基于Robotino机械手设计与应用
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舵机 ，又 称伺服 电机 ，它接 收一 定 的控 制信 号 ，输
电－：￣Ｂ ｎ ·８９ ·
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ ·探 索 与 观察
出一定 的角度 ，是一 种位置 伺服 的驱动器 ，主 要适用 于 需要 角度不 断变化 并可 以保持 的控 制系 统 。本 系统通 过 在机械 手抓 上加入 舵机 ，可 以对机 械手 抓旋转 的角度 进 行调整 ，可 以夹持不 同方位的木块。 ２．３ 直流 电动机
１ 绪论
１．１ Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移动机器 人概 述 移动 机器 人是 机器 人研 究领域 中 的一个重 要分支 ，
是 一种 具有 环境感 知 、动态 决策 、行为规 划与 执行等 功 能 的综 合系 统 ，它集合 了机 械工程 、 电子工程 、传感 器 技 术 、 自动控 制技 术 以及 人 工智能 等多种 学科 的研 究成 果 ，Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移动机器 人的驱动单元是 由三个步进 电机 和 三个 可 以全方位移动 的万向轮 构成的 ，使得Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移动 机 器人 可 以向任何 方 向、任何 角度进 行移 动 。三 个步 进 电机集 中在 一个坚 固 的，激光 焊接 的不锈 钢底 盘上 ，地 盘 上装 有防 碰撞 的橡胶 保护 装置 ，Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移动 机器 人 的尺 寸是 直径３７０毫 米 ，高度是２ｌ０毫 米 ，整 体为 １ １公 斤 重 ，工业 级 的直流 电动机 ，衔 接 的齿 轮 以及 编码 器可 以 使得 移动 机器人 运行速 度高 达 １０公里／小时 ，两个 １２Ｖ的 电池可 以供Ｒｏｂｏｔｉｎｏ运行时 间长达２个 小时。
基 于Ｒｏｂｏｔｉｎｏ的机械 手工 作流程 主要 如下 ：移 动机 器 人开 始运行 程序后 ，移动 机器 人主控 系统根 据编 写 的 程 序 ，通过步 进 电机 控制 万 向轮 的运动 ，实现 位置 的移 动 ，移 动机器 人可 以根据要 求通 过 自身 的光 电传感器 和 电感传 感器实 现对位 置 的矫 正 ，当移动 机器人 到达 指定 位 置后机 器人 停止运 动 ，操 作手通 过操 作遥控 器控制 步 进 电动机 、直流 电动机 和舵机 的运 动实 现对物 件 的抓 取 功 能 ，在 机械 手移动 到接近 物件 的位置 时 ，可 以将遥 控 器 的精准 移动 按钮按 下 ，实 现机械 手慢速 移动 ，提 高机 械手 活动 的精准 度 。当物件抓 取 成功之 后 ，操 作手通 过 遥控 器给 定机器 人触 发信号 ，移动 机器 人继续 执行设 定 程序 ，直到抓完所有 的物件 ，程序终止 。
Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移动机器人共有两个光 电传 感器 （位于移动
机器 人底面 中部 ）、九个 红外 传感器 （位 于移动机 器人 侧面 ）和两 个 电感 传感 器 （位 于移动 机器底 面 中部 ）， 其 中光 电传感 器用 于黑 色线段 的循线 功能 ， 电感传 感器 用于 金属线 的循线 功能 ，位于 机身外侧 的红外传 感器用 于保持距离和保护作用 。Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移动机器人顶部装有 陀 螺仪 ，可 以实现机 器人的定位功能 。 １．２ 基于Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移动机器人机械手的应用
Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移 动机 器人 的控 制部 分是 基于 高性 能嵌 入 式ＰＣ，它是基于ＰＣ １０４和ＡＭＤ Ｇｅｏｄｅ处 理器 ，一个实 时 的Ｌｉｎｕｘ内核 。同时它 的操作系 统，程序和数据 都可 以存 储在 一个 可换 的紧 凑 型闪存 卡 。Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移 动机器 人 的 嵌入式ＰＣ提 供几个 不 同的接 口，如 以太 网，无线ＬＡＮ， ＵＳＢ，ＲＳ２３２，和ＶＧＡ端 口，通 过这 些接 口可 以计算机 对移动机器人程 序的编写 ，下载 以及控制 。同时Ｒｏｂｏｔｉｎｏ 移动 机器 人还包 括有 电气驱 动单元 、光 电传 感器 单元 、 电感传 感 器单元 、视 觉系统 单元 等基础 单元 ，通 过这些 基础单元 与控制 系统地结 合 ，通过Ｒｏｂｏｔｉｎｏ Ｖｉｅｗ编程软 件实现对机器人 的无线控制 ，可 以实现Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移动机器 人进行循线 、壁 障、图像 识别 、定位等功能 。
