（毕业设计全套）轮式移动机器人结构设计（打包下载）

.壳体件材料的选择壳体类零件它们的性能要求很低，所以尽量选择质量轻，价格低廉且符合设计要求的材料。

本文选用的是，这是种硬铝材料，强度大质量轻，完全符合本文的设计要求。

并且这种铝合金有利于材料的购买，同样这种材料是满足设计要求的。

其中材料的弯曲应力，.车体支撑件材料的选择和校核材料的选择车体支撑件由于与车轮轴之间为滚动摩擦，需要选取种耐摩擦，同时要求强度大，质量轻，价格便宜的材料来制造。

工程塑料拥有良好的综合性能，其强度刚度冲击韧性抗疲劳等不较高，特别是拥有很高的耐磨性。

它可以在无润滑油的情况下有效的进行工作。

由于它相对密度小，因此其强度高。

聚甲醛是种比较常用的工程塑料。

它是以线性结晶高聚甲醛树脂为基础的。

它有着高强度高弹性模量等优良的综合力学性能。

其强度和金属近似，摩擦因数小并有自润滑性，因而耐磨性好。

聚甲醛材料是种相当便宜的材料。

由于本设计中的负荷低，移动机构的速度不快，从而此处选择有聚甲醛这种工程塑料来制造车体支撑件。

支撑件的校核支撑件是用来支撑机器人主要机械机构的，本文中共用四个支撑件，都和车轮配套使用，受力几乎样为.。

聚甲醛的抗压强度为，抗弯强度为，整个零件的强度和刚度是非常大的。

从每个件的受力来看，材料聚甲醛的各个力学性能完全满足本文的设计要求。

支撑件和车轮轴是滚动摩擦配合，属于间隙配合。

由于聚甲醛的耐摩擦性好，而机器人移动速度慢，从摩擦的角度来说，聚甲醛也是理想的支撑件材料。

.本章小结全方位移动机器人各零部件所要求的强度刚度等都不同，应该选用不同的材料来制造加工。

所以本章就依据机器人在工作过程中各零部件不同受力情况，以及机械设计的要求选用了不同的材料来制造零件，并对零件进行了强度校核，使其达到工作要求。

结论本文在了解和分析已有的机器人移动平台的工作原理和结构，对比它们的优劣点。

在这些基础上提出了全方位移动结构的可行性方案，并选择最佳方案来设计。

纵观本文，全方位移动机器人可分为两个大部分即旋转机构设计转向机构设计。

总结如下．本文采用车轮机构来实现全方位移动。

从而设计了可避免对电机轴形成弯矩的车轮旋转结构，通过优化车轮的直径与电机的匹配，使其车轮能够在.调速．设计了车轮转向机构，可使车轮实现零半径转向全方位移动机器人机械本体的设计是机器人设计的基本环节，能够为后续关于机器人的研究提供有价值的平台参考和有用的思路。

致谢行文结束之际，我衷心地感谢指导老师老师在我做毕业设计期间给予的关心和指导，在学校良好的硬件和软件环境下，我能够充分地发挥自身的能力，顺利地完成了课题的研究设计工作。

