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（图纸+论文）爬梯机械人的设计（全套完整）

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，可在凹爬坡能力次充电最大行程电机选型电机类型选择多功能爬楼梯装置的驱动机构电机是整个系统的核心，它在定程度上决定了装置使用的安全性可靠性。平地驱动采用两个小功率电机驱动，爬楼动作由另两个大功率电机驱动。整个系统以蓄电池作为供电能源，可供选择的电机有步进电机直流电机和无刷直流电机。步进电机步进电机具有转矩大惯性小响应频率高等优点，能够快速起动与停止。它通常不需要反馈就能对位移或速度进行精确控制，控制系统结构简单，维修方便。但是步进电机能耗太大，速度也不高，且存在个固有缺点，即在低速转动时振动和噪声大，不利于整个装置的稳定。直流电机直流电机具有良好的起动制动和调速特性，具有很宽的调速范围，且易于平滑调节。它具有控制特性好响应速度快等优点，满足装置对突发情况做出反应的灵敏性要求而且低速时平稳性好，满足了装置在爬楼运动时低速稳定性的要求起动转矩大过载能力强，可以满足装置爬坡翻越台阶的性能要求。但是传统的直流电机均采用换相器和电刷以机械方法进行换相，因而存在相对的机械摩擦，由此带来噪声火花无线电干扰以及寿命短等问题，需要经常维护。无刷直流电机针对传统直流电机的上述弊病，无刷直流电机采用电子换相电路取代了机械换相装置，不仅继承了直流电机的优点，且具有无噪音免维护可靠性高的优越特性。因此我们选用无刷直流电机作为装置的驱动电机，前轮驱动和后轮转向各采用两个普通的无刷直流电机驱动。电机型号选择由上可知，本设计采用普通无刷直流电机作为动力源,机器人最大载重为，平地最大速度为.，车体及电池重量大约为。驱动电机选型功率计算根据以上计算及各个参数，本设计选择济南科亚电子科技有限公司生产的型直流无刷电机作为驱动电机，型直流无刷电机参数如表.所示。表.型直流无刷电机参数型号额定功率额定电压最大转矩转向电机选型转向电机只负责车体转向故不需太大的功率，因此本设计选择济南科亚电子科技有限公司生产的型直流无刷电机作为转向电机，型直流无刷电机参数如表.所示。表.型直流无刷电机参数型号额定功率额定电压最大转矩爬楼机器人的机构设计通过总结目前国内外现有的爬楼梯装置和专利，并结合爬楼机器人的自身的动力传输要求，本设计采用前轮驱动后轮转向的设计思路，运用蜗轮蜗杆减速机构将动力从电动机传输到车轮，下面本文就从动力的传输路径来对各机构的设计做详细介绍。机器人小车传动机构设计机器人中间主体前半部分用来布置驱前轮轮组运行的传动结构，其传动过程首先由电机提供驱动力，带动蜗杆驱动蜗轮转动，蜗轮与锥齿轮同轴相连，锥齿轮通过啮合将动力传递到前小轴，驱动轮组中心齿轮转动在上楼梯时，锁轴器工作将小轴和管轴锁紧，小车轮不再转动以防止小车轮滑移，动力通过管轴传递到三星轮，驱动其转动。机器人主体传动结构布局如图.所示。蜗轮蜗杆减速系统爬楼机器人不管是在平地行驶还是在爬楼的过程中都要求车身平稳，要满足这个要求就必须使爬楼机器人以较慢的速度行驶。图.给出了机器人三维虚拟样机的示意图。机器人车轮的传动部分位于车体的底盘，地盘上边的空白部分则用于配置所需控制电路以及导航所需的传感器等。由于爬楼机器人的特殊要求本设计采用前轮驱动后轮转向设计。车体两侧的轮组皆具有两个旋转自由度，即小车轮的旋转和轮辐的旋转运动。中间两个电机具有自锁功能，采用大减速比的蜗轮蜗杆减速系统，与前轮小轴相连驱动车轮，实现机器人前进后退和越障。遇楼梯时锁轴器将后轮小轴与管轴锁紧，最后通过管轴驱动轮辐，实现机器人的爬楼动作。后车身个小功率电机通过大减速比的蜗轮蜗杆减速系统后再通过齿轮齿条的连接驱动车后轮左右摆动，实现左右转弯动作。图.爬楼机器人结构示意图三星轮组电机主车架齿轮小车轮图.主车架内部传动及转向结构布局驱动电机蜗杆蜗轮锥齿轮锁轴器转向齿轮齿条转向电机该种结构的优点有平顺的行驶能力。机器人小车在平地行驶时，由于其结构上的特点，任意时刻都有两个小车轮接地，利用轮组的定轴轮系传递动力，使小车轮快速的前进，其效率与普通轮式驱动车辆相同。当遇到可跨越的障碍时，轮组演变成形星轮系翻滚前进。可靠的上下楼梯能力。