最近的物体。循环三次：依次寻找、抓取、搬运、和放下三个物体。 在这个机器人里面有三个电机，A电机控制着机械手的抬起和放下动作，B、C电机控

4、制着小车的左右轮子，从而控制着小车的行走。同时，超声波传感器可以检测到小车与物体之间的距离，在超声波传感器的后面藏着的是触碰传感器，当机械手抬起来，机械手上的一个挡块会压下压力传感器，这时A电机停转，机械手也停止在极限高度。NXT电机是伺服电机，电机里都有一个编码器，实时检测着电机转动的角度，正是因为编码器，它记录下了当超声波传感器找到最近物体的当时，C电机的转动角度，才使小车扇形扫描结束后，转回到与物体正对的方向,张开机械手，抓起物体。3.2机械原理： 3.2.1总设计图: 3.2.2机械传动部分3.2.2.1总体工作原理首先电机带动小齿轮，然后通过齿轮传动将运动传到第一个双摇杆结构，第一个

5、摇杆结构的从动杆作为第二个双摇杆结构的原动杆将运动传递下去，最后从动杆带动旋转体啮合转动，从而实现机械手的张紧与松开。3.2.2.2机械臂的上下动作当机械手处于夹紧状态时，齿轮继续转动，此时机械臂在齿轮力的作用下绕三角形支架顶点转动，从而机械臂上升，上升到极限位置时，机械臂上某个挡块触碰到压力传感器，电机停止工作，此时机械臂保持此位置不动，等待下一命令。机械臂的下降过程即为上升过程的逆过程。3.2.3机械手具体机构 如图，通过类似于锥齿轮的啮合旋转体作用将电动机传递过来的信号转化为机械手加紧与松开的动作。3.2.4两个双摇杆结构连接体通过次机构将两个双摇杆结构连接起来让他们运动发生关联。3.3

6、程序控制部分：【A】鼠标控制搬运机器人原理图及解说要用鼠标遥控乐高NXT机器人，首先需把鼠标的按键和滚轮信息读取到PC机的LabVIEW软件中。 鼠标数据采集程序由下图中“Query Input Devices”VI，“Intialize Mouse”VI，“Acquire Input Data”VI，“Close Input Devices”VI四个VI构成。如下图所示，鼠标遥控乐高机械手车的程序，可以分成两个组成部分，一是遥控机械手的程序，二是遥控小车行走的程序。 首先，我们来介绍遥控机械手程序。“Acquire Input Data”VI采集滚轮Scrolling数据，然后通过“按名称解

7、除捆绑”VI把“轴信息”簇中的各轴坐标数据提取出来。当我们的手指向前滚动了鼠标滚轮，Scrolling的值就会大于等于120，于是执行图1中上面那个条件结构的“真”分支的程序，程序完成的任务是：机械手在A电机的带动下抓起物体并抬起，直到机械手上的挡块压下触碰传感器，A电机停，机械手抬起到极限高度。当我们再向后滚动鼠标滚轮，滚轮Scrolling数据会产生小于等于-120的数据，执行图1中下面那个条件结构的“真”分支的程序，A电机反转，转动-360度角度后，电机停下来，机械手放下，把物体松开。我们还设置了一个标志，当我们向后滚动滚轮执行一次松开机械手的程序后，再向后滚动滚轮，不会执行松开机械手的

8、程序，只能向前轮动滚轮，把“标志”设置为“true”，才能再次向后滚动滚轮执行松开机械手的程序，这样能防止死机。 介绍了遥控机械手的程序，再介绍遥控小车行驶的程序，“Acquire Input Data”VI采集的数据，用“按名称解除捆绑”VI把“按键信息”簇中的各按键数据提取出来。“button 1”表示鼠标“左按键”是否按下，按下为“true”，松开为“false”。 “button 2”表示“右按键”，“button3”表示 “滚轮按键”， “button 4”表示“后退按键”。同时，我们设置了两档速度，按下“button4”按键，同时滚动滚轮，可以把“速度 切换”变量分别设为60或20

9、，“速度切换”变量可直接送到B、C电机模块 的功率端子，这样可以使小车的速度变快或变慢，“按名称解除捆绑”VI后面跟着的是三重条件结构，完成的任务是：当同时按下鼠标的“左”、“右”按键，小车前进，注意图1那个三重条件结构展示出来的就是同时按下鼠标的“左”、“右”按键，执行的程序。当按下鼠标的“左”按键，小车左转，当按下鼠标的“右”按键，小车右转，当按下“滚轮”按键，小车后退。【B】键盘控制部分：首先用labview采集到键盘信息，编写相应的labview程序，通过up,down,pgup,pgdn等按键控制小车的运动。【C】自动化操控的程序已经嵌入到相应的单片机中，只要执行相应的文件即可以执行

10、。【C语言控制电机转向，转速程序见附页】四.主要创新点：1.机械结构简单，通过齿轮的传动和一些简单的连杆结构就能实现机械手的快速定位和抓取。2.操作简单，可以用鼠标、键盘等多种具有蓝牙无线控制的设备来加以控制，更重要的是，他了里面自带的超声波传感器可以搜索物体，自动的选取最近的一个物体搬运，即：自动控制，实现无人操作，真正实现自动化。3.用手机控制：创建Google App Inventor编程环境，让Android手机读到乐高NXT机器人的传感器信息。我们可以把程序写好放在Android平台上，从而用Android手机控制机器人。这样解决了以往的机器人只能使用pc机运行或者使用外置的遥控设备