２Байду номын сангаас系统硬件结构
２．１ 滚珠 丝杠 基 于Ｒｏｂｏｔｉｎｏ的机械 手共 有ｘ、Ｙ、ｚ三 个轴 ，同时
将步 进 电机 与滚 珠丝杠 相连接 ，使传 动 的精度 、效率 大 大提 高 。使 用三个 １２０４滚珠丝 杠 ，导 程为４ｍｍ转一 圈， 精度 为０．Ｏ０１ＭＭ，水平 负载５６ＫＧ，垂 直负载 １０ＫＧ，所 配步进 电动机型号为４２ＢＹＧＨ４８长４８ｍｍ。 ２．２ 舵 机
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ ·探 索 与观 察
基 于 Ｒ ｏｂｏｔｉｎｏ机 械 芋 设 计 与 应 用
杭 州市萧 山区高级技工学校 张 祺
【摘要 】移动机器人是机器人学中一个重要的分支，随着我 国经济的发展和 自动化水平的不断提高，移动机器人的应 用越 来越广 泛 ，几乎 渗透到所有 的领域 。与此 同时 ，传感技术 、计算机科 学、人 工智 能及 其他相 关学科 的迅速发展 ， 使 移动机 器人 更加 智 能化 ，随 着其智 能化程 度 的提 高和 成 熟 ，移 动机 器人 正朝 着具 有操作 能 力的方 向发展 。给 移动 机 器人 装 配机械 手是 该领 域 的一 个研 究热 点和发展 方向。基 于Ｒｏｂｏｔｉｎｏ的机械 手就是搭 载在 的 可以全 方位移动 的德 国 Ｆｅｓｔｏ移动机 器人 上 ，通过 编写移动机 器人的程序 和手柄无 线控 制来 实现对 一定质量物块 的抓 取 ，定位 、转移 。放 置功 能 的机械 手臂 ，通过 平 台的移动 来扩大机械 手的工作 空间 ，使机械 手能 以更适合 的姿 态执行任 务 。它具 有稳定性 、快 速性 、准确性 等优 点 ， 同时具有很 强的可操作 性 ，可用于工业上对 货物的 自动搬 运、对 生产部 件的组装 等方面 ，具有 很 好的发展前景 。 【关键词 】移动机 器人 ；机械 手臂 ；ＳＴＭ３２；驱动 电机
电－：￣Ｂ ｎ ·８９ ·
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ ·探 索 与 观察
出一定 的角度 ，是一 种位置 伺服 的驱动器 ，主 要适用 于 需要 角度不 断变化 并可 以保持 的控 制系 统 。本 系统通 过 在机械 手抓 上加入 舵机 ，可 以对机 械手 抓旋转 的角度 进 行调整 ，可 以夹持不 同方位的木块。 ２．３ 直流 电动机
１ 绪论
１．１ Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移动机器 人概 述 移动 机器 人是 机器 人研 究领域 中 的一个重 要分支 ，
是 一种 具有 环境感 知 、动态 决策 、行为规 划与 执行等 功 能 的综 合系 统 ，它集合 了机 械工程 、 电子工程 、传感 器 技 术 、 自动控 制技 术 以及 人 工智能 等多种 学科 的研 究成 果 ，Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移动机器 人的驱动单元是 由三个步进 电机 和 三个 可 以全方位移动 的万向轮 构成的 ，使得Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移动 机 器人 可 以向任何 方 向、任何 角度进 行移 动 。三 个步 进 电机集 中在 一个坚 固 的，激光 焊接 的不锈 钢底 盘上 ，地 盘 上装 有防 碰撞 的橡胶 保护 装置 ，Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移动 机器 人 的尺 寸是 直径３７０毫 米 ，高度是２ｌ０毫 米 ，整 体为 １ １公 斤 重 ，工业 级 的直流 电动机 ，衔 接 的齿 轮 以及 编码 器可 以 使得 移动 机器人 运行速 度高 达 １０公里／小时 ，两个 １２Ｖ的 电池可 以供Ｒｏｂｏｔｉｎｏ运行时 间长达２个 小时。