而李老师在工作中优秀的学术风范和极高的敬业精神时刻督促作者在今后的学习工作中努力拼搏精益求精。

在此谨向恩师致以最诚挚的感谢！作者衷心感谢刘型志等诸位同窗在作者的设计研究过程中给予的无私帮助与支持。

感谢所有关心和帮助过我的亲人老师同学和朋友们！•参考文献吕伟文.全方位轮移动机构的原理和应用.无锡职业技术学院学报.赵东斌，易建强等.全方位移动机器人结构和运动分析.机器人.李瑞峰，孙笛生，闫国荣等.移动式作业型智能服务机器人的研制.机器人技术与应用.杨树风.带有机械臂的全方位移动机器人的研制.哈尔滨工业大学硕士毕业论文，.田宇，吴镇炜，柳长春.开放式三自由度全方位移动机器人实验平台.机器人.闫国荣，张海兵.种新型轮式全方位移动机构.哈尔滨工业大学学报.吕伟文.全方位移动机构的机构设计.无锡职业技术学院学报，高光敏，张广新，王宇等.种新型全方位轮式移动机器人的模型研究.长春工程学院学报.吴玉香，胡跃明.轮式移动机械臂的建模与仿真研究.计算机仿真.付宜利，徐贺，王树国.具有新型轮式走行部的移动机器人及其特性研究.高技术通信.付宜利，李寒，徐贺等.轮式全方位移动机器人几种转向方式的研究.制造业自动化.滕鹏，马履中，董学哲.具有冗余自由度的新型护理机械臂研究.机械设计与研究.孔繁群，朱方国，周骥平.种机械手关节联接结构的改进设计.机械制造与研究.蔡自兴编著.机器人原理及其应用.中南工业大学出版社，.吴广玉，姜复兴编.机器人工程导论.哈尔滨哈尔滨工业大学出版社，.吴玉香，胡跃明.轮式移动机械臂的建模与仿真研究.计算机仿真.濮良贵，纪名刚编著.机械设计第七版.北京高等教育出版社，.，.，，.，附录机器人的硬件改进和计算转矩的控制更新用于教育事业的工业控制器英国大学的自动控制系有台教学机器人，由于原来的硬件控制部分和人机界面有所欠缺，因此此文就控制部分的改进作了阐述。

本论文描述了两个自动化系的研究生的研究结果，这个课题涉及了基于个人计算机的机器人操作臂的人机界面和计算转矩的控制设计。

机器人是个六自由度的机器人操作臂，由六个直流伺服电机驱动，关节位置由编码器和电位计测定。

三个大功率的电机用于驱动腰部关节，肩关节和肘关节，而三个较小功率的电机用于驱动腕关节位置和方位。

机器人有个宽广的可达空间和较大的加速度，加速度大的超出人的想象。

机器人设计的初衷是用于工业装配和操作控制，目前大多用于科研院所作为研究的目的来应用。

现在机器人操作臂本身仍然有高的强度和动力，然而原来的Ⅱ控制器已经过时并且急需替代。

随着现代科技的快速发展，出现了能够运行软件的个人计算机，并且还存在有其它的功能，例如实时监控设备快速成型以及用于控制机器人操作臂的高级在线测试。

基于机器人控制“工具箱”的软件可以控制机器人操作臂，但是它不具备控制计算转矩的功能，正因为此，本文重点介绍这技术的相关内容。

机器人的改进和接口部分为了利用个人计算机来控制机器人操作臂，我们特意去掉了原来的计算机存储器芯片芯片接口数字伺服控制板以及操作臂接口卡。

正如操作臂接口卡中所描述的样，原来的功率放大器以及电流转矩控制器在新设计的控制结构体系中仍然存在。

机器人控制部分的硬件结构如图所描述。

专用的改进卡代替原来的芯片安装在Ⅱ控制器的背面。

控制器上的芯片通过专用的电缆与数据采集器相连接，而数据采集器又与个人计算机上的接口相连接。

奔腾，.的个人计算机在操作系统下运行，用于控制机器人操作臂的精确运动。

伺服电机的转矩通过Ⅱ控制器来控制，并且与由个人计算机通过数据采集器发送过来的数字电压相比较。

数据采集器从芯片上接收到编码器和电位计上的信号。

电位计上的信号用来校准和标定最近接收到的标志信号，然后校准编码器上的读数用来决定关节的位置和方位。

控制器设计利用控制计算转矩来实现机器人操作臂的控制，这项技术多用于非线形的动态系统的控制中，用来去掉操作臂控制的非线形也方便内部控制和定值的获得。

关节位置通过微分积分调节器控制计算转矩，进而来控个人计算机操作臂改进的控制器总线数据采集器网卡设置图硬件结构专用的改进卡安装在Ⅱ控制器上，控制器上的改进卡和数据采集器通过专用的电缆线来连接。

奔腾，.的个人计算机在操作系统下运行，同时应用以及应用软件来控制机器人操作臂。

制关节位置，计算转矩控制器计算必须的参考转矩值，参考转矩值的计算公式如下ιε，在这里ι是个矢量，是指关节转矩的参考值也是个矢量，般是指关节变量是转动惯量矩阵，代表非线性的术语，例如向心力和震动的影响，以及摩擦和重力万有引力的影响是跟踪误差是理想的轨迹值ε是总的跟踪误差并且和是微分，积分调节器在各个关节的参数设定值的矩阵真值表。

