多颜色识别的智能搬运机器人的研制机械结构设计(附件)【字数：9918】
摘 要物流搬运机器人作为现代科技发展的新型产物，它的各方面研究和开发正成为关注的焦点。机器人分拣搬运是江苏省大学生机器人竞赛的指定项目，本文设计了一种能多颜色识别的智能搬运机器人的机械结构部分。本文重点完成了机器人的行走机构、抓取机构、升降机构的选型、设计、力学分析以及校核。用Solid Works对各个机构零部件进行三维建模，并3D打印出各个零件后进行装配。根据比赛任务进行了机器人行走、物料抓取、物料堆叠等环节实验，结果表明能达到预期效果。
Key words:Smart Handling; Lifting Mechanism; 3D Modeling; 3D Printing 目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2同行研究概况 1
第二章 总体方案设计 3
2.1智能搬运机器人的任务分析 3
2.2智能搬运机器人的硬件连接图 3
2.3机械结构的设计方案 4
2.4本章小结 4
第三章 机械结构设计 6
3.1底盘结构设计 6
3.1.1行走方案选型 6
3.1.2底盘的设计 7
3.2 抓取机构设计 7
3.2.1抓取方案选型 7
3.2.2机械手钩取部分 9
3.3升降结构的设计 10
3.3.1升降杆选型与滑块的设计 10
3.3.2定滑轮绕绳升降结构思考 11
3.3.3升降结构设计与比较 12
3.4本章小结 12
第四章 力学分析与电机的校核 16
4.1曲柄滑块的力学分析 16
4.2电机的选择与校核 18
4.2.1驱动轮电机 18
4.2.2抓取机构电机 18
4.3机械结构定型 20
4.4本章小结 20
第五章 实验总结 21
5.1实验一：行走机构的检测 21
5.2实验二：抓取机构的实验与检测 21
5.3实验三：堆叠物块实验 22
结束语 24
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
致 谢 25
参考文献 26 第一章 绪论
1.1研究背景
机器人是一种可以接受人类指令，或按照预先编程设定好的程序自动执行工作的机械装置。它的作用是协助或替代人类去做一些简单或者风险极大的任务。
此次研究是基于江苏省大学生机器人大赛机器人搬运工程项目，根据比赛要求而设计出一个机器人。比赛的任务要求机器人能够在比赛地图上规定的路线上移动，并且可以将物块夹取堆叠至指定位置获取相应的分数。
1.2 同行研究概括
随着近些年来科技的发展，搬运机器人的研究设计越来越多样化，且功能也越来越强大。
2012年亚马逊花费8亿美元收购机器人生产商，在其储物仓库内普及kiva搬运机器人。据调查，kiva在的工作时准确率高达99.99%，并且能够将亚马逊仓库的工作效率大幅度提高。
/
图11 kiva机器人
以色列申卡尔工程与设计学院的一名学生设计一款由独轮车加上搬运手臂的机器人Transwheel。它的内部嵌入了平衡系统，能够平稳地运行在多数路况中，每一台Transwheel搬运机器人都能够独自搬运一件小物料，多台机器合力可以运送体积较大的包裹。它还具有GPS定位功能，能够准确的导航至目标位置。
/
图12 Transwheel机器人
国内目前只有两个仓库开始大规模的使用搬运机器人，其中，阿里的天猫超市使用了自己研发的“曹操”机器人，它可以承重50公斤，行动速度为2m/s。系统在接受到订单后，能够通过内部GPS自主地定位仓库内商品货物的位置，并且自动规划最优路径。
/
图13 “曹操”机器人
下表11是对国内外的搬运机器人的举例表格：
表11 国内外搬运机器人举例
机器人名称
kiva机器人
Transwheel机器人
“曹操”机器人
生产国家
美国
以色列
中国
科研公司
亚马逊
色列申卡尔工程与设计学院
阿里巴巴
生产时间
2012年
2015年
2015年
搬运机器人特点
承重能力强
具有面部识别功能
速度快、效率高
使用场所
仓库
平坦路面
仓库
根据智能机器人的发展分析发现以后搬运机器人越来越趋向智能化，高效化，广泛化。
总体方案设计
根据本次智能搬运机器人在比赛中的任务需求，本章会提出了关于智能搬运机器人的总体设计方案，根据搬运机器人的需求分析基础上确定总体结构框架的设计，并对其机械结构做出详细的分析。
2.1智能搬运机器人的任务分析
本课题来源于江苏省机器人竞赛的项目课题根据比赛要求而设计出一个机器人。比赛的任务要求机器人能够在比赛地图上规定的路线上移动，并且可以将物块夹取堆叠至指定位置获取相应的分数。在这样的背景下要求设计能准确摆放在10环位置，并能将多个物料准确堆叠、颜色一致且准确的机器人系统，完成该机器人系统的机械结构部分设计与研制。
