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摘要：轻载复合机器人是AGV自动导引车和柔性机械臂的融合体，在外观上突破传统机器设计概念，整体采用蝎形设计，为了突出七轴机械臂的机动灵活的特点，车体布局结构紧凑，外形设计柔和而坚实给人以灵敏，迅捷的感受突出了复合机器人迅捷、精准的工作模式。控制上采用AGV控制调度系统集中控制的方式，根据流程通知复合机器人到达指定站点随后实现机械手臂执行指定动作，实现了完整的自动化流程。由激光导航实现自动行走，在保证了行走稳定的同时，又提高了速度和控制精度。基于关节力控技术的机械臂具有出色的牵引示教功能以及多机协调作业功能，极大地方便了客户使用，同时，轻载复合机器人具备激光防碰与关节力控机械臂碰撞检测技术，可以实现机器人与人之间安全、可靠的协同工作，机械手末端配有手眼视觉系统，可以实现机器人高精度二次定位抓取。
关键词：激光导航；AGV；倾覆；复合机器人
1复合机器人的整体概述
随着物料分拣行业的蓬勃发展，对于如自动化工厂、仓储分拣、自动化超市，实现物料自动搬运、自动上下料、物料自动分拣的需求，研制的国内首台具备柔性多关 节机械臂、轻载复合机器人。其机体主要由AGV车载控制器、AGV伺服驱动系统、AGV导航定位系统、柔性7轴机械臂、安全系统、供电系统、AGV通讯系统和手动维护系统等部分构成。在系统中，各个子系统与车载控制器的连接通过CAN总线的方式交换信息，既减少了AGV的线束，又便于系统的维护，同时系统可以很方便地进行裁减。各部分也都采有模块化设计，便于维修及更换。无需用户外接任何控制柜即可实现对复合机器人的行走以及抓取共9个自由度的协同控制。
2复合机器人功能类型设计
复合机器人可以协调运行，完成整个工序的产品运输工作。复合机器人采用差动轮驱动，
随动轮支撑，所有轮子外层使用树脂橡胶材料制作，强度高、耐磨损、稳定性高，具有一定的弹性等优点。驱动轮需具有浮动功能，具备一定的路面面差能力，驱动机构和驱动轮采用集成模块化处理，驱动轮使用安装于车体左右两侧对称布置，使之集成行驶单元，可满足整车的行驶及转向功能。保证AGV小车在运行过程中行驶平稳，不会对车间地面造成损伤。便于使用和维护；激光导引，具备前进后退和±180°转弯等功能，满足工位间交替、工件直线运行、分叉至支线运行等要求。复合机器人正常运行时，按照中央调度系统的预设路线运行。运行指令可由各工位操作者通过呼叫按钮发出。正常运行时，按照中央调度系统的预设路线运行。运行指令由各工位操作者通过呼叫按钮发出。此外机器人具备离线控制行进功能，方便人工应对AGV小车路线调整和故障维修。如图1所示。
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此款复合机器人采用激光导航，地面无任何诱导线，现场施工量很小，可比较灵活地改变路径，使系统的柔性更大。AGV使用专用激光测量传感器，该传感器使用红外波段，低能量脉冲式激光，且不使用传统的点式光源的光路，激光的光路发散，可保证在任何情况下均不会对人眼造成伤害，该传感器使用“测距＋测角”的测量算法，使用专用处理器计算位置信息，即保证了系统的测量速度，又提高了测量的可性和精度，位置测量精度最高可达3mm，角度精度为0.1°，可充分保证AGV的控制精度。采用激光导航的方法，反光板是其中的主要构成元素，反光板由平面反光膜或圆柱形反光膜构成，安装在专用型材支架上。在使用过程中用其中的一台AGV来测量反光板的位置，其他的AGV通过上传和下装的办法来获得反光板的位置信息，也称做AGV的地图。与AGV相一致，控制系统也有一张带有全部反光板位置的场地布置图—地图。
当某个特定的路径被选择时，调度系统通知AGV，AGV在自身的控制系统里也有地图的信息。然后AGV将跟随这个选定的路径运行，并知道它沿着该路径的绝对坐标，这个路径也叫虚拟路径。为了消除系统的测量误差，经过多次测量后，系统会自动计算反光板的误差方程，得出最优的反光板位置坐标。激光导航是一个位置的闭环，通过导航系统，AGV车实现修正自己的位置，可保证每台小车到达目的地后的定位准确率达100%。
