爬梯机械人的设计㊣精品文档值得下载

爬梯机械人的设计

题而设计的。本论文主要对爬楼机器人星型轮的传动机构及控制系统进行详细设计。首先介绍了国内外爬楼机器人研究现状，阐明本课题研究的目的意义。然后进步介绍了本爬楼机器人总体结构。在深入分析爬楼机构及其攀爬对象的基础上，设计了相对优势较明显的轮组结构爬楼机器人。对机器人小车的运动学模型进行分析，论证小车实现任意曲线运动所包含的自转直线前进圆弧前进三个基本运动单元的可行性。引入虚拟样机技术，通过三维建模并进行模拟运动仿真。文章最后研究设计了在各种环境下，以单片机为核心的爬楼控制系统。在控制系统中，采用超声波传感器的对称排列，获取了自主上楼梯所必须地两个关键参数和对驱动大功率电机的电路进行分析，设计了更适合大功率，更安全的电机驱动电路，直流马达配合高功率Ⅱ型驱动器。关键词爬楼机器人三星轮驱动电路单片机课题研究的目的和意义.移动机器人的发展概况.爬楼梯机器人目前的研究状况.论文研究的主要内容第二章爬楼机器人的总体设计.爬楼机器人的设计要求.爬楼机器人的总体方案第三章爬楼机器人传动轮组及转向机构设计.爬楼梯机器人小车的执行电机选择技术指标电机选型.爬楼机器人的机构设计机器人小车传动机构设计传动部件的设计与校核爬楼机器人转向机构设计机器人小车结构设计.爬楼机器人小车三维实体建模软件介绍三维实体建模.爬楼机器人小车行驶性能分析可跨越最大垂直障碍高度最小转弯半径第四章爬楼机器人控制系统设计.机器人爬楼梯的控制目标.机器人的体系结构及系统组成.控制系统主要硬件的选择单片机的选型传感器的选择.机器人控制系统的程序编制第五章总结与展望.全文总结.展望致谢参考文献第章引言自盘古开天辟地，人类诞生以来，人们就直用智慧开辟着完美的生活！进入新的世纪，人类除了致力于自身的发展外，还十分关注机器人外星人和克隆人等问题。机器人正是本论文研究的对象。“机器人”这人名词对许多人来说，并不陌生。从古代的神话传说，到现代的科学幻想小说，戏剧，电影和电视，都有许多关于机器人的精彩描绘。而且越来越多的机器人出现在我们的生活生产中，更多科学工作者和业余爱好者也投入到机器人研究的行列当中来。机器人应用范围遍及工业科技和国防的各个领域。在“机器人王国”日本，直拥有全世界左右的机器人，工业机器人应用于最多的工业部部门依次为家用电器制造汽车制造塑料成型通用机械制造和金属加工等工业，而且正应用于更多的新领域中。据统计，目前全世界服役机器人约万台机器人学也维持较好的发展势头，充满希望的进入这崭新的世纪。.课题研究的目的和意义本文讨论的移动机器人是具有越障功能，能够灵巧翻越楼梯的种光机电体化的智能装置。用作搬运的自主移动机器人，要求能随工作任务和环境的改变，智能地重规划行驶路径，并要求能快速适应工作环境。要达到这种水平，当前还有很多问题需要深入的研究，而其中的机器人楼梯环境顺利翻爬问题是较为重要的个研究课题。越障机器人的研究，对扩展机器人的作业空间，在人不能到达或不便到达的环境中进行作业，具有重要的意义。越障机器人还可用于工业中的些险难作业，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境.减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。楼梯是人造环境中的最常见的障碍，也是最难跨越的障碍之，爬楼梯机器人的研究是解决当前全自主机器人在非结构环境下正常工作的重要环节之。爬楼梯机器人可应用于危险环境探查侦察救灾导盲助残搬运清扫维修安装等作业，其实际意义重大。.移动机器人的发展概况机器人词最早使用是在年捷克作家卡雷尔•查培克的剧本罗萨姆的万能机器人中，剧中机器人这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的个具有人的外表特征和功能的机器，是种人造的劳力。机器人词虽出现得较晚，然而这概念在人类的想象中却早已出现。制造机器人是机器人技术研究者的梦想，代表了人类重塑自身了解自身的种强烈愿望。自古以来，就有不少科学家和杰出工匠制造出了具有人类特点或具有模拟动物特征的机器人雏形。西周时期，我国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人，这是我国最早记载的具备有机器人概念的文字资料。春秋后期，我国著名的木匠鲁班在机械方面也是位发明家，据墨经记载，他曾制造过只木鸟，能在空中飞行“三日而不下”，体现了我国劳动人民的聪明才智。年，美国人乔治•德沃尔设计了第台电子程序可编的工业机器人，并于年发表了该机器人专利。年，美国万能自动化公司的第台机器人在美国通用汽车公司投入使用，这标志着第代机器人的诞生。从此，机器人开始成为人类生活中的现实。要给机器人下个合适的和为人们普遍同意的定义是困难的。就目前各种定义的共同之处来说，即认为机器人像人或人的上肢，并能模仿人的动作具有智力或感觉与识别能力是人造的机器或机械电子装置。“智能机器人”是种集数学物理化学生物机械电子材料能源计算机硬件软件人工智能等众多领域的科学与技术知识于身的综合技术平台。机器人技术的迅速发展，已对许多国家的工业生产太空和海洋探索以及整个国民经济和人民生活产生了重大影响，而且这种影响必将进步扩大。目前在工业上运行的以上的机器人，都不具有智能。随着工业机器人数量的快速增长和工业生产的发展，对机器人的工作能力也提出更高的要求，特别是需要各种具有不同程度智能的机器人和特种机器人。