具体要求和内容请参考江苏省机器人竞赛的比赛规则，场景示意图如图21：
Key words:Smart Handling; Lifting Mechanism; 3D Modeling; 3D Printing 目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2同行研究概况 1
第二章 总体方案设计 3
2.1智能搬运机器人的任务分析 3
2.2智能搬运机器人的硬件连接图 3
2.3机械结构的设计方案 4
2.4本章小结 4
第三章 机械结构设计 6
3.1底盘结构设计 6
3.1.1行走方案选型 6
3.1.2底盘的设计 7
3.2 抓取机构设计 7
3.2.1抓取方案选型 7
3.2.2机械手钩取部分 9
3.3升降结构的设计 10
3.3.1升降杆选型与滑块的设计 10
3.3.2定滑轮绕绳升降结构思考 11
3.3.3升降结构设计与比较 12
3.4本章小结 12
第四章 力学分析与电机的校核 16
4.1曲柄滑块的力学分析 16
4.2电机的选择与校核 18
4.2.1驱动轮电机 18
4.2.2抓取机构电机 18
4.3机械结构定型 20
4.4本章小结 20
第五章 实验总结 21
5.1实验一：行走机构的检测 21
5.2实验二：抓取机构的实验与检测 21
5.3实验三：堆叠物块实验 22
结束语 24
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
致 谢 25
参考文献 26 第一章 绪论
1.1研究背景
机器人是一种可以接受人类指令，或按照预先编程设定好的程序自动执行工作的机械装置。它的作用是协助或替代人类去做一些简单或者风险极大的任务。
此次研究是基于江苏省大学生机器人大赛机器人搬运工程项目，根据比赛要求而设计出一个机器人。比赛的任务要求机器人能够在比赛地图上规定的路线上移动，并且可以将物块夹取堆叠至指定位置获取相应的分数。
1.2 同行研究概括
随着近些年来科技的发展，搬运机器人的研究设计越来越多样化，且功能也越来越强大。
2012年亚马逊花费8亿美元收购机器人生产商，在其储物仓库内普及kiva搬运机器人。据调查，kiva在的工作时准确率高达99.99%，并且能够将亚马逊仓库的工作效率大幅度提高。
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图11 kiva机器人
以色列申卡尔工程与设计学院的一名学生设计一款由独轮车加上搬运手臂的机器人Transwheel。它的内部嵌入了平衡系统，能够平稳地运行在多数路况中，每一台Transwheel搬运机器人都能够独自搬运一件小物料，多台机器合力可以运送体积较大的包裹。它还具有GPS定位功能，能够准确的导航至目标位置。
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图12 Transwheel机器人
国内目前只有两个仓库开始大规模的使用搬运机器人，其中，阿里的天猫超市使用了自己研发的“曹操”机器人，它可以承重50公斤，行动速度为2m/s。系统在接受到订单后，能够通过内部GPS自主地定位仓库内商品货物的位置，并且自动规划最优路径。
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图13 “曹操”机器人
下表11是对国内外的搬运机器人的举例表格：
表11 国内外搬运机器人举例
机器人名称
kiva机器人
Transwheel机器人
“曹操”机器人
生产国家
美国
以色列
中国
科研公司
亚马逊
色列申卡尔工程与设计学院
阿里巴巴
生产时间
2012年
2015年
2015年
搬运机器人特点
承重能力强
具有面部识别功能
速度快、效率高
使用场所
仓库
平坦路面
仓库
根据智能机器人的发展分析发现以后搬运机器人越来越趋向智能化，高效化，广泛化。
总体方案设计
根据本次智能搬运机器人在比赛中的任务需求，本章会提出了关于智能搬运机器人的总体设计方案，根据搬运机器人的需求分析基础上确定总体结构框架的设计，并对其机械结构做出详细的分析。
2.1智能搬运机器人的任务分析
本课题来源于江苏省机器人竞赛的项目课题根据比赛要求而设计出一个机器人。比赛的任务要求机器人能够在比赛地图上规定的路线上移动，并且可以将物块夹取堆叠至指定位置获取相应的分数。在这样的背景下要求设计能准确摆放在10环位置，并能将多个物料准确堆叠、颜色一致且准确的机器人系统，完成该机器人系统的机械结构部分设计与研制。
具体要求和内容请参考江苏省机器人竞赛的比赛规则，场景示意图如图21：
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