1、式模仿普通机动车的些结构，步进电机变速箱输出轴连接拨叉，拨叉拨动左右转向节连杆来实现转向。为了消除传动间隙和电机反转死区，我们在机构中加装了，两个拉紧杆和条拉紧弹簧，很大程度上消除了误差。转向传动机构受力简图如图。图转向传动机构受力简图执行机构设计执行机构是移动机器人完成各种所需运动的机械部件。传统的机器人关节多由电机或液气压缸等来驱动。以这种方式来驱动关节，位置精度可以达到很高，但其刚度往往很大，实现关节的柔顺运动较困难。而柔顺性差的机器人在和人接触的场合使用时，容易造成人身和环境的伤害。因此，在许多服务机器人或康复机器人研究中，确保机器人的关节具有定的柔顺性提高到了个很重要的地位。人类关节具有目前机器人所不具备的优良特性，既可以实现较准确的位置控制又具有很好的柔顺性。这种特性主要是由关节所采用的对抗性肌肉驱动方式所决定的。目前模仿生物关节的驱动方式在仿生机器人中得到越来越多的应用。在这种应用中为得到类似生物关节的良好特性，般都采用具有类似生物肌肉特性的人工肌肉。气动机械手是集机械电气气动和控制于体的典型机电体化产品。近年来，机械手在自动化领域中，特别是在有毒放射易燃易爆等恶劣环境内，与电动和液压驱动的机械手相比，显示出独特的优越性，得到了越来越广泛的应用。南昌航空大学科技学院学士学位论文机械手的基本结构本文所设计的机械手的结构如图机架气动肌肉第肩关节第二肩关节机架臂第三肩关节大臂肘关节小臂腕关节气爪图机械手的结构气动机械手主要由起固定支撑作用的机架机械臂和气爪三部分组成。气动机械手能够实现个自由度由于机构运动确定，因此机构的自由度等于机构的原动件数目，此机构有个原动件，因此可得有个自由度的运动，其各自的自由度的驱动全部由气动肌肉来实现。最前端的气爪抓取物品，通过气动。
2、全局坐标系为了描述机器人在平面中的位置，建立全局坐标系和机器人局部坐标系如图所示，选择后轴中点作为局部坐标系的原点在全局坐标系中，由，确定为前轴中点坐标在中和的坐标关系为全局和局部参考系之间的角度差为为机器人的航向角，令为机器人在全局参考系中的位姿用正交旋转矩阵将全局参考系映射到局部参考系中，即，反之则有,式中南昌航空大学科技学院学士学位论文机器人局部坐标系如图所示,为轴距，为车轮转向角，为轮距，为瞬时转动中心。设的瞬时转弯半径分别为。图机器人局部坐标系机器人的整体速率为后轮速率，沿着局部坐标系正方向为前轮的速率，沿着轮子前进的方向，与的关系为在时间内，后轮正向前进分量为，方向无运动分量前轮正方向前进分量为，正方向前进分量为若不变，机器人瞬时沿着圆轨迹运动，瞬时前进的距离为，则有，如图所示此时下式成立南昌航空大学科技学院学士学位论文图机器人瞬时沿圆周运动另外在直角三角形内有从而可得，即，同理可得此时，在全局坐标系中的位置状态方程即在全局坐标系中的位置状态方程为即南昌航空大学科技学院学士学位论文将式代入得此时，分别建立起和的状态方程和，都与有关。阿克曼约束的机器人运动模型四轮车辆的理想模型中，实际上是将前面的个轮子看成了个轮子在运动，如图所示在实际的车式移动机器人转向过程中，为了使所有车轮都处于纯滚动而无滑动，要求转向轴内外轮转角之间符合阿克曼原理。令为内轮的相对转向角，为外轮的相对转向角为了实现转向时转向车轮的纯滚动，不发生横向滑移，个车轮应绕转动，理并完成移动机器人的路径规划及航迹推算的处理，上下位机的数据传输采用控件通过串口和下位机传送数据。下位机控制系统软件设计本系统中移动机器入两驱动轮的路径跟踪采用数控插补技术来实现，数控插补技术是数控系统的核心技术，插补运算具。
