【正文】 in advance but not with human management. So, it can be applied in the field of scientific exploration and so on. In recent years, ultrasound has bee the main way in the field of the robot navigations. Ultrasonic just like the robot39。 超聲波導(dǎo)航定位通常是由超聲波傳感器的發(fā)射探頭發(fā)射出超聲波，超聲波在介質(zhì)中遇到障礙物而返回到接受裝置。 1959 年，美國英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業(yè)機器人，取名“尤尼 梅遜”，意為“萬能自動”。第一代機器人是 簡單的示教再現(xiàn)型機器人，這類機器人需要使用者事先教給它們動作順序和運動路徑，再不斷地重復(fù)這些動作。它不但有第二代機器人的感覺功能和簡單的自適應(yīng)能力，而且能充分識別工作對象和工作環(huán)境，并能根據(jù)人給的指令和它自身的判斷結(jié)果自動確定與之相適應(yīng)的動作。而特種機器人則是除工業(yè)機器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各 種先進機器人，包括：家務(wù)型機器人、操作型機器人、程控型機器人、示教再現(xiàn)型機器人、數(shù)控型機器人、感覺控制機器人、適應(yīng)控制型機器人、學(xué)習(xí)控制型機器人、智能機器人等。 學(xué)習(xí)控制型機器人：能 “體會 ”工作的經(jīng)驗，具有一定的學(xué)習(xí)功能，并將所 “學(xué) ”的經(jīng)驗用于工作中。經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，美國現(xiàn)已成為世界上的機器人強國之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進。這主要歸功于法國政府一開始就比較重視機器人技術(shù)，特別是把重點放在開展機器人的應(yīng)用研究上。經(jīng)過 20 年的努力，前蘇聯(lián)的機器人在數(shù)量、質(zhì)量水乎上均處于世界前列地位。此時，日本價廉物美的家用電器產(chǎn)品也充斥了美國市場??這使“山姆大叔”后悔不已。 移動機器人國內(nèi)的現(xiàn)狀 ??本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 6 “七五 ”期間，國家投入資金，對工業(yè)機器人及其零部件進行攻關(guān)，研制出噴涂、點焊、弧焊和搬運機器人等五類機型。一方面，在產(chǎn)業(yè)化上與國際上有著一定的差距 ?？傮w上看，我國機器人研究仍然任重而道遠。 四輪 ：四輪移動機構(gòu)在驅(qū)動方式和結(jié)構(gòu)上類似于三輪機構(gòu)，但同三輪機構(gòu)相比，四輪機構(gòu)的確定在于其回轉(zhuǎn)半徑較大，轉(zhuǎn)向不靈活。 三輪全驅(qū)動全導(dǎo)向 具有很高的運動靈活性，但是該機構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，完成每個動作都需對 6 個伺服電機進行合理控制，且對于方向和驅(qū)動的伺服控制精度有較高的要求，控制難度較大。 步進電機：步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。不能得到電機的較低轉(zhuǎn)速。 傳動方式主要對比齒輪傳動 [6]和帶傳動，鏈傳動來確定： 帶傳動是利用張緊在帶輪上的柔性帶進行運動或動力傳遞的一種 機械傳動 。因此，鏈傳動多用在不宜采用帶傳動與 齒輪傳動 ，而兩軸平行，且距離較遠，功率較大，平均傳動比準確的場合。按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，有相應(yīng)的脈沖輸出，其計數(shù)起點任意設(shè)定，可實現(xiàn)多圈無限累加和測量。 PLC 和單片機都可以作為機器人的控制系統(tǒng)。因為其價格較高，一般都是附加值較高的自動控制系統(tǒng)才會考慮。它相當于移動機器人的感覺器官，把 探知的信息傳遞給其他裝置 。 缺點是需要注意人體安全，且制做的難度較大，成本較高，而且光學(xué)系統(tǒng)需要保持干凈，否則將影響測量。 超聲波環(huán)避免了機器人經(jīng)常轉(zhuǎn)身，節(jié)省了時間，提高了機器人的靈活性。mg=*40*= 通過網(wǎng)上查找 ,電機的效率大約為 80％ ,所以機器人電機克服摩擦力的功率 P實際=F 減速 箱 [8]輸出扭矩為 : T = 9550W/n i η = 9550 12 92% = N*M 其中： W 是指步進電機功率； n 是指步進電機轉(zhuǎn)速； i 是傳動比； η是步進電機的機械效率 通過查找資料 ,確定減速箱第一級模數(shù) m1=,傳動比 i1=3,小齒輪 [9]齒數(shù) 25,參數(shù)名稱 參數(shù)數(shù)值 輸出功率 35W 額定電壓 24V 額定電流 轉(zhuǎn)速 720n/m 轉(zhuǎn)矩 *M 減 速器的確定 減速箱齒輪的確定 ??本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 17 大齒輪齒數(shù) 75。 