智能移動機器人是現(xiàn)代化車間物流系統(tǒng)的核心裝備，擁有巨大的市場空間。然而，現(xiàn)有的移動機器人存在著機動靈活性差與定位導(dǎo)航精度低等問題，制約了移動機器人的發(fā)展。中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所所屬二級所先進制造所精密運動與先進機器人團隊針對上述問題開展了深入研究，近期開發(fā)出一套基于全向移動機器人的自動化車間物流系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于某大型國產(chǎn)汽車公司的發(fā)動機生產(chǎn)線搬運環(huán)節(jié)。

圖片來自網(wǎng)絡(luò)

針對傳統(tǒng)移動機器人不能同時改變移動位置和方向、無法實現(xiàn)側(cè)行和斜行、機動靈活性不佳等問題，團隊設(shè)計開發(fā)出一種基于直驅(qū)電機并能實現(xiàn)解耦驅(qū)動的主動萬向腳輪。該萬向腳輪通過輸入運動耦合實現(xiàn)了輸出運動的解耦，即在腳輪的傳動系統(tǒng)中引入一個兩自由度的差速器，使得轉(zhuǎn)向電機可在輸出轉(zhuǎn)向運動的同時輸出一部分的滾動力矩，用于消除腳輪的轉(zhuǎn)向運動和滾動運動所產(chǎn)生的耦合運動，既簡化了運動控制，也避免了因耦合傳動而產(chǎn)生的腳輪磨損。

基于主動萬向腳輪，團隊研發(fā)了由多臺全向移動機器人組成的車間物流系統(tǒng)，并將其應(yīng)用到了某汽車公司發(fā)動機生產(chǎn)線的搬運環(huán)節(jié)，其中每臺全向移動機器人均采用了模塊化的設(shè)計方法，通過模塊化并聯(lián)結(jié)構(gòu)運動學(xué)動力學(xué)算法，實現(xiàn)了多個解耦式主動萬向腳輪的協(xié)調(diào)控制和純滾動條件下的0～360度轉(zhuǎn)向。單臺全向移動機器人依靠二維碼與視覺的多信息融合技術(shù)實現(xiàn)在車間物流場合的準確定位，并通過搭載的超聲波傳感器實現(xiàn)全方位自主避障，其承載能為250公斤，運動最大速度為1m/s，定位誤差小于20mm。該全向移動機器人系統(tǒng)通過安裝于上位機的統(tǒng)一調(diào)度算法，利用無線網(wǎng)實現(xiàn)遠程的實時調(diào)度。除此之外，該系統(tǒng)可與臂式機器人組成車間物流搬運系統(tǒng)，實現(xiàn)車間貨物的全自動化取放和運輸。該車間物流系統(tǒng)是國家智能制造裝備發(fā)展專項“1.8TGDI 渦輪增壓發(fā)動機數(shù)字化智能制造車間應(yīng)用示范”項目的關(guān)鍵成套智能裝備，可實現(xiàn)發(fā)動機的自動化搬運過程，替代了人工搬運，提高了物流效率。該項目近期通過了驗收，基于全向移動機器人的車間物流系統(tǒng)獲得了廠方認可和專家的好評。