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某巡检机器人的初步方案设计案例

目录

TOC\o1-3\h\u6548某巡检机器人的初步方案设计案例 1

47141.1课题设计任务 1

9852.2课题主要涉及工程复杂问题及解决方案 1

81631.1.1移动平台选型 1

118261.1.2开锁末端执行器设计 2

4301.1.3视觉传感器的放置位置 3

232831.1.4驱动电机类型选择 3

100191.3总体方案确定 3

2621.4非技术要素分析 4

93961.4.1工程与社会 4

80881.4.2环境与可持续发展 4

203031.4.3职业规范 5

103511.4.4项目管理 5

184161.4.5个人和团队 5

1.1课题设计任务

为适应工程需求，机器人本体设计需满足如下要求：

根据任务分析设计适用于仓库内安检的移动式机器人系统，需完成图像对照及上传、开关柜门查验状态；

进行相应的运动分析，机械手本身具备柔性，能够对机械手转动轴心与门锁旋转轴心之间的位置偏差进行补偿，保证机械手工作时的可靠性，有效避免对门锁把手的损伤；

进行视觉系统传感器的选型，考虑其安装位置。

技术指标：实现图像多角度采集，机械臂需考虑电气隔离以及防爆、良好避障。所设计机器人服务场景为仓库巡检装备，需实现对仓库内配电柜、控制柜等设备的快速检查，日常图像对照及上传。

课题主要涉及工程复杂问题及解决方案

1.1.1移动平台选型

（1）轮式结构：此类结构是很常见的一种结构，不能在复杂地形环境上进行更好的行走。但是对履带式和腿式结构而言，此类结构平地运行时稳定性高，可以拥有更高的速度。

（2）履带式结构：履带式结构在跨越障碍时能保持稳定，越障性能优良，但在平地时速度较慢。用履带作为移动底盘，橡胶履带有以下特点：速度快、噪音低、振动小、牵引力大、对路面破坏小、接地压小、机体重量轻。履带会对地面造成影响，如果是仓库会伤害到地面，影响环境履带磨损较大，不适合在仓库这种较封闭，较小的空间内使用。

（3）腿式结构：腿式结构具有很强的越障能力，但是机器人的结构和控制都极为复杂，而且稳定性不高。腿式结构关节需要很多电机进行控制，而且开锁时候精度不高，不能更好的完成对控制柜、开关柜的开锁，不适合于在仓库这种较封闭，较小的空间内使用。

表2开锁机器人性能参数

Table2Performanceparametersoflock-pickingrobot

参数

数据

自由度

6

最大负载

30kg

最大作业半径

约700mm

重复定位精度

±0.5mm

工作环境温度

-15°C/50°C

运动范围

J1

±180°

J2

±90°

J3

≥±90°

J4

±90°

J5

≥±90°

J6

±180°

1.1.2开锁末端执行器设计

（1）由于本机器人需要进行多功能，所以其末端执行器需设计几种，在开关门方面可以用吸盘来控制，开锁时候选择将所有控制柜的钥匙放在一个类似套袖的盒子里，可以将钥匙弹出，当需要开锁时，机械臂连接这个套袖装置，需要开哪个控制柜锁就弹出对应的钥匙实行开锁动作，此方案实行起来太过复杂，并且需要设计控制钥匙的装置，难度较大，制造加工困难。

（2）用三爪卡盘对锁外圆面进行加紧，电机一连接齿轮齿条实行驱动，电机二控制钥匙的插入，即钥匙的直线运动，电机三控制钥匙的旋转进行开锁动作，此方案需要三个电机来作为驱动，整体末端执行器长度以及重量都比较大，成本较高。

（3）选用快换装置与气动手指用法兰盘连接，用气动手指对钥匙进行夹持，此方案由于外购件，成本较昂贵。

1.1.3视觉传感器的放置位置

（1）将摄像头放在机械臂末端。这样拍照较灵活，一般来说无死角。由于还需要摄像头或者视觉传感器来确定锁的位置，所以放在机械臂末端最为合适。

（2）将摄像头放在车身上。放在车身上很不灵活，并且需要设计较高的车身，不合理。

（3）将摄像头放在一个独立的支架上，支架可以固定在车身上，用一些小机构来进行支架简单的摆动来保证拍摄效果，由于独立设计所需成本也比方案一所需高。

1.1.4驱动电机类型选择

（1）步进电机：可实现数字控制，不仅易于控制，而且控制性能很好，位置误差不会积累，还可以进行自锁及保持转矩，这也就保证了定位精度。

（2）直流伺服电机：此类电机具有调速特性优良、启动力矩大、相对功率大及响应迅速等特点，直流伺服电机还是闭环控制，具有反馈，控制精度高，而且控制技术相对成熟。

（3）交流伺服电机：此类电机结构简单、运行可靠、高速性能好、抗过载能力强及使用维修方便等特点，而且还为闭环控制，转矩较大，精度高。更适用于仓库移动巡检机器人的设计使用。

1.3总体方案确定

对毕设课题总体方