當所在計算載面軸段開有鍵槽時，由上式算得的直 徑應(yīng)增大 3%～ 5%（開一個鍵槽）或 7%～ 10%（開兩個鍵槽），然后圓整為標準直徑 . 通過如果減速器輸入軸通過聯(lián)軸器與電動機軸相聯(lián)接，則外伸段軸徑與電動 ??本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 18 機軸徑不得相差很大，否則難以選擇合適的聯(lián)軸器，也就是說，減速器輸入軸軸端直徑和電動機軸直徑必須在所選取聯(lián)軸器轂孔最大與最小直徑允許范圍內(nèi)。當滾動軸承受純軸向載荷時，一般選用推力軸承；當滾動軸承受純徑向載荷時，一般選用深溝球軸承或短圓柱滾子軸承；當滾動軸承受純徑向載荷的同時，還有不大的軸向載荷時，可選用深溝球軸承、角接觸球軸承、圓錐滾子軸承及調(diào)心球或調(diào)心滾子軸承；當軸向載荷較 大時，可選用接觸角較大的角接觸球軸承及圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推力軸承組合在一起，這在極高軸向載荷或特別要求有較大軸向剛性時尤為適宜 。如：薄璧結(jié)構(gòu)、空心軸等尺寸受限制的場合 C）導(dǎo)向平鍵：具備平鍵聯(lián)接的特點，鍵固定在軸上， 但所聯(lián)接的軸與輪 轂?zāi)墚a(chǎn)生相對運動，用于動聯(lián)接。則根據(jù)圖 41 可得 XP=XM+lcos（ θ＋ β） 41 Yp=YM+lsin（ θ＋ β） 對上面兩個方程的左右兩端分別對時間 t 求導(dǎo)得 ? ?? ???? ??? ??? ?? c o sl s inlXX MP ??? ???MP YY 42 對于圖 41 所示的移動平臺模型，可將兩個驅(qū)動輪簡化為居于軸連線中點 M處的單個驅(qū)動輪，則該虛擬單輪系統(tǒng)所受非完整約束為 0co ss in ?? ?? MM YX ?? 43 結(jié)合式 42 和 43 可得 0co sco ss in ??? ???? ??? lYX PP 44 即 PX? ??本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 22 [sinθ,cosθ,lcosβ] PY? = 0 45 ?? 該式即為利用參考點 P的坐標和航向角 θ作為廣義坐標對系統(tǒng)進行描述下的系統(tǒng)所受的非完整運動約束方程。轉(zhuǎn)彎半徑可以從 0 到無窮大變化，這是雙輪獨立驅(qū)動的一個顯著特點 . 電子元件的選型 開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器 LM7824 是三端固定穩(wěn)壓器。 主要特點： 具有信號指示。程序、數(shù)據(jù)以及外部的所有信息都是通過單片機的 I/O 端口讀入單片機的。電機出廠時給出了一個步距角的值，如 86BYG250A 型電機給出的值為 176。、三相的為176。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。其基本原理作用如下： (1)控制換相順序 通電換相這一過程稱為脈沖分配。本設(shè)計是單片機控制兩臺步進電機。這種編碼器由光源、碼盤和光電敏感 元件組成。在 M M2 電機上裝有能夠檢測其轉(zhuǎn)速的兩路光電編碼器 ，當機器人起動，電機運轉(zhuǎn)， 光電編碼器即將電 機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，兩路光電編碼器的信號分別送給倍頻器和鑒向器，進行轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的檢測，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向信號輸送給單片機， CPU 經(jīng)過適當?shù)挠嬎愕玫絻呻姍C在固定時間段內(nèi)的平均速度。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng) 強 ，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。構(gòu) 成晶片的材料可以有許多種。 （ 3）靈敏度。 如超聲波傳感器，一個復(fù)合式振動器被靈活地固定在底座上。為了以超聲波作為檢測手段， 必須產(chǎn)生超生波和接收超聲波。壓電陶瓷被固定在金屬盒體的頂部內(nèi)側(cè)。另一方面，當振動壓電陶瓷時，則會產(chǎn)生一個電荷。當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。完成這種功 能的??本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 29 裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭 超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。在開縫圓盤的兩側(cè)分別安裝光源和光敏元件，通常不但要求光源具有較高的可 靠性，而且要求光源的光譜要和光電敏感元件相適應(yīng)，光源的工作溫度范圍要寬。步進電機只是根據(jù)輸入脈沖數(shù)旋轉(zhuǎn)和停止，適合于位置控制，把運動所??