基 于Ｒｏｂｏｔｉｎｏ的机械 手工 作流程 主要 如下 ：移 动机 器 人开 始运行 程序后 ，移动 机器 人主控 系统根 据编 写 的 程 序 ，通过步 进 电机 控制 万 向轮 的运动 ，实现 位置 的移 动 ，移 动机器 人可 以根据要 求通 过 自身 的光 电传感器 和 电感传 感器实 现对位 置 的矫 正 ，当移动 机器人 到达 指定 位 置后机 器人 停止运 动 ，操 作手通 过操 作遥控 器控制 步 进 电动机 、直流 电动机 和舵机 的运 动实 现对物 件 的抓 取 功 能 ，在 机械 手移动 到接近 物件 的位置 时 ，可 以将遥 控 器 的精准 移动 按钮按 下 ，实 现机械 手慢速 移动 ，提 高机 械手 活动 的精准 度 。当物件抓 取 成功之 后 ，操 作手通 过 遥控 器给 定机器 人触 发信号 ，移动 机器 人继续 执行设 定 程序 ，直到抓完所有 的物件 ，程序终止 。
Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移动机器人共有两个光 电传 感器 （位于移动
机器 人底面 中部 ）、九个 红外 传感器 （位 于移动机 器人 侧面 ）和两 个 电感 传感 器 （位 于移动 机器底 面 中部 ）， 其 中光 电传感 器用 于黑 色线段 的循线 功能 ， 电感传 感器 用于 金属线 的循线 功能 ，位于 机身外侧 的红外传 感器用 于保持距离和保护作用 。Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移动机器人顶部装有 陀 螺仪 ，可 以实现机 器人的定位功能 。 １．２ 基于Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移动机器人机械手的应用
Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移 动机 器人 的控 制部 分是 基于 高性 能嵌 入 式ＰＣ，它是基于ＰＣ １０４和ＡＭＤ Ｇｅｏｄｅ处 理器 ，一个实 时 的Ｌｉｎｕｘ内核 。同时它 的操作系 统，程序和数据 都可 以存 储在 一个 可换 的紧 凑 型闪存 卡 。Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移 动机器 人 的 嵌入式ＰＣ提 供几个 不 同的接 口，如 以太 网，无线ＬＡＮ， ＵＳＢ，ＲＳ２３２，和ＶＧＡ端 口，通 过这 些接 口可 以计算机 对移动机器人程 序的编写 ，下载 以及控制 。同时Ｒｏｂｏｔｉｎｏ 移动 机器 人还包 括有 电气驱 动单元 、光 电传 感器 单元 、 电感传 感 器单元 、视 觉系统 单元 等基础 单元 ，通 过这些 基础单元 与控制 系统地结 合 ，通过Ｒｏｂｏｔｉｎｏ Ｖｉｅｗ编程软 件实现对机器人 的无线控制 ，可 以实现Ｒｏｂｏｔｉｎｏ移动机器 人进行循线 、壁 障、图像 识别 、定位等功能 。
２Байду номын сангаас系统硬件结构
２．１ 滚珠 丝杠 基 于Ｒｏｂｏｔｉｎｏ的机械 手共 有ｘ、Ｙ、ｚ三 个轴 ，同时
将步 进 电机 与滚 珠丝杠 相连接 ，使传 动 的精度 、效率 大 大提 高 。使 用三个 １２０４滚珠丝 杠 ，导 程为４ｍｍ转一 圈， 精度 为０．Ｏ０１ＭＭ，水平 负载５６ＫＧ，垂 直负载 １０ＫＧ，所 配步进 电动机型号为４２ＢＹＧＨ４８长４８ｍｍ。 ２．２ 舵 机
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ ·探 索 与观 察
基 于 Ｒ ｏｂｏｔｉｎｏ机 械 芋 设 计 与 应 用
杭 州市萧 山区高级技工学校 张 祺
【摘要 】移动机器人是机器人学中一个重要的分支，随着我 国经济的发展和 自动化水平的不断提高，移动机器人的应 用越 来越广 泛 ，几乎 渗透到所有 的领域 。与此 同时 ，传感技术 、计算机科 学、人 工智 能及 其他相 关学科 的迅速发展 ， 使 移动机 器人 更加 智 能化 ，随 着其智 能化程 度 的提 高和 成 熟 ，移 动机 器人 正朝 着具 有操作 能 力的方 向发展 。给 移动 机 器人 装 配机械 手是 该领 域 的一 个研 究热 点和发展 方向。基 于Ｒｏｂｏｔｉｎｏ的机械 手就是搭 载在 的 可以全 方位移动 的德 国 Ｆｅｓｔｏ移动机 器人 上 ，通过 编写移动机 器人的程序 和手柄无 线控 制来 实现对 一定质量物块 的抓 取 ，定位 、转移 。放 置功 能 的机械 手臂 ，通过 平 台的移动 来扩大机械 手的工作 空间 ，使机械 手能 以更适合 的姿 态执行任 务 。它具 有稳定性 、快 速性 、准确性 等优 点 ， 同时具有很 强的可操作 性 ，可用于工业上对 货物的 自动搬 运、对 生产部 件的组装 等方面 ，具有 很 好的发展前景 。 【关键词 】移动机 器人 ；机械 手臂 ；ＳＴＭ３２；驱动 电机