因为公式是个在时间上连续，即动态参数的公式在应用的初期通常应在数字计算机中利用。

假定这个动态的模型应用的相当恰当和精确，这个设计将对机器人操作臂提供有效的控制，幸运的是这种机器人操作臂的动态性正如其所描述的样，满足这种设计要求。

相对的动态性和操作臂所应用的参数是基于，参考文献中所描述的样。

调节器参数的获取可参考文献。

软件部分设计软件结构的实现是基于在下运行的和软件来实现的。

软件使控制算法的快速设计得以实现，并且允许利用代码来实现特殊的功能，并称之为功能。

除此之外，.用来实时执行已经编译的代码，这些代码是来自于软件项目下的实时监控处得来的，并且通过它来与数据采集器通信。

图利用调节器设计计算转矩控制并在软件下实现控制利用调节器设计计算转矩控制并在软件下实现控制。

已知当前的关节位置和过去的关节位置通过调节器计算当前的关节速度。

饱和反馈用来防止积分器出错，采样间隔是。

轨迹生成轨迹的生成也即是关节的运行路线的生成，是通过代码来实现的。

在实时控制器运行的时候通过关节点理想轨迹的离线计算可以充分利用处理器，提高处理器的利用效率。

第五个命令是用来计算关节沿着指定的路线运动时关节角的矩阵变换。

这个矩阵旦被计算出来，这个变换矩阵就被用来作为控制器的表格来实现理想关节角的插值。

控制器的实现计算转矩控制器利用软件来实现，它的实现如图所示。

由公式给定的计算转矩的控制准则有部分写成代码作为软件的功能。

专门的软件模块与数据采集器连接在起来实现控制算法的计算，并且将计算转矩的参考值传送到Ⅱ控制器。

假定这个动态的模型应用的相当恰当和精确，这个设计将对机器人操作臂提供有效的控制，幸运的是这种机器人操作臂的动态性正如其所描述的样，满足这种设计要求。

相对的动态性和操作臂所应用的参数是基于参考文献中所描述的样。

调节器参数的获取可参考文献。

用户界面基于的用户使用界面允许使用者通过改变由轨迹生成器生成的代码参数来详细的了解目标轨迹和用户界面。

用户使用界面如图三所示。

这个机器人操作的用户使用界面十分友好，关节空间的轨迹可以被储存，也可以被重新装载。

末端执行器在笛卡尔坐标系中的位置和方位可以利用定义在文献中的运动学方程来得到。

关节到达笛卡尔坐标系中特定位置和方位的关节角由文献中给定的逆运动学方程来求解。

实验调试在模拟环境中完成测试，并且达到有效性的要求后，也应该调试下实际的机器人操作臂的应用情况。

很多测试指标都用来评估控制器的性能。

控制器调试的结果表明此控制器的设计结构有很好的使用性能，对于不同的轨迹参考值均能达到小的跟踪误差，并且这些误差在要求的范围之内。

为了达到跟踪误差的高性能和高精度，在此设计中采用了飞投运动的原理。

飞投指的是渔民投掷鱼线到河中的位置。

这涉及到飞投的行为存在以下几种状态，向前投掷，向前的运动，腕部关节的抖动，以及投掷运动的完成。

机器人操作臂的运动通过提供个预先设定的关节轨迹到控制器上，然后大体上来模仿投掷运动的原理来实现关节轨迹的控制。

参考轨迹包括正弦曲线信号的合适的相位，量值，以及应用在关节二三五上的频率。

运动结果实现了由人来完成的投掷运动的效果。

机器人操作臂实验的关节轨迹的数值如图四所示，这个界面里包括了投掷运动的三个循环周期。

实验用的视频是格式的，你可以在文献里下载。

图应用界面该界面显示了当前的关节角度和末端执行器的笛卡尔坐标位置。

在关节的运动范围内编辑器提供有效的关节角度，利用其可以设定理想关节角度。

它也显示了末端执行器的理想笛卡尔坐标位置。

该应用界面也可以存储当前位置和装载以前存储的位置。

教学过程研究这个课题的学生获得了改进工业机器人操作臂的能力和接口部分的设计。

这个课题包括阅读和解释即熟练掌握相关科技文献上的相关知识，移去控制器上的多余的芯片，根据使用指南插入改进后的芯片选择和购买电缆和终端，以及接口电源，伺服系统，编码器，以及电位计和数据采集器。

学生也学习了计算转矩控制的原理，并且将其熟练的应用到了机器人操作臂的运动控制当中。

运动控制的实现还涉及