Artificial Intelligence and Robotics Research 人工智能与机器人研究, 2021, 10(2), 144-153 Published Online May 2021 in Hans. /journal/airr
/10.12677/airr.2021.102015
代东阁，黄彪，刘雄，周仁宇，李小虎，蒋顺鹏
贵州理工学院，贵州贵阳
收稿日期：2021年4月19日；录用日期：2021年5月3日；发布日期：2021年5月26日
摘要
分集接收
随着国内经济迅猛发展，越来越多的人开始转向机器人行业的研究中来。各个国家逐渐将搬运机器人应用到工业活动当中，这样不仅能够大幅度的提升产品的质量，还能够减少劳动力的投入，进而节约总体成本。由此可见，机器人技术的发展对社会而言至关重要。因此，如果一个国家想要提升综合创新能力，那么必须要重视机器人技术的发展。该篇文章主要阐述了搬运机器人国内外的发展现状和相应的路径规划算法。同时，还就现阶段搬运机器人研究中所存在的问题和不足，提出几点具体可行的方法措施。 关键词
搬运机器人，路径规划，结构优化
Development Status and Outlook
of Transport Robot
Dongge Dai, Biao Huang, Xiong Liu, Renyu Zhou, Xiaohu Li, Shunpeng Jiang
Guizhou Institute of Technology, Guiyang Guizhou
Received: Apr. 19th, 2021; accepted: May 3rd, 2021; published: May 26th, 2021
Abstract
With the rapid development of domestic economy, more and more people begin to turn to the re-search of robot industry. Various countries gradually apply handling robots to industrial activi-ties, which can not only greatly improve the quality of products, but also reduce labor input, thus saving the overall cost. It can be seen that the development of robot technology is very important to the society. Therefore, if a country wants to improve its comprehensive innovation ability, it must pay attention to the development of robot technology. This paper mainly describes the de-velopment status of the handling robot at home and abroad and the corresponding path planning algorithm. At the same time, this paper also puts forward some feasible methods and measures for the problems and deficiencies in the research of handling robot at this stage.
代东阁 等
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Keywords
离子风机aryang
Transport Robot, Path Planning, Structural Optimization
Copyright © 2021 by author(s) and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0).
/licenses/by/4.0/
1. 引言
如果想要发展好工业机器人技术，那么必须有其他的许多技术作为辅助，比如说电子技术，计算机技术以及人工智能等多种技术。众所周知，工业机器人在整个现代化的制造企业当中是十分重要的一项技术。一个国家的工业机器人发展技术可以直接的反映出这个国家的综合创新能力，以及整体的制造业水平。我国已经从制造业大国逐渐的走向创业强国，其中机器人的逐渐普及和向多行业应用也是其中的一个重要体现。也正是因为这样，机器人相关技术研究被世界上学者密切关注。
2. 国外搬运机器人发展现状
Versatra 和Unimate 作为最早的机器人如图1和图2在20世纪中期被研发出来，由Umination 公司负责[1]。随后到上世纪80年代时，资本主义国家对于各个信息领域都开始有了深入的发展，因此欧洲、美国、日本、韩国等多个国家在信息领域获得的发展速度高于其他国家，就搬运机器人领域来说，上述几个国家的搬运机器人发展技术更为完善，发展经验更为丰富。在近几年，伴随着其他国家更多的重视提信息科技领域的发展，越来越多的行业需要搬运机器人为其行业发展提供帮助。基于此，各个国家对于搬运机器人的研究也变得更为深入[2]。就现阶段的搬运机器人发展研究情况来说，德国的KaKU 公司发展技术最为成熟。在多种不同类型的搬运机器人生产方面，德国KuKA 公司的生产水平居于世界前茅，
Figure 1. Versatra robot
图1. Versatra 机器人
