【正文】 Δ1 ＞ 蝸輪輪轂端面與內(nèi)機(jī)壁距離 Δ2 ＞ δ 中間軸兩傳動(dòng)件的軸向距離 Δ3 8～ 15 機(jī)蓋、機(jī)座筋厚 m m m1＞ m＞ 軸承端蓋外徑 D2 39 軸承旁聯(lián)接螺栓距離 s 下表顯示了如何確定各段軸的長度 表 4 軸各段直徑的確定 符號(hào) 確定方法及說明 d 按許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的計(jì)算方法估算，盡可能圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑（查手冊(cè)），如有外接零件（如聯(lián)軸器）， d應(yīng)與外接零件的孔徑一致，并滿足鍵的強(qiáng)度要求?；?an=20176。m Ⅱ 軸 TⅡ =TⅠ η2i1= 49= 將上述計(jì)算得到的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)列表如下： 軸號(hào) 功率 P（ kW） 扭矩 T（ N (7)車輪直徑為 180mm 寬度為 55mm。前車輪為萬向輪，后車輪連接電機(jī)，可以分別實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向和滾動(dòng)。但是，車輪直徑變大的同時(shí)，車輪表面所受的電機(jī)轉(zhuǎn)矩卻會(huì)下降。電機(jī)由安裝在車體上的中央控制元件控制其轉(zhuǎn)動(dòng)速度。本文主要采用電機(jī)作為該新型智能移動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)元件。 對(duì)于此系統(tǒng)，我們不關(guān)心位移，只要求小車能夠沿著示教的路徑做再現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，即希望 Ey(t)= (7),(8)和 (14)經(jīng)拉氏變換后為 : Ey(s)=v0θ(s)/s （ 17） θ(s)=ω（ s） /s （ 18） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 27 頁 共 43 頁 ΔU(s)=Wω（ s） /(Dπkn) （ 19） 由式（ 17）、（ 18）、（ 19）給出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 15 所示。車體運(yùn)動(dòng)起始點(diǎn) O 為坐標(biāo)原點(diǎn)，經(jīng)時(shí)間 t 后車體運(yùn)動(dòng)到點(diǎn) A 處 .其中， Ex(t)和 Ey(t)為小車在 X 方向上和 Y方向上的位移； θ(t)和。其中 LEDO1 與 LED02 分別是傳感器系統(tǒng)與 PC 系統(tǒng)電源指示燈。 系統(tǒng)硬件組成可分為以下三個(gè)大模塊 :電源及驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器模塊、控制計(jì)算 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 21 頁 共 43 頁 機(jī)模塊，而按功能類別分，該機(jī)器人又可分為用戶層、傳感 /控制子系統(tǒng)、智能和決策子系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制層如圖 6所示。運(yùn)行過程中電機(jī)消耗的電量要比控制系統(tǒng)消耗的多，而且在運(yùn)行過程中機(jī)器人的加速、減速、拐彎等動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致電壓的不穩