一种用于车间取工具机器人的设计

程麒文

摘要：设计了一种用于室内车间自动取工具的机器人。由机器人本体、工具物料台等机械结构组成，配有相应的电气控制模块。系统由PLC采集传感器、蓝牙模块等信号，并控制电动机、电磁吸盘等输出，实现系统整体联动，并保证机器人在车间的内完成准确定位和工具的自动化搬运过程。

关键词：取工具;机器人;PLC;寻迹

1 概述

人工成本的不断提升和市场对劳动力大力需求，使得机器人越来越多的进入重复性大、危险系数高的相关岗位。机器人的广泛使用也是我国从制造业大国走向制造業强国的重要体现。当前，我国机器人市场进入高速增长期，工业机器人连续六年成为全球第一大应用市场，服务机器人需求潜力巨大，部分技术已可形成规模化产品，并在某些领域具有明显优势。2018年，我国机器人市场规模预计达到87.4亿美元，20132018年的平均增长率达到29.7%。

数据告诉我们，中国已进入机器人时代。但目前在工厂车间中的维修维护岗位中，主要还是靠工人到工具台或仓库中取放所要用到的工具，工人的来回走动不仅存在危险隐患，而且工作效率低，为了解决该问题，本文设计制作了一种用于车间中自动取放工具的机器人，工人通过手机APP选择工位和控制，利用视觉监控，机器人自动寻迹运行，到指定位置取放所需的工具，实现对工具的智能化搬运和取放，为智能化的生产提供了必要的补充。

2 方案设计

2.1 外观设计

整体主要由机器人和车体组成，车体上方安装有机器人本体和工具台，如图1所示。机器人设计成四轴结构，并采用步进电机驱动。车身主体由3mm钢板制作，采用可拼接式的长方体车体结构，内部大空间可以完成各个模块的安装与排布。车体采用直流电机驱动前两轮，后方由一个万向轮辅助，形成一个三点支撑的运行机构。

2.2 电气控制系统设计

考虑机器人操控的精确性、稳定性以及经济性，以保证能精确完成自动寻迹、避障及自动抓取和放置工具的功能。主要由蓝牙模块、寻迹模块、避障模块、驱动模块和供电模块等构成，并采用PLC为控制核心完成对各部分的编程控制。电气系统如图2所示。

3 功能设计

为了方便操控和可视化的要求，方便工作人员对机器人实现远程精确控制，采用人机交的模式，工作人员可使用手机APP软件，利用蓝牙模块的数据接收和发送，对机器人进行视觉监控和控制。

根据实际情况，规划机器人的行走路径，通过PLC控制，车体根据寻迹传感器接收的数据，沿着已铺设好的轨迹运行到指定位置，机器人完成抓放工具动作，再根据路线搬运到指定位置，流程如图3所示。

4 结论

设计了一种用于车间智能取工具的机器人，工作人员可使用手机APP软件，对机器人进行视觉监控和控制，保证机器人能准确运动到预定工位，并取放所需的工具，保证车间的智能化生产。通过采用PLC的编程控制和整体调试，该机器人能够精确完成所设定的动作与功能，具有较好的实用性。

参考文献：

[1]高峰，郭为忠.中国机器人的发展战略思考[J].机械工程学报，2016，52（7）：15.

[2]王田苗，陶永.我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J].机械工程学报，2014，50（9）：113.