3柔性复合机器人的设计关键点
在复合机器人的前部和后部分别安装有激光防碰传感器，传感器设置为两个区域，一个是减速区，一个是停车区。当传感器减速区被激活时，首先机器人减速直至停车，当障碍离开后，机器人可自动恢复运行。当传感器停车区被激活时，AGV车立即急停，此时需人工按到AGV车的复位按钮后，AGV车才能恢复运行。减速区与停车区可在4米半径内，180度角度内任意设置。急停距离小于200mm。在复合机器人后面板及左右两侧设有紧急停车按钮，当紧急情况按下后，复合机器人立即急停。并且后侧设置转向指示灯，前部设有运行指示灯，并具备声光报警功能。。
复合机器人设有软件保护，当发生导航故障（导航丢失或偏离过大）、通讯故障、伺服故障等，软件立即停车。一旦计算机系统发生故障，离线保护单元、防撞安全单元、应急开关将控制AGV停车或完成基本操作。当发生故障或急停时，复合机器人自动用声光报警。同时通过无线通讯系统通知监控系统。监控系统在控制台上显示当前状态和文字提示。监控人员可以根据提示的信息，指挥现场人员排除故障。发生故障的复合机器人可以使用手控操作器操纵它离开工作区到安全位置。激光防碰示意图见图2。
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复合机器人使用锂电池充电电池作为供电电源，使用专用的充电站停车进行自动在线充电，补充损失的电量。在机器人路线的充电位置上安装有地面充电连接器，机器人车体装有与之配套的充电连接器，复合机器人运行到充电位置后，充电连接器与地面充电接器的充电滑触板连接。整个充电过程是全自动的，整个过程无需人工干预，充电过程中，操作者可正常作业系统中使用受AGV控制台监控的自动充电机对复合机器人进行充电，当复合机器人的电池电压没有通过充电连接器传送给充电机时，充电机不会向外输出电压，可确保在地面的充电连接器在非充电状态时，极板不带任何电压。
充电机单独进行控制，通过相应的触摸屏实现参数的设定和状态信息（如电量等）显示，并且有快速充电模式、均衡充电模式、自动化模式等可供选择，可与AGV管理系统通信。复合机器人具有电量智能检测功能，在电池电量低于某一值（用户自定义）时自动进行在线充电，电量充至某一值（用户自定义）以上后，如有台位呼叫，可随时停止充电进入工作状态。
4复合机器人机械臂倾覆计算
为了保证复合机器人取料时平稳不倾覆，设计时针对倾覆做了专门计算，下图为在机械臂达到极限位时的倾覆计算。经机械臂末端加取货最大重量F1=210N距离随动轮支点960mm，F2为机械臂的重心为F2=200N距离随动轮支点480mm，车体重心G距离随动轮支点距离370mm。假设车体自重为G，要想车体保持平衡：Ma!G">Ma!F1"+Ma!F2"
G*L2>F1*L1+F2*L2（1）
G*370>215*960+200*480（2）
G>817N（3）
再乘以一个安全系数：
Gmin>G*1.2（1）
Gmin>980N（2）
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结束语
随着轻载复合机器人在工博会和物流展上的首发亮相，这种像人一样到某特定场所进行高精度拿放物品，可快速布局于自动化工厂、仓储分拣、自动化货物超市，实现物料自动搬运、物品上下料、物料分拣机器人产品，将会朝着有更先进性、实用性、经济性、安全性、可靠性、大承载能力等方向快步应用与发展。
参考文献：
[1]成大先.机械设计手册（第一卷）[S].北京：化学工业出版社，2007.
[2]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2006.
论文作者:章建刚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/14
标签：机器人论文; 系统论文; 激光论文; 动轮论文; 位置论文; 机械论文; 车体论文; 《防护工程》2018年第27期论文;