智能移動(dòng)機(jī)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(chǎng)空間。然而，現(xiàn)有的移動(dòng)機(jī)器人存在著機(jī)動(dòng)靈活性差與定位導(dǎo)航精度低等問(wèn)題，制約了移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展。中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所所屬二級(jí)所先進(jìn)制造所精密運(yùn)動(dòng)與先進(jìn)機(jī)器人團(tuán)隊(duì)針對(duì)上述問(wèn)題開(kāi)展了深入研究，近期開(kāi)發(fā)出一套基于全向移動(dòng)機(jī)器人的自動(dòng)化車間物流系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于某大型國(guó)產(chǎn)汽車公司的發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線搬運(yùn)環(huán)節(jié)。

針對(duì)傳統(tǒng)移動(dòng)機(jī)器人不能同時(shí)改變移動(dòng)位置和方向、無(wú)法實(shí)現(xiàn)側(cè)行和斜行、機(jī)動(dòng)靈活性不佳等問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一種基于直驅(qū)電機(jī)并能實(shí)現(xiàn)解耦驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)萬(wàn)向腳輪。該萬(wàn)向腳輪通過(guò)輸入運(yùn)動(dòng)耦合實(shí)現(xiàn)了輸出運(yùn)動(dòng)的解耦，即在腳輪的傳動(dòng)系統(tǒng)中引入一個(gè)兩自由度的差速器，使得轉(zhuǎn)向電機(jī)可在輸出轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)輸出一部分的滾動(dòng)力矩，用于消除腳輪的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)和滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的耦合運(yùn)動(dòng)，既簡(jiǎn)化了運(yùn)動(dòng)控制，也避免了因耦合傳動(dòng)而產(chǎn)生的腳輪磨損。

基于主動(dòng)萬(wàn)向腳輪，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了由多臺(tái)全向移動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的搬運(yùn)環(huán)節(jié)，其中每臺(tái)全向移動(dòng)機(jī)器人均采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)模塊化并聯(lián)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)算法，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)解耦式主動(dòng)萬(wàn)向腳輪的協(xié)調(diào)控制和純滾動(dòng)條件下的0～360度轉(zhuǎn)向。單臺(tái)全向移動(dòng)機(jī)器人依靠二維碼與視覺(jué)的多信息融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)在車間物流場(chǎng)合的準(zhǔn)確定位，并通過(guò)搭載的超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)全方位自主避障，其承載能為250公斤，運(yùn)動(dòng)最大速度為1m／s，定位誤差小于20mm。該全向移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)通過(guò)安裝于上位機(jī)的統(tǒng)一調(diào)度算法，利用無(wú)線網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)調(diào)度。除此之外，該系統(tǒng)可與臂式機(jī)器人組成車間物流搬運(yùn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車間貨物的全自動(dòng)化取放和運(yùn)輸。該車間物流系統(tǒng)是國(guó)家智能制造裝備發(fā)展專項(xiàng)“1．8TGDI 渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化智能制造車間應(yīng)用示范”項(xiàng)目的關(guān)鍵成套智能裝備，可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)化搬運(yùn)過(guò)程，替代了人工搬運(yùn)，提高了物流效率。該項(xiàng)目近期通過(guò)了驗(yàn)收，基于全向移動(dòng)機(jī)器人的車間物流系統(tǒng)獲得了廠方認(rèn)可和專家的好評(píng)。