机器人小车上下楼梯时，锁轴器工作将小轴和管轴锁紧，使电机驱动轮组翻滚时，轮组中心齿轮不转动。这使得在上下楼梯过程中，小车轮不会发生滚动，使得运动方位的控制得到精确的保证。这优点对小车下楼梯控制尤其重要。机器人车体的转弯容易实现。通过传感器检测出障碍物超过越障范围时，机器人需要采取转弯避障的措施。本设计采用小功率电机通过大减速比的蜗轮蜗杆减速系统后再通过齿轮齿条的连接驱动车后轮左右摆动，可使小车轻松实现左右转弯动作，小车所需的转弯半径可小于车身宽度，具有更好的机动性能。机器人结构简单。其姿态的控制相对简单，只需个电机就能完成驱动功能。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根据平地或爬楼等不同状况下的实际需要，以国标电动轮椅车为标准，确定动力系统的参数。国标中对电动轮椅车的主要技术性能规定如表.所示。参考表.，以及本装置特点小车轮比般车车轮都要小个规格，速度快，其功率也将提高很多，确定本装置的技术指标如下最大载重为,平地时最大运行速度为.，最大爬楼速度为每分钟个台阶。装置携带蓄电池自主供电，电池容量为安时次行程。表.电动轮椅国家标准项目内容性能指标室内型室外型道路型速度轮椅车，底部是履带式的传动结构，可爬楼梯的最大坡度为，上下楼梯速度为每分钟个台阶。法国公司生产的电动爬楼梯轮椅，它的底部有四个车轮供正常情况下平地运行使用，当遇到楼梯等特殊地形时，用户通过适当操作将两侧的橡胶履带缓缓放下至地面，然后把这四个车轮收起，依靠履带无需旁人辅助便能自动完成爬楼等功能。履带式结构传动效率比较高，行走时重心波动很小，运动非常平稳，且使用地形范围较广，在些不规则的楼梯上也能使用。它除了具备爬楼梯功能外，也能作为普通的电动轮椅使用。但是这类装置仍存在很多不足之处重量大运动不够灵活爬楼时在楼梯边缘造成巨大的压力，对楼梯有定的损坏且平地使用所受阻力较大，而且转弯不方便，这些问题限制了其在日常生活中的推广使用。轮组式轮组式爬楼梯装置按轮组中使用小轮的个数可分为两轮组式三轮组式以及四轮组式。单轮组式结构稳定性较差，在爬楼过程中需要有人协助才能保证重心的稳定而双轮组式虽能实现自主爬楼，但由于其体积庞大且偏重，影响了它的使用范围。美国著名发明家发明的了种能自动调节重心的两轮组式轮椅。它有个轮子，前面有对实心脚轮，后面有两对行星结构的充气轮胎，通过两后轮交替翻转可以上下楼梯。几乎能适用于所有楼梯，此外它也能在沙滩斜坡和崎岖的路面上行驶，而且后轮可以直立行走，为使用者提供了更多方便之处，帮助他们能达到正常人的高度。它最大的优点就是在轮椅重心安装了陀螺仪，控制器根据陀螺仪的信号调整重心的位置，使轮椅能在不同状态下保持平衡。经过数十年的研究开发，它己经由发展到了，功能也越来越强大，是目前该领域中性能最高的产品，它的售价在万美元左右，相当于辆中档桥车的价格，难以被普通使用者接受。我国在上世纪八十年代对轮组式爬楼梯装置已有研究，年专利号为的国家专利中介绍了种平地楼梯运行多用轮椅，前滚轮和后滚轮都用多个星形轮组成，除自转外还绕滚轮轴公转而实现上下楼。内蒙古民族大学物理与机电学院的苏和平等人借鉴了的爬楼方式，采用星形轮系作为爬楼梯机构，设计了种双联星形机构电动爬楼梯轮椅。改轮椅爬楼时需要人工辅助或者楼梯扶手的辅助支撑，使其能调整重心的位置，安全爬楼。轮组式爬楼梯装置的活动范围广，运动灵活，但是上下楼梯时平稳性不高，重心起伏较大，会使乘坐者感到不适。此外，轮组式爬楼梯装置体积较大，很难在普通住宅楼梯上使用。复合类机器人基于履带式轮式腿式移动机器人的优缺点，在研究中，采用了腿履复合和轮腿履带复合等结构。设计主要是依靠腿式机构来完成越障，以及履带平稳性和轮组的灵活性来达到功能的完整。机器人摆臂在定范围可上下摆动，辅助越障攀爬，具有较强的越障性能路面通过性和上下台阶能力。但是各种机构的复合也给控制方面提出了更高的要求，而且爬楼过程中的稳定性如何适应不同尺寸的楼梯如何实现手动操作省力与省时的问题以及反向自锁种,爬梯,机械人,设计,毕业设计,全套,图纸种爬梯机械人的设计摘要在日常生活和生产中经常要将重物搬上楼梯，传统的方法基本是靠人力搬运完成，有时由于重物太重或人手不足而无法搬运，本课题就是为克服这个难题而设计的。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