本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 27 必需的脈沖數(shù)，以動作所需要的速度輸入給電機，就能夠正確的控制位置而運動。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。 步進電機的一些特點： （ 1） 一般步進電機的精度為步進角的 35%，且不累積。 。），這個步距角可以稱之為 ?電機固有步距角 ?，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。 中央處理器是單片機的核心，它包括運算器、控制器和寄存器 3 個主要部分。它具有兩抑制輸入來使器件不受輸入信號影響。 平臺方向的改變只能通過兩個輪子之間的速度差值實現(xiàn)，而平臺運動軌跡則由一系列繞瞬時圓心旋轉(zhuǎn)的小段圓弧組成。 箱體 x 方向大概尺寸 170mm， y 方向大概尺寸 70mm，箱體壁厚為 8mm。工作時，靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。 齒輪箱軸承的確定 將運轉(zhuǎn)的軸與軸座之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，從而減少摩擦損失的一種精密的機械元件，叫滾動軸承 [11]（ rolling bearing）。mm。所以總傳動比 i 總 為： i 總 =720n/m： 60n/m=12 本文采用兩級圓柱齒輪減速器進行減速，綜合考慮，本文決定用分流式（結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但由于齒輪相對于軸承對稱布置，與展開式相比載荷沿齒寬分布均勻，軸承受載較均勻。 圖 22 多 超聲波循環(huán)發(fā)射時序圖 ??本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 15 3 超聲波移動機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 從機器人是實際運動出發(fā)考慮，機器人的速度不能太快，否則會造成控制部分來不及處理和發(fā)送信號，電機不能及時做出反應(yīng)，從而使機器人在行進的過程中無法做出相應(yīng)的動作。超聲波傳感器具有一定的擴散特性，發(fā)射的超聲能量主要集中在主波瓣上，沿著主波軸兩側(cè)呈波浪型衰減，左右約 30176。所以紅外測距傳感器不適合應(yīng)用在本文中。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了 I/O 設(shè)備。 單片機是一種集成在電路芯 片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和 超聲波移動機器人控制系統(tǒng)設(shè)計方案 ??本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 13 中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。其缺點是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息。 1． 絕對式編碼器（ Absolute encoder） 絕對編碼器由機械位置決定的每個位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計 數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。 圓柱斜齒輪除可用于平行中傳動，還可用于交叉軸傳動（螺旋齒輪機構(gòu)）其特點：重合系數(shù)大，傳動平穩(wěn)，齒輪強度高，適于重負載，相比直齒而言：斜齒有軸向力 ，價格太貴 。按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動、相交軸圓錐齒輪傳動和交錯軸螺旋齒輪傳動。 ，一般需用齒輪減速裝置； 小型數(shù)控機床。 無刷直流電機結(jié)構(gòu)更簡單、制造成本更低。其中 交流電機：輸 出或輸入為交流電能的旋轉(zhuǎn)電機，稱為交流電機，是用于實現(xiàn)機械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的機械。 三輪移動機構(gòu) 特點 兩輪獨立驅(qū)動 運動靈活，機構(gòu)組成簡單；當兩輪轉(zhuǎn)速大小相等方向相反時，可以實現(xiàn)機器人本 體的零半徑回轉(zhuǎn)，此時旋轉(zhuǎn)中心位于連接兩輪驅(qū)動軸的直線上。本文選擇輪式機器人。 機器人學(xué)國家重點實驗室定位于為我國經(jīng)濟和社會發(fā)展、國家安全和重大科學(xué)工程提供所需要的機器人技術(shù)與系統(tǒng)，研究機器人學(xué)基礎(chǔ)理論與方法、發(fā)展可行技術(shù)和平臺樣機系統(tǒng)，培養(yǎng)和匯聚從事機器人學(xué)研究的高水平人才，推動我國先進機器人技術(shù)與系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割等各種用途的工業(yè)機器人相繼出爐，形成了一批機器人產(chǎn)業(yè)化基地。 1972 年，在中國科學(xué)院沈陽自動化所里，被譽為 “中國機器人之父 ”的蔣新松在諸多爭議聲中開始了機器人研究。日本政府一方面在經(jīng)濟上采取了積極的扶植政策，鼓勵發(fā)展和推廣應(yīng)用機器人，另一方面，國家出資對小企