这些智能机器人，有的能够模拟人类用两条腿走路，可在凹凸不平的地面上行走移动有的具有视觉和触觉功能，能够进行独立操作自动装配和产品检验有的具有自主控制和决策能力这些智能机器人，不仅应用各种反馈传感器，而且还运用人工智能中各种学习推理和决策技术。智能机器人还应用许多最新的智能技术，如临场感技术虚拟现实技术多智能体技术人工神经网络技术遗传算法和遗传编程仿生技术多传感器集成和融合技术以及纳米技术等。世纪的机器人智能水平，将提高到更高的水平，令人赞叹。自从世纪年代初，第台工业机器人发明以来，机器人的发展已有半个多世纪，机器人的应用越来越广泛，几乎渗透到所有的领域。机器人大致经过三代的演变第代是可编程的示教再现型机器人第二代是具有定感觉功能和自适应能力的离线编程机器人第三代机器人是智能机器人。机器人正在向智能化的趋势发展，智能化的机器系统将从事目前传统机器系统和人工难以胜任的恶劣环境下的些操作。移动机器人是机器人学中的个重要分支，是类能够通过传感器感知环境和自身状态，实现在非结构环境下，动态决策与规划行为控制与执行等多项功能于体的高智能化机器系统。它与机器人学计算机视觉多传感器信息融合智能控制以及多智能体机械学等学科密切相关，体现了信息科学和人工智能技术的最新成果，具有重要的军用及民用价值，是现代机器人学中个重要而且相当活跃的研究领域。移动机器人的研究早在上世纪年代就已经开始，斯坦福研究院的和等人，在至年制造出了取名为的自主移动机器人。从上世纪年代开始，美国国防高级研究计划局就制定了地面无人作战平台的战略计划，从此，在全世界掀开了全面研究室外移动机器人的序幕。从此，在全世界掀开了全面研究室外移动机器人的序幕，如的自主地面车辆计划，能源部制订的为期年的机器人和智能系统计划，以及后来的空间机器人计划日本通产省组织的极限环境下作业的机器人计划等。自上世纪年代以来，以研制高水平的环境信息传感器和信息处理技术高适应性的移动机器人控制技术，真实环境下的规划技术为标志，开展了移动机器人更高层次的研究。美国人工智能实验室开发的个人形机器人，使用套传感系统来模拟人的感官。美国佐治亚理工大学的机器人利用激光传感器构建坐标和地图。美国卡耐基梅隆大学的计划完全采用了视觉作为导航，实现了基于图像表现的视觉定位和导航。美国研制的火星探测机器人“索杰娜”于年登上火星，年初美国又相继发射了“勇气号”和“机遇号”火星车，引起了全世界的广泛关注。德国慕尼黑国防大学的移动机器人，能够在整幢大楼中进行自主定位和导航，并可以和人类进行多语言交流，完成由人用语言布置的任务。国内在移动机器人方面的研究起步较晚，主要的研究工作有清华大学的自动驾驶小车，香港城市大学的自动导航车和服务机器人，中国科学院沈阳自动化研究所的和防爆机器人，中国科学院自动化所自行设计和制造的全方位移动机器人视觉导航系统等。近几年，通过足球机器人比赛的广泛开展，移动机器人作为其中的中型组全自主机器人，在国内高校和科研院所的积极参与下取得了巨大的进展。目前以上海交通大学的“蛟龙”系列，中科院自动化研究所，深圳固高公司和上海广茂达公司的移动机器人发展较为迅速。移动机器人在研究和开发过程中所涉及的研究领域很广，包括智能机器人系统专家系统多智能体系统智能体结构设计图像处理传感器数据融合决策对策进化算法等。该研究可以催生成熟的系列高新技术，将为社会经济和文化的发展提供重要手段。.爬楼梯机器人目前的研究状况机器人作为种自动化的机器，所不同的是这种机器具备些与人或生物相似的智能能力，如感知能力规划能力动作能力和协同能力，是种具有高度灵活性的自动化机器。对不同任务和特殊环境的适应性，也是机器人与般自动化装备的重要区别。非结构环境中的多功能全自主的移动机器人技术多年来直是机器人研究中的热点问题之。但是非结构环境给移动机器人的运动造成了自主决策和路径规划的困难。越障机器人的研究，对扩展机器人的作业空间，在人不能到达或不便到达的环境中进行作业，具有重要的意义。越障机器人还可用于工业中的些险难作业，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境.减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。其中，移动机器人从事各项事务响应任务时，楼梯是人造环境中的最常见的障碍，也是最难跨越的障碍之。针对各种不同的运动环境，直以来移动机器人所采用的运动方式大体包括轮式履带式足式等。国外对爬楼梯装置的研究开始得相对较早，最早的专利是年美国的发明的爬楼梯轮椅。此后，各国纷纷开始投入此项研究，其中美国英国德国和日本占主导地位，技术相对比较成熟，且有些产品已经投入市场使用。我国对此类装置的研究虽然起步较晚，但近年来也涌现了很多这方面的专利，然而投入实际使用的还很少。总结目前国内外现有的爬楼梯装置和专利，按爬楼梯功能实现的原理主要分为履带式轮组式步行式爬楼梯装置。下面分别对国外国内各种类型装置的发展作简要介绍，并分析其各自优缺点。步行式早期的爬楼梯装置般都采用步行式，其爬楼梯执行机构由铰链杆件机构组成。上楼时先将负重抬高，再水平向前移动，如此重复这两个过程直至爬完段楼梯。步行式爬楼梯装置模仿人类爬楼的动作，外观可视为足式机器人，采用多条机械腿交替升降支撑座椅爬楼的原理。步行式爬楼梯装置爬楼时运动平稳，适合不同尺寸的楼梯但它对控