论文总字数：25834字

摘 要

随着在线零售业等电子商务的增长，电商需要提供的商品种类和数量日益繁多，由此所带来的是仓库面积的扩大和物流成本的上涨；与此同时，随着我国工业化的飞速发展，工厂里的人工分拣已成为提升生产力的瓶颈，因此很多工厂也开始研究智能化仓库。如何更加快速的取放货物，已成为了一个新的研究热点。亚马逊Kiva取货机器人，就是其中的代表。它将货物的分拣，分成了货架的移动和货物的取出两个部分。本文的主要研究目的，就是设计出一款能够在仓库中自动运行的搜索机器人，来代替人工取放货物。

本文主要对搜索机器人所应具有的结构进行分析，总结出搜索机器人应具有两个部分，即移动式底盘和上层取货机构。利用Solidworks三维建模软件，对底盘和上层取货机构进行设计建模。对于移动式底盘，本文探讨了两个方案，通过分析并最终使用了其中的一种带有悬架的底盘结构。对于上层取货机构，本文则探讨了三种方案，并对其中的传动链进行计算分析。最终选择了其中带有串联式机械臂的取货机构。同时，本文还有对于此搜索机器人的一些简单电路设计。最终完成设计要求，设计出一款移动式带机械臂搜索机器人。

关键词：货物分拣，机械设计，机器人，智能仓库，机械臂

Abstract

With the growth of online retailing and other e-commerce businesses, e-commerce needs to provide more and more goods, which leads to the expansion of warehouse area and the increase of logistics cost.At the same time, with the rapid development of China's industrialization, manual sorting has become a bottleneck to improve productivity, so many factories have begun to study intelligent warehouses.How to pick up and release goods more quickly has become a new research hotspot.Amazon's Kiva pickup robot is one of them.It divides the sorting of goods into two parts: the movement of shelves and the removal of goods.The main research purpose of this paper is to design a search robot that can run automatically in the warehouse instead of manually picking up and releasing goods.

The structure of the search robot is mainly discussed in this paper and conclusion that the search robot should have two parts, namely the mobile chassis and the upper loading mechanism is also attained. Solidworks 3d modeling software is used to design and model the chassis and upper loading pick-up mechanism.For mobile chassis, two schemes are discussed in this paper. One of them with suspension is analyzed and finally used.For the upper loading mechanism, three schemes are discussed and the transmission chain is calculated and analyzed.Finally, the cargo pick-up mechanism with chain manipulator was selected.At the same time, this paper also has some simple circuit design for this search robot.Finally, a mobile robot with robot arm search is designed.

KEY WORDS: goods sorting，mechanical design，robot，intelligent warehouse，mechanical arm

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 2

1.1 课题背景及研究意义 2

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 国外机器人发展现状 3

1.2.2 国内的研究和应用现状 4

1.3 本文研究内容与意义 5

1.4 本文结构安排 5

第二章 搜索机器人总体结构设计 7

2.1 机械设计的一些基本要求和准则 7

2.2 设计的一些初始条件要求及数据 7

2.3 搜索机器人总体结构设计 7

第三章 搜索机器人主要结构部件设计 10

3.1 底盘部分 10

3.1.1 全向轮结构 10

3.1.2 带悬架底盘 11

3.2 上层服务部件 17

3.2.1 丝杠螺母升降机构 云台。 17

3.2.2 剪叉升降机构 云台 18

3.2.3 机械臂 机械手抓 19

第四章 电气设计 28

4.1 底盘电机 28

4.1.1 底盘电机选型 28

4.1.2 电机控制 28

4.2 控制器 29

4.2.1 单片机的选择 29

4.2.2 单片机与电机以及编码器的连接 29

4.3 蓝牙控制 30

第五章 总结和展望 30

5.1 总结 31

5.2 展望 31

致谢 32

参考文献 33

绪论

课题背景及研究意义

国家统计局数据显示，我国的劳动力规模已经连续四年出现绝对数量的下降。目前我国社会已经出现了劳动力短缺、劳动生产率增速过慢、工资报酬降低和劳动力负增长四个问题^[1-2]。随着中国人口增速下降，中国劳动人口数量持续进入负增长状态，中国的人口红利正在慢慢消失，中国的经济正在进入新常态。

然而随着“中国制造2025”和“第三次工业革命”的展开，国家开始愈发重视智能制造这一新兴产业。2014年6月9日，习近平总书记在中国科学院第十七次院士大会、中国工程院第二次院士大会上的讲话中强调，“机器人革命”有望成为“第三次工业革命”的一个切入点和重要增长点，而且我国将成为全球最大的机器人市场[3]。机器人又被称为“制造业皇冠上的名珠”，是集机械、控制、电子、传感器、材料、计算机、人工智能等多学科多领域的先进技术[4]，是如今先进制造业中重要的自动化设备。随着人力成本的上升，高质量产品的迫切需求带动了机器人技术的飞速发展。用机器人来代替人力正在成为一个应对中国人口红利消失的重要手段，同时也是各行各业在面对用工荒时的迫切需要。

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