多功能遙控搬運機器人的開發與研制摘要：為了解決高危環境下機器人實現遠距離抓取、搬運、負重上下坡及遙控行走等功能需求，提高工作效率，設計了一種集多種技術于一體的多功能遙控搬運機器人。本文主要闡述多功能遙控搬運機器人的總體結構、技術原理以及系統組成，目前該機器人已交付使用，測試結果表明該機器人系統可靠，各項性能能夠滿足設計要求，對提高工作效率有較高的應用價值。關鍵詞：搬運機器人，遠程遙控，無線視頻隨著工業生產的發展和科學技術的進步，機器人的應用領域逐漸擴展到海洋資源探測、核能利用、航天、軍事以及搶險救災等非結構化環境與領域［1-3］。將機器人技術、工程技術、災難營救技術等多學科知識有機融合，研制與開發用于高危環境下的營救和智能搬運機器人，代替人類在危險、惡劣的條件下完成檢測、偵察、搬運等任務，是機器人學研究中富有挑戰性的新領域，引起了世界各國的重視［4］。GTRC-80多功能遙控搬運機器人是在吸收國內外同類產品優點的基礎上，自主研究、開發、制造的專用設備，旨在解決高危環境下機器人實現遠距離抓取（最大抓取有效距離為6m）、搬運、最大負重（500kg）,上下坡（＜25°）及遙控行走（遙控最大距離為2Km）等功能需求。通過將負載反饋式電液比例系統、基于CAN總線的數字式雙向無線遙控系統、無線全向視頻監控系統、以及多參數傳感系統有機融合，可以在易燃、易爆、易坍塌的危險區域中靈活地、精確地進行全方位、遠距離控制作業。整機具有體積小，靈活性強，多學科集成、智能化程度高等特點，作為國內首臺套，達到國際同類產品的先進水平，是機器人技術從純粹運動學領域向工程機械領域的發展和跨越。1.機器人總體結構