3、士学位论文致谢在此论文撰写过程中，要特别感谢我的导师许瑛的指导与督促，本论文的完成，离不开许瑛老师悉心的指导和帮助。她渊博的学识，严谨治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。本论文从得到选题到完成，每步都是在许老师指导下完成的，在并且内外轮转角之间应该满足式可以解得图基于阿克曼原理的机器人运动模型设和分别为左右两前轮的瞬时转弯半径，得，同理可得左右后轮的瞬时转弯半径，定义内轮差左转向时为。南昌航空大学科技学院学士学位论文际运动过程中，转向角保持不变时做圆周运动在仿真过程中，取为时间的函数机器人运动的轨迹图如图所示，分别代表了前后轮轴中点的运动轨迹。图机器人的运动轨迹图图中所示为虚拟转向角与实际车辆转向角间的关系图与的变化趋势较为致，据式可得的理论值为，实际仿真结果值为，误差在可接受范围内。图转向角间的关系图反映了转向角与航向角的关系，航向角大致可分为个阶段，如图中标记所示初始阶段随着的变化逐渐增大，当向相反方向逐渐变大时，在点处才开始逐渐变小在阶段，的微小变化并没有影响到整车运动的方向到阶段，又随着的反向开始变化实验有效地验证了该运动模型符合实际机器人转向角与航向角间的关系南昌航空大学科技学院学士学位论文图转向角和航向角南昌航空大学科技学院学士学位论文轮式移动机器人的运动控制系统设计控制系统硬件设计运动控制器是移动机器人运动控制系统中的核心内容。目前，国内外运动控制器的种类和功能都在不断丰富和发展，但总的情况是，国外的运动控控制器功能强，使用的技术也比较先进，但是价格相当昂贵，更重要的是这种运动控制器的使用方法不易为普通用户所掌握，编程复杂，即使是专业人员也很难熟练掌握，这两大不利因素限制了它的使用范围，国内的运动控制器性能和质量总体来说跟国外的产品有定的差。
4、四轮车式机器人的运动控制系统设计自主导航等工作提供了理论分析的基础。本文仅仅讨论了其中结构与机构方面的内容，论文并不完善，有待于在以下几个方面作进步的探索和深化机器人的越障能力和行驶机构的参数选取有很密切的关系。在结构形式确定的基础上，有必要对行驶机构的参数作进步的优化，以求得到越障性能和车体的稳定性非全方位移动机器人，由于受到非完整性约束，这种类型的机器人是典型的非完整系统若所具有的自由度等于个，则为全方位移动机器人。由于全方位轮有效避免了普通轮子不能侧滑带来的非完整性约束，在支持面上具有独立的两个平移运动和绕垂直轴的个转动，所以全方位轮式移动机器人是种完整系统。以全方位轮为行走机构的机器人，能够在保持车体姿态不变的前提下沿平面上任意方向作直线移动，运动路径最短，用时少，相比差动驱动机器人具有更强的优势。在机器人运动过程中，每个全方位轮由个独立的电机驱动，通过控制各个驱动电机来决定车体的移动方向和位姿，实现全方位行走轮地接触关系是个值得研究的课题。要确定车轮的外形和表面形式，必须对机器人在路面行走时车轮的受力状态有深入的研究在上述分析和研究的基础上，要积极探索机器人的控制系统的算法。如何将行驶机构和轮式驱动系统结合起来将是控制系统的关键。把控制系统和机械结构充分结合起来，对机器人的研究就更有实际意义。南昌航空大学科技学院学士学位论文参考文献孙恒等主编机械原理第六版高等教育出版社，马香峰主编工业机器人的操作机设计冶金工业出版社，宗光华张慧慧议机器人设计与控制科学出版社，李志尊基础应用与范例解析机械工业出版，刘金琨先进控制及其仿真北京电子工业出版社，蔡自兴机器人学北京清华大学出版社，张海根机电传动控制高等教育出版社,邱宣怀机械设计第四版高等教育出版社,南昌航空大学科技学院。