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代东阁等
Figure 2. Unimate robot
图2. Unimate机器人
而德国国家的整体机器人研究水平也位于世界前列[3]。而加拿大的Clearpath Robotic机器人公司则更多的研究高负载物料运输车，重点研究能够提供大体积和大数量的物料运输机器人，解决了现阶段及将来出现的生产车间需要反复进行多次物料搬运的主要问题，进一步提高了工厂及生产车间的工作效率[4]。
日本由于当地人口较少，面积较小，但是生产生活又需要交多生产力，所以在机器人研发方面则显得更为积极。在世界范围内，日本机器人尤其以其质量高超而闻名。像Yaskawa、OTC等公司，日本有诸多公司致力于进行搬运机器人研究，力求通过研发物料搬运机器人进一步解决现阶段在工业生产中出现的劳动力不足问题，从而进一步提升国家的经济发展水平[5]。
3. 国内搬运机器人发展现状
我国搬运机器人的发展比欧美各国、日本都要晚。1988年，北京邮政科学技术研究所研发了第一套邮政枢纽搬运机器人系统[6]。1992年天津理工学院研制成功了光学导引搬运机器人，并且光学导引搬运机器人应用于核电站工作[7]，1998年，在红河卷烟厂，昆明船舶设备公司研制了多模式激光导引搬运机器人[8]，近几年来，经过不断研究和发展，国内搬运机器人制造技术逐渐成熟，逐渐向专业化、智能化、集成化的方向发展[9]，取得一定的成就。
在农业生产方面，宋敏等[10]针对目前农用机器人大多采用蓄电池为动力装置，存在效率低下、寿命短、污染大等一系列问题，设计一种采用燃料电池做动力装置搬运机器人。此装备适用于一些大型机械无法进入的场合进行搬运作业。并且机器人具有自主导航行驶、防碰避障和目标识别的功能以及解决农用机器人户外蓄电问题。程麟文等[11]为实现农业生产管理的智能化，设计一种在仓储物流中搬运箱式农作物的机器人，如图3整体结构。机器人主要包括机械部分和电气控制部分。机械部分主要
由四轴关节型机器人本体和运动车体两部分组成，是机器人的主要硬件结构；电气控制部分主要根据机器人工作能力和要求，选用了PLC控制模块、继电器模块、信号转接模块、蓝牙模块、传感器、电机及驱动模块等。
研究发现该机器人结构简单灵活、运动平稳，可以出完成任务。
代东阁 等
1.万向轮
2.直流电机
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3.车体
4.步进电机
5.机器人本体
6.电磁吸盘
7.物料台
8.前轮
9.传感器
Figure 3. Overall structure of robot [11] 图3. 机器人整体结构[11]
在航空领域，曹东江等[12]针对棒料搬运和无人机翼下弹药挂装，设计了一种基于双六自由度结构的双臂搬运机器人，如图4双臂搬运机器人整体结构模型。双臂机器人由10个驱动转动环节组成，其中腰部和肩部回转为2个共用关节，双臂各有4个回转关节，组成双六自由度机械臂。机器人两臂间通过一个共同的联接形成物理耦合，它们可以分享使用传感数据，同时通过双臂之间的协调控制，协调运动完成复杂的工作任务。此机构的优点如表1所示。
Figure 4. Overall structure model of dual arm handling robot [12] 图4. 双臂搬运机器人整体结构模型[12]无感电阻器
代东阁等
Table 1. Comparative Analysis of new and old dual arm handling robots
表1. 新旧双臂搬运机器人对比分析表
双臂搬运机器人新型双臂搬运机器人优点
优点缺点双臂协同减轻单臂所受力矩，提高承载性机械手灵活承载量小稳定化好，双臂协调调整搬运物体的姿态
智能化高结构与控制复杂灵活性较好，可固定在移动载具上
在物料分拣方面，朱颖等[13]针对现有分拣搬运机器人不可移动、操作单一、无法智能分拣搬运等特点，设计了单目视觉智能分拣搬运机器人。通过对摄像头获取的图像进行中值滤波、去除阴影、图像分割等预处理，结合形状和颜特征对物料进行识别。提出了基于摄像头角度反馈测距法的目标定位算法，并采用增量式PID控制，使机器人动作更稳定和快速。实验表明该机器人在复杂环境下可准确高效完成物料分拣搬运。如图5为实物图。
Figure 5. Monocular vision intelligent sorting and handling robot [13]
图5. 单目视觉智能分拣搬运机器人实物图[13]
在自动化领域，王大治等[14]为了实现将动力电芯从定制料框中抓取上线到输送线定位托盘中的要求，设计了一种三自由度的直角坐标型搬运机器人，如图6搬运机器人结构图。该机器人由三轴直线移动机构实现三维空间的运动，应用气动抓取机构实现电芯抓取动作。机器人控制系统以PLC为核心，以触摸屏为人机交互界面，运用示教再现的方法，实现动力电芯上料的手自动控制功能。试验表
明该搬运机器人系统运行稳定可靠，通过实际应用可有效降低劳动强度，提高生产效率和产品合格率。在医院，由于门诊药房一直存在取药排队时间长的问题，越来越多的医院开始采用自动化药房系统，既节省了药师的时间，又提高了获取药品的准确性，药师可以将更多精力放在为患者解释详细的用药说明和研究药物使用上。为了进一步缩短取药上药用时，代替人工填充和获取药品的流程，李奇[15]提出一种新型的自动化药房搬运机器人的设计方案。这搬运机器人由智能药架和自动发药机构成。发药机壳体表面设有出药口、上药口、操作触摸屏、进入内部的门，通过搬运机器人往返于药师与智能药架之间，提高效率和准确性，如图7所示自动化药房搬运机器人。
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