GTRC-80多功能遙控搬運機器人與普通的工程機械有本質的不同,它集仿生技術、通信技術、控制技術、傳感技術、機電液一體化技術于一體,是機器人技術從純粹運動學領域向工程動力學領域的發展和跨越,屬于特定領域的技術集成。同時具備遠距離遙控抓取,負重上下坡及行走功能,對其結構形式、控制精度及整機穩定性要求很高。主要結構如下圖1所示,由平臺、履帶行走機構、回轉機構、工作機構、大臂回轉機構、動力系統、液壓系統、電氣控制系統、無線遙控系統、遙控攝像遠程監視系統及照明系統等組成。車體分為上、下車身兩部分。上車內部安裝動力系統（柴油機）、控制系統、無線通信系統、冷卻系統和液壓系統、攝像機（全景相機+云臺攝像機）及無線視頻發射系統等,下車由履帶運動底盤（含四輪一帶、行走馬達）、液壓支腿組成,上下車之間的液壓通道經過中心回轉接頭連通。考慮到遠距離抓取并實現負重移動,工作裝置采用伸縮臂結構,結構形式為三角式,包括一臂、二臂,并配自潤滑的導輪和托輪,伸縮油缸內置于臂架內,前端工具安裝可采用螺栓連接（連接座3）或采用快換裝置,實現與不同工作機具的連接。整個工作裝置由機構8驅動可作連續正反360度旋轉（速度可控），抓具在工具油缸4的驅動 態，可實現物件的準確抓取。下可上下擺動，結合平臺回轉調整抓具的姿1.物件工抱爪1.物件工抱爪3;連接座斗.俯伸油缸工二臂念導向機構7-ff亂工杵:裝賈謹轉9.全最招機10柴汕機逛代預濾山仲縮油缸12.平臺配電切立座6支座油Ji1氐支腿油缸門支腿館軀動齒19,平臺回轉支腹20.椽膠履帶圖1搬運機器人結構圖由于機器人的工作半徑較大，為保證機器人的工作穩定性，在圖1抓取作業時，前端增加液壓支腿，支腿油路中裝有雙向液壓鎖，防止回落。在伸縮臂伸展前通過支腿油缸使支腿與地面緊密接觸，確保整機遠距離抓取不發生傾覆，工作安全。工作裝置與平臺12通過支座14連接，整個工作裝置在支座油缸15的作用下，可上下轉動，大臂上舉至30度、下傾至35度，從而可實現高度和深度方向作業。2.系統組成2.1液壓驅動系統采用恒功率負載敏感泵為液壓系統動力源，并帶有壓力切斷保護功能，提高系統安全性。應用負載傳感和與負載壓力無關的獨立流量分配系統相結合的控制技術，選用片式高壓負荷傳感比例多路閥和LUDV比例多路閥為系統的控制核心元件，使泵的輸出流量始終與負載需要相適應，而且具有良好的執行啟動性能與操作性能、節能和系統發熱小等優點。系統采用負載敏感閥后補償方式（LUDV），當幾個執行元件同時工作時不必擔心因泵供油不足而出現低負載動作，而高負載不動的情況發生（這種現象又稱“系統飽和”現象），即便出現系統飽和現象，仍能保證這幾個動作同時進行，只是這幾個動作的速度要按比例降低，即具有抗飽和特性。行走機構采用履帶式結構，通過兩個自身帶有制動器的液壓回轉馬達分別驅動。當兩條履帶的速度相同時，機器人實現前進或后退移動；當兩條履帶的速度不同時，機器人實現轉向運動。在機器人非行走或發動機熄火狀態下，制動器自動抱緊回轉馬達，使其處于靜止狀態，保證機器人在上、下坡時的行走安全性。2.2傳感與電液比例控制系統機器人液壓系統采用基于脈寬調制的電液比例系統進行控制，組成電液比例控制系統的基本元件有控制手柄、控制器、脈寬調制（PWM）驅動電路、電液比例閥及執行機構等部分，通過遙控手柄產生控制信號，控制電液比例先導閥的輸出壓力，從而控制主換向閥閥芯的位置，實現控制工作液壓缸的工作速度。遙控手柄主要由雙遙桿（萬向）無線/有線信號發射系統（遙控器）、無線/有線信號接收轉換系統組成。遙控器是便攜式拴在操作人員的腰部，接收器安裝在機架內，接收天線通過磁座放在機體外部，遙控器控制面板如下圖2所示。圖2遙控手柄控制面板2.3通信系統考慮到作業環境的復雜性，機器人采用局部自治+人工遙控相結合的控制方式，在檢測到障礙物后機器人會自動減速、避讓。在通信方式選擇上，可采用有線和無線相結合的方式，根據作業要求在有線和無線通信方式之間進行合理選擇。為保證機器人控制系統具有良好的響應特性和模塊擴展性，機器人的通信系統采用CAN總線通信模式，利用紅外遙控技術、藍牙通信技術建立集成了機器人的整個通信系統。包括機器人通信接口、CAN總線控制器、遙控發射器、遙控接收器、藍牙模塊、狀態監控器等模塊組成，從而滿足設計要求。2.4狀態監控與全向無線視頻系統機器人通過遠程狀態監控器和無線通信系統，并采用虛擬儀表技術組成機器人的狀態監控系統，對機器人工作狀態進行實時監控。在機器人工作臂的前端裝有1臺云臺攝相機，該相機在云臺的作用下可自由升降、翻轉、俯仰，動態地撲捉工具頭（抱爪）的工作情況。設備四周裝有一套專用全景相機，通過它將工作區域的全景顯示在遠程端，操作人員在遠程端結合視頻圖像，控制遙控器給機器人發送指令，實現所需動作，控制距離在2km左右。視頻信號采用COFDM（正交頻分復用）調制無線傳輸技術構建，具有傳輸的圖像質量好、抗干擾能力強、連接方便、自建傳輸網絡，不受公網的影響等特點。本機在設備端四周分別安裝四個攝像頭，視頻信號接入全景控制器，從而實現設備環場監控。設備端同時安裝1臺云臺攝像機，完成工作裝置前端機具（液壓剪、抱夾等）運動的局部監控，控制指令由控制室的云臺控制鍵盤完成。通過設備端的拾音器將現場音頻信號無線傳輸回控制室內。全向無線視頻系統由云臺攝像機、云臺升降機構、視頻服務器、發射天線、全向接收天線、視頻解碼器、顯示器和控制軟件構成，系統原理如圖3所示。圖3全向無線視頻監控原理圖a）云臺攝像機在機器人機身的前端裝有1臺云臺攝相機，該相機在云臺的作用下可自由旋轉、俯仰，動態地捕捉工具頭（抱爪）的工作情況并通過無線傳輸顯示在操作臺的顯示屏上。攝像頭使用廣角高清攝像頭，方便機器在進行抓取、放下等動作時操作。圖4云臺攝像機b)全景相機設備裝有一套專用全景相機，如圖6所示，四個固定的廣角攝像頭裝在車身的四周，即時的將工作區域的全景顯示在操作臺的顯示屏上，操作人員在遠程端結合視頻圖像，可以控制遙控器給機器人發送指令，實現所需動作。主要在機器人行駛過程中使用。ROUNDIEWONITORONTEFTIGHTROUNDIEWONITORONTEFTIGHTU圖6全景相機c)操作臺云臺攝像機和全景相機的遠程終端是一個操作臺，主要由顯示屏和三維控制鍵盤等組成。顯示屏采用高清工業液晶屏，用來有效即時的顯示云臺攝像機和全景相機傳輸回來的圖像。三維控制鍵盤可以控制云臺上下左右轉動，使云臺攝像頭可以動態地捕捉操作人員想要觀察的圖像，并且可以讓顯示屏在云臺攝像機傳輸圖像和全景相機傳輸圖像之間切換。圖8人機界面2.5人機界面根據設計要求，機器人上配備油溫、油壓、液位、轉速等傳感器，在設備端動態顯示，監控器采用文本和圖形顯示方式，通過

項性能能夠滿足設計要求，完全滿足設計要求，具有較高的工業實用價值和推廣價值。翻頁顯示機器人的所有工作狀態、傳感器數據、故障代碼、錯誤報警，提示出現故障的元件和位置，并可通過人機接口對機器人的各個執行機構進行動作調試和參數標定，便于操作人員對設備性能及時掌控，人機界面如圖8所示。3.總結GTRC-80型遙搬運機器人的開發和研制解決了高危環境下作業的難題，大幅度提高了工作效率，為我國自行設計和制造遙控搬運機器人提供了設計思路，樣機經過反復

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RobotHuayu-Jiang1，Lisheng-Zuo1,2，Biyong-Xu1(1.GiantHydraulicTechCo.,Ltd.Anhui2.AnhuiUniversityofTechnology,Ma'anshan,243002)Abstract:themultifunctionalremote-controlledtransferrobot,beingdesignedbyintegratingwithvarioustechnologies,canrealizethelongdistancepick,transportation,loadinguphill/downhill,walkbyremotecontrolandotherfunctionssoastoenhancetheworkefficiency.Thispapermainlyelaboratestheoverallstructure,technicalprincipleandsystemconfigurationofthemulti-functionalremote-controlledtransferRobot.ThistypeofRo