11、的问题，真正实现随时随地操控机器人。在21世纪物联网社会，这有很大的意义，因为物联网也将实现用手机等易携带的移动设备控制对象。其次，为移动厂商的程序开发拓展了应用的市场。由于大赛的篇幅限制，再次就仅作为一个提示。更多具体的还需要详细的程序设计和单片机，以及机械原理的精细结合。五.作品前景现如今，智能机器人层出不穷，其应用范围也越来越广，逐渐深入到生产、学习和生活等多个领域，为我们提供很大的便利。例如智能机器人可以代替人们在恶劣环境下24小时不间断地作业，极大地提高了生产效率，为企业节省大量的人力物力。除此以外，这个机器人还有哪些社会实际应用呢？【1】在大型饭馆里，收拾餐具是件庞大繁重而又费力的

12、工作，餐厅可以使用这种机器人收拾餐具，这样不仅可以节省大量人力，还可以提高餐厅工作效率，更能减少因人为失误而造成的大量损失。如果在机器人上装上语音识别系统，它还可以充当服务员的角色，在客人点好菜后，把菜单拿到厨师那里，做好菜后再自动送到客人那里。它甚至还可以与客人做简单的言语交流，例如：您好，欢迎光临等；随着电子科技的快速发展，我们还可以让机器人拥有语言识别能力，让机器人能与不同国家人交流，在全球化不断深入的背景下，这将有助于饭店的实际经营。非常有吸引力。【2】在军事上，它可以排除危险爆炸品、布设炸弹等，甚至可以用于军事化打击。缺陷分析1. 本作品自动工作时对地面平整度要求高。2. 自动工作时

13、，容易受周围近物干扰，干扰之后，不能自己重新调整继续工作，作用空间较窄。七.参考资料：1.百度搜索：百度专利搜索；国家知识产权局专利检索；乐高机器人网站搜索。2.机械制图何铭新 钱可强 主编：祖茂 高等教育出版社；3. 机械原理孙桓 陈作模 葛文杰主编 高等教育出版社。4. 智能电子创新制作机器人制作入门 陈继荣 科学出版社5. 移动机器人学科学方法智能体行为的星化分析 (德国)内姆佐夫 机械工业出版社6. LegoNXT机器人网络学习平台：附页：C程序如下（有详细注释）：C语言控制电机转向，转速，启动顺序。 /*任务说明：机械手车，搜寻三个物体，并依次扫描定位最近的物体，搜寻物体前，先抬起机

14、械手，然后靠近它，定位物体和靠近物体的动作循环两次，这样可以提高抓取物体的成功率。靠近物体后，机械手车先后退，放下机械手，接着前进，抓取并抬起物体，再前进一小段距离，放下机械手，松开物体,最后，小车长距离退回原位，再去搜索其它最近物体。以此循环三次。*/声明变量Closest和Direction/Closest变量存储超声波传感器检测到与物体之间最近的距离int Closest;/Direction变量存储最近距离时，C电机的转角int Direction;/机械手抓取物体，并把物体抬起sub Arm_Grab() /A电机正转，驱动机械手抓取物体，并抬起 OnFwdReg(OUT_A,30,

15、OUT_REGMODE_SPEED); /直到机械手的挡块压下触碰传感器 while(SENSOR_1=0); /停止A电机 Off(OUT_A);/机械手放下sub Arm_Release() /A电机反转， RotateMotor(OUT_A,-20,400);/扫描寻找最近物体，并使小车定位、朝向待抓取物体sub Find_Object() int val; /初始化Closest为255，超声波传感器检测的最大值是255 Closest=255; Direction=0; /小车在B、C电机的带动下，向左旋转，到达扇形扫描的左端 RotateMotorEx(OUT_BC,50,480,

16、-100,true,true); /把C电机的转角重置为0 ResetTachoCount(OUT_C); SetOutput(OUT_C,TachoCount,0); /小车向右扫描一个大角度扇面，直到C电机转过1000度 OnFwdReg(OUT_B, -20, OUT_REGMODE_SPEED); OnFwdReg(OUT_C, 20, OUT_REGMODE_SPEED); while(MotorTachoCount(OUT_C)<1000) /把扇面扫描中，检测到的传感器与物体的最近距离赋值给Closest /把最近距离时的C电机转角赋值给Direction if(Senso

17、rUS(S4) Closest=SensorUS(S4); Direction=MotorTachoCount(OUT_C); Off(OUT_BC); /扫描结束，把到达扇面左端时的C电机转角与最近距离时的转角之间的差值 /赋值给val val=MotorTachoCount(OUT_C)-Direction; /把C电机的转角重置为0 ResetTachoCount(OUT_C); SetOutput(OUT_C,TachoCount,0); /根据val转角差值，小车再左转，直到小车正对着最近物体 OnFwdReg(OUT_B, 15, OUT_REGMODE_SPEED); OnFwd

18、Reg(OUT_C, -15, OUT_REGMODE_SPEED); until(MotorTachoCount(OUT_C)<-val);/小车定位后，靠近物体sub Move_Closer() int deg; /小车转过“deg”角度，向前靠近物体 deg=Closest*25; RotateMotor(OUT_BC,60,deg);/主程序task main() int i,j; /设定触碰传感器连在NXT控制器的传感器端口1 SetSensorTouch(S1); /设定超声波传感器连在NXT控制器的传感器端口4 SetSensorUltrasonic(S4); /抓取物体，搬运物体的动作，执行三次 for(i=0;i<3;i+) /抓取并抬起物体 Arm_Grab(); /定位物体和靠近物体的动作循环两次 for(j=0