一种移动式双臂作业型服务机器人平台的研制

摘 要：简述了一种移动式服务机器人平台的总体设计思想，该机器人平台结构简单、制造成本低、具有双臂作业的功能。机器人的双臂选用了不同的构型结构，通过双臂协调控制可完成物体的跟踪、抓取、平稳传递。另外，对该机器人的双目视觉定位装置、移动平台、控制方案及路径规划等关键技术进行了分析。这对为下一步研制出人型化的、具有一定作业能力的概念型陪护机器人提供一定的理论和实验基础。

关键词：服务机器人; 移动平台; 双臂作业；路径规划

0 引 言

    目前,商业化的机器人已经大量应用于制造业。但是在机器人领域中，一种新的、有蓬勃生命力的服务机器人已经出现并且迅速发展起来。服务机器人指的是一种半自主或全自主工作的机器人,它能完成有益于人类的服务工作,但不包括从事生产的设备。从广义上说服务机器人是指除工业机器人之外的各种机器人,主要应用于服务业,包括室内机器人和室外机器人。

    当前，随着世界性的社会老龄化问题的日益严重和提高残疾人生活质量的迫切需要，主要面向老年与残疾人的陪护机器人、助行机器人、康复机器人、智能轮椅等，统称为“助老/助残服务机器人”已开始受到世界各发达国家的高度重视，成为了世界范围内的研究热点。

    目前，国内在助老/助残服务机器人的研究尽管是刚刚起步，但是在某些机器人关键技术和产品研究等方面已具有了较好的研究基础。如：李建军等开发了一个七自由度移动式护理机器人,该机器人是以高位截瘫作为护理对象, 目标是在无人看护的情况下替患者完成取药、送水、翻书等工作；李瑞峰等研发了一种双臂作业型智能服务机器人；中国科学院自动化研究所研制了一种具有视觉和口令导航功能并能与人进行语音交互的机器人轮椅；上海交通大学开发成功一种声控轮椅，使用者只需发出简单的语音指令，轮椅可在1-2 秒内按指令执行等。

    针对助老助残陪护机器人的特点，文中研究了一种移动式双臂作业型服务机器人的实验平台，该平台结构简单、制造成本低、可在一定的结构化环境中，通过双臂协调完成取水、倒水、平稳传递物品的任务。

1 平台总体架构

    结合863项目“助老助残服务机器人”中智能陪护机器人“概念样机”的要求，本文中陪护机器人实验平台的目标是针对老年人和伤残人员的生活需要，基于路标检测、视觉CCD跟踪、超声波传感器等多传感器信息融合技术进行导航控制，在一定的结构化环境中，实现机械夹手跟随目标位置的移动，进而与改造后的水杯配合，完成取水、倒水、平稳传递物品的功能。机器人平台主要由视觉导航定位装置、多自由度机械手臂、移动平台组成。机器人平台结构中，除电机、蓄电池及标准件外，所有材料选用铝型材、轻质铝板及尼龙棒料。为防止平台在机械手抓取水杯时，产生平台的倾覆问题，利用蓄电池配重，使得平台中心后移。机器人平台的结构如图1所示。

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