2018年2月 机床与液压 MACHINE TOOL&HYDRAULICS Feb.2018 Vo1.46 No.3 第46卷第3期 DOI:10.3969/j.issn.1001—3881.2018.03.012 基于工业机械臂的智能助力小车设计 郭亮,安芬菊,李德荣,谢壮伟,张展业,杨俊山 (广东海洋大学机械与动力工程学院,广东湛江524088) 摘要:为了实现快递行业商品的文明装卸,安全搬运,减轻工人的劳动强度等目的,采用了一种集机械臂、真空吸 盘、滑台相结合的方法,设计出了一种智能助力小车,该智能助力小车在装卸货物时部分采用了机械臂和真空吸盘结合的 手段,既减少了工人的劳动量,又保证了物品的完好无损。通过滑台可增加机械臂的可操作范围。同时,整台小车采用智 能遥控,大大减少了人力资源,实现操作的智能化,工作的轻松化。该智能助力小车自动化程度高,制造成本低,在快递 等行业有较好市场前景。 关键词:机械臂;智能;助力;装卸及载运;优化组合 中图分类号:TH一39 文献标志码:B 文章编号:1001—3881(2018)03—147—3 Design of Intelligent Power Assisted Car Based on Industrial Robot Arm GUO Liang,AN Fenju,Li Derong,XIE Zhuangwei,ZHANG Zhanye,YANG Junshan (School of Mechanical and Power Engineering,Guangdong Ocean University, 。 Zhanjiang Guangdong 524088,China) Abstract:In order to realize the loading and unloading of express industry commodity civilization,handling s ̄ety,to reduce the labor intensity of workers,using a set of mechanical arln,vacuum suction and slider combination,an intelligent power assisted car is designed.In the loading and unloading,the method was partially combined with the mechanical arm and the vacuum chuck,not only to reduce the amount of labor,but also to ensure the goods intact.Through the slide,the manipulator operating range could be increased. At the sanle time,the whole Car by intelligent remote control,the human resources were greatly reduced to realize the intelligent opera- tion with lightness.The equipment automation degree is hihg,the production cost is1ow,and the express industry has a good market .prospect. Keywords:Manipulator;Intelligent;Power assisted;Loading and carrying;Unified function 0前言 旋转及上下180。摆动。机械臂前端与真空吸盘结合, 随着我国电子商务的迅速发展和网上购物人数的 通过微型真空泵使吸盘产生真空,吸取车身周围待装 逐渐增多,市场状况对物流领域提出了更多的要求。 载或卸载的货物。另外在车身上安装有滑台。机械臂 在物流业高速发展的今天,许多厂家商品装卸载运仍 固定于滑台支撑板上。通过滑台的移动带动机械臂移 多靠人工完成,不够快捷,而且不能保证运输人员和 动,用以增大机械臂工作范围。智能助力小车设计主 商品的安全,不利于实现文明装卸、文明分发各类物 要包括机械部分、机电控制部分.下面就这两部分内 件。基于这一现状,为了实现商品的轻便装卸及载 容作一简单阐述。 运,设计了一款智能助力小车,它集装卸载,短程载 运于一体,采用智能控制,取代传统的人工移动物 品,能半自动化运行,减少工作人员的工作量_1]。 1 智能助力小车设计思路 图1为智能助力小车三维设计总体示意图,小车 主体采用框架结构,集遥控车、机械臂、真空吸盘、 滑台机构、平板车身于一体。整体设计以遥控车为结 构基础,机械臂装载于平板车身,臂身可左右360o 图1智能助力小车三维设计总图 收稿日期:2016-09-20 基金项目:基于校企协同的工程训练育人平台(525000006);金工实习教学团队(530001005) 作者简介:郭亮(1994一),男,本科生,研究方向为智能制造装备。E-mail:1599008575@qq.corn。 通信作者:安芬菊,E-mail:afj1022@126.com。 ·48· 机床与液压 第46卷 1.1机械部分 1.2控制部分 (1)主控芯片 车上装有机械臂,采用智能控制。图2为机械臂 结构图,主要由吸盘架1、小臂2、连接件3、大臂 4、旋转台5及底座6等六部分组成。通过遥控器发 STM32系列处理器是sT公司新推出的一款基于 高性能、低成本、低功耗的嵌入式处理器,应用了专 门设计的ARM Codex M3低功耗高速内核。STM32丰 送指令使机械臂控制电路运行,机械臂旋转台5可左 右360。旋转.小臂2可上下180。旋转,主要用于装 载和卸载货物 】。 l一吸盘架 富的片上资源可满足各类传感器通讯需求,基于 STM32的控制器与传统的控制器相比可大大降低系统 的开发成本、节约资源。因此,选用STM32系列的 2一小臂 3一连接件 4一大臂 5一旋转台 6 6一底座 图2机械臂结构图 机械臂上装有真空吸盘,由车上装配的真空泵产 生负压.通过硅胶管接在真空吸盘上,使吸盘内部产 生真空,吸附物体 ]。这样既能减轻工人的劳动量, 还能保证货物不受损坏,实现了物品的文明装载。