5、肌肉的驱动实现各自关节的转动，使物品在空间上运动，根据合理的控制，最终实现机械手的动作要求。驱动第肩关节的运动有根气动肌肉组成，机架臂有根气动肌肉组成，大臂上安装有根气动肌肉，小臂上安装有根气动肌肉。机器人受力分析及如何保证加速度最优本设计中轮型机器人采用四轮支撑，即两后轮驱动轮和两前轮转向轮。为了增加车轮和地面的滑动摩擦系数，每个车轮的轮胎材料均为橡胶。滑动轴承和轮毂采用了具有自润滑能力的塑料，摩擦力很小，可以忽略不计。采用这些结构，使小车具有很好的运动性能。机器人小车受力如图所示南昌航空大学科技学院学士学位论文图小车受力图有如下关系滑动摩擦力支撑反力水平方向受力以上关系可推出加速度从上式可以看出，由于小车质量定，若想增加加速度只有增加摩擦系数和减少支撑力。由于轮型机器人活动场所在室内需要频繁的更换速度，只有加速度大些时，才能满足机器人快速性实时性要求。在摩擦系数定时，只有尽量减少支撑力，加速度才能达到最大，这直接关系到小车重心的位置。小车的电池和后加负载是小车中比重较大者，在放置是应该尽量靠近后轮，这样支撑力就会减小，加速度在启动时就能保持尽量大。通过计算机器人通过实验验证最优加速度为左右。南昌航空大学科技学院学士学位论文轮式移动机构运动学分析轮式式机器人的运动学建模首先对四轮车辆的水平面运动进行研究在整个分析过程中，将机器人建模成轮子上的个刚体，运行在水平面上时，车轮与地面只有点接触，轮子不可发生形变且是纯滚动，不发生滑行刹车等行为，忽略车轮外倾侧偏以及轮胎的影响。针对车式机器人的运动学建模，不能单用后轴中点进行建模还应该取前轴或者其他参考点这是因为车式机器人相对于普通机器人转弯半径较大，若不取多个参考点，不能完全体现它的运动情况。图四轮车式移动机器人的局部坐标系。
6、实时性，其运算速度和精度直接影响系统的南昌航空大学科技学院学士学位论文性能指标。下位机接收的数据是移动机器人两个驱动轮需运动的步数和控制周期，因此，可以将机器人小车两驱动轮的控制转化为直线插补来实现。控制周期的大小可由规划路径的曲率大小及执行插补所需时间来确定，控制周期由上位机处理转化为计数器的初值，下位机通过串口从上位机获取插补数据，采用数字积分法完成两台步进电机的协同运动。设两驱动轮左侧电机运动步数为，右侧电机运动步数为，采用数字积分法的直线插补来实现两驱动电机的联动。下位机控制程序由主程序中断服务程序等组成，主程序完成从串口取数据定时器积分器初始化，通过定时器中断插补控制步进电机按预定方式运动，主程序的流程图如图所示。图主控流程图图中断服务程序流程图主程序初始化完成后，与上位机握手，等待上位机发送数据。当串口程序接收到正确数据后，将数据从缓冲区更新到缓冲区。首先初始化积分器，将数据转换成积分器使用的数据，使用定时器中定时中断完成插补运算，对缓冲区的访问采用扫描方式，插补采用定时中断提供步进脉冲来实现。中断服务程序，如图所示。每次中断到来先判断插补否，运行积分器产生运行标志，设置直流电机控制字，供下次驱动直流电动机。此时每次中断运行电机的控制字是由上次中断运算设定的，这样可以提高插补精度。帧数据插补完成后置插补完成标志位，当主程序扫描到这标志位时，从缓冲区更新数据到缓冲区，进行下次插补。南昌航空大学科技学院学士学位论文结论本文首先分析了四轮车式移动机器人的总体机构方案和选择，再次针对运动特性及运动学进行分析，建立了不考虑滑行刹车等的四轮机器人理想运动学模型向该理想运动学模型引入了阿克曼约束，同时对描述机器人运动状态的转向角航向角和转向半径等物理量进行了分析。为进步研。
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轮式移动机器人的结构的设计