远距离取物机器人的研制

王新

摘要 目前，市场上的机械手等助残工具工作距离比较短，并且只适合固定在轮椅上使用，对于患有关节炎等疾病却不需要坐轮椅的老年人，使用起来很不方便。主要为行动不方便，或患严重关节炎而不方便下蹲拾取物品的老年人和残疾人设计，帮助他们拾取掉落在地上的物品的小型机器人。

关键词 超声波定位；快速移动；远距离拾取

中图分类号TP24

文献标识码A

文章编号1674-6708（2016）157-0078-02

随着我国步入老龄化社会，老年人的生活日益得到关注。我们看到有许多老年人患有风湿关节炎，静脉曲张等疾病，俯身捡拾物品十分困难。尤其是坐在轮椅上的残疾人和老年人，基本只能靠其他人的帮助才能完成。目前国内服老助残机器人领域相关产品比较少，现有产品只适合固定在轮椅上使用，工作距离比较短。对于患有关节炎等疾病却不需要坐轮椅的中、老年人，使用起来很不方便。设计制作一个可以自由走行，工作半径大的取物机器人具有一定的经济效益和社会价值。

1 设计方案与工作原理

1.1 整体结构方案

根据机器人的使用功能，主要设计了扫描定位装置，移动系统、抓取系统和控制系统，分别完成找寻物体，行走接近，抓取举高功能。

扫描定位装置，见图1：由超声波传感器、伺服电机组成，可对机器人前方180度扇形区域进行扫描，扫描距离最远达4.5m。移动系统由双履带和两个步进电动机组成，具有移动迅速，转向灵活的特点，并且可以克服凹凸不平的路况。抓取系统由机械手、气泵、3个气缸和一个舵机。根据控制系统指令，完成机械手抬起、张开、下落，夹紧功能。控制系统安装于控制箱内，主要部件有5v稳压电源模块LM2576，小型单片机系统ATMEGA32，电动机驱动模块L298，直流30VIOA继电器组成，外部配备光电开关，控制机器人的运行。

1.2 工作原理

首先进行定位扫描：取物机器人接通电源后，系统处于待命状态。然后光电开关被触动之后，控制系统向超声波传感器以及控制其扫描运动的伺服电机发出指令，伺服电机做180°往复旋转，同时带动超声波传感器做180°扫描。扫描完成后，反馈给控制系统区域内所有被扫描到物体的位置。

其次接近目标：控制系统首先根据超声波传感器输送回来的数据进行计算，确定扫描范围内的每个目标的宽度大小，所处位置等。然后对目标进行鉴别，先剔除不可能实现的目标，即宽度大于70mm的目标。然后根据传感器的数据，确认最近的一个可行目标。然后关闭超声波传感器及控制其扫描运动的伺服电机，并向移动系统发出指令，控制机器人底部两个步进电机，带动履带使机器人向目标接近。

第三抓取目标：远距离取物机器人移动到目标前方85mm时，开启超声波传感器及其扫描伺服电机，再次精确定位。然后通过调整步进电机调整机器人与目标相对位置，微调摆正机械手与目标的位置。控制系统会继续让机器人靠近被拾取物体，连续几次定位和微调后，使被拾取物体刚好处在机械臂下降后抓取位置。接着控制系统打开气泵，为气动系统充气。然后向控制1号气阀开关的伺服电机发出指令，关闭支撑用气缸的充气门，使气缸放气，带动机械手放下。