图 3为海绵吸盘结构图,主要包括吸盘、固定环、垫 片、支撑杆、基板、螺母、芯套、通气螺钉、喷嘴及 喷嘴套等。 P O 蛐酬 舯mn 弛眦 l一塑胶吸盘2一固定环3一垫片 4一支承杆5一基板 6一螺母 搪匠 一柏图3海绵吸盘结构图 机械臂座下装有滑台,滑台由支架、丝杠、电 机、支撑板等构成,支撑板左右移动,可带动其上的 机械臂移动。提高机械臂的可操作范围 引。图4为滑 台三维结构示意图。 图4滑台三维结构示意图 STM32F103C8T6作为主控处理器。STM32F103C8T6最 小系统电路图如图5所示 】。 PA0.WKUP llAl PA2 PA3 P.A4 PA5 P_^6 PIA7 三 l A A 29 PB8 30 3l PB9 USB 32 PBl0 USB 33 SWI 34 ;fⅥ]L -1 PB1l PBl2 SW‘ 37 PBl3 IR PBl4 PBl5 队队队队队队队 8 90l1l 2l 3 4l1 5 l :DⅦ·DO PC13.1=c 哪IER. rC T T T ‘0UI)科)1 PC14·OSC32 IN m PCl5一oSC32 oUT BOOTO H L 0 K NRsT VCC3.3 一vBAT 244 V DD...I VSS 1 _ VSS 2 VSS 3 9 l 脚:-1『 一l 2量 . 卜3脚脚Ⅲ吼哪眦哪— VDDA 一 VSSA 一 舭 4 4J :5STM32F103C8T6 3 rr4 5 Systemboard 图5 STM32F103C8T6最小系统电路图 (2)2.4 G无线遥控电路设计 小车采用无线遥控,可通过自主研发的遥控器, 遥控机械臂进行上下左右转动、取物置物以及小车运 动等[6]。该遥控器是自主研发,由Codex M3内核芯 片、2.4 G无线射频模块以及摇杆模块组成,其中摇 杆模块分为可复位和不可复位,分别用于方向控制以 及速度控制。此遥控器体积小巧,操作简单,采用可 充电锂电池进行供电,减少了电源频繁更改的弊 端[7]。设计的遥控器原理图如图6所示。 T 耶 酷 盯 ~;l3 19] 郭亮等:皋丁]_业机械臂的智能助力小车设} ·49· PA1).WKL。P PB0 PAl PBI PA2 PB BOOT1 PA3 PB3,J I'DO PA4 PB4/JNTRST PA5 PB5 PA6 PB6 P^ PD7 lS PB8 PAq PB9 PA10 PB10 PA_1 PB】】 PA1 2 PH12 PAI 3iJJ、MS;S DIO PBj 3 PAl4 K—SW¨K f】H14 a -I ± G1(} (1Pl()ND r l5 rJTDl PBI 5 GPIO2 8 (,PIOl t)SC I I】D0 I,CI 3-fAMPhR—Ri( VI)】) oS () T PDI PCl4.OSC32 IN PC1 5-OSC32 OUf l|OO r() 锺] ̄1.MISO 1i SND1()FOL I K【 N1RQ NRST VBA r “ · .'ll r-> S(;DNND VDD l VSS l Vl】f): VSS VDD 3 VSS 3 VI)I]A VSSA 争‰ 【1{一酯P4 VI.'L 口 ‰【)4 4 k7。 0 K K c=k q 2 ^_ l8 ( V C V , 7 3 6 r 3 3 4 5 5 4 6 3 7 2 R I 图6遥控器原理 (3)电饥控制 在保证主控芯片发个的川时. 俅i【l J 电机舵fJ【 脉7『}I宽度州制(PWM)是利刖微处理器的数宁输 部分的准确输出控制 … 求对摸拟电路进行控制的一种非常有效的技术, 2设计效果 J 泛 川 从测 、通fZ ̄f-IJ功率控制与变换的许多领 此智能助力小乍如 8所示,结构简t .,制造成 域l}l智能小 机械臂_l二的舵机和减速步进电机都是 本较低.采用智能控制.操作简 力 便, 试验.助 通过卞控 ”LI,。片,』l脚输 的PWM信号进行精准控制的, 力小车可用于木材、玻璃、纸箱、抓包袋等材料的装 7为PWM隔离接口电路 ,实现主控芯片和电机舵 卸,短程载运等.川途较为广泛.人人减少J 劳 机控制I乜路之n1J的隔离.避免主控芯片驱动电机工作 时 -, ,J人电流反馈『nI去l,烧毁主控芯片 , 图8竹能助力小1 物卡I!I 剖 (下转第127页) 矧7 PWM隔离接口电路 第3期 丁洪鹏等:外啮合齿轮泵侧板平衡槽优化设计 170. 参考文献: [1]陈英.外啮合齿轮泵的间隙优化及振动和噪声的研究 [D].长春:吉林大学,2004. 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(2)智能控制小车能通过遥控器进行遥控,操 作简单、自动化程度高。 (3)结构简单,成本较低,使用方便,进一步 [7]杜金浩,张兴瑞,赵亚凤.基于STM32的无线同步机械臂 的设计[J].机电产品开发与创新,2015(4):23-24. DU J H,ZHANG X R,ZHAO Y F.Design of Wireless Syn- 技术完善后,制造成产品,具有良好的推广应用价值 和一定的市场前景。 参考文献: [1]张春林,等.机械创新设计[M].北京:机械工业出版社, 1999. chronous Mechanical Arm Based on STM32『J].Develop. ment&Innovation of Machinery&Electrical Products. 2015(4):23—24. [8]查帅荣,周海芳,章杰.基于STM32的机械臂反馈控制系 统[J].微型机与应用,2014(22):11-12. ZHA S R,ZHOU H F,ZHANG J.Feedback Control System [2]林良民.仿生机械学[M].上海:上海交通大学出版社, 1989. ofthe Mechanical Arm Based on STM32[J].Microcomputer& Its Applications,2014(22):11—12. ’ [3]孙锦山,杨庆华,阮健.气动多吸盘爬壁机器人[J].液压 与动力,2005(8):56-57. SUN J S,YANG Q H,RUAN J.Pneumatic Multi.suckered (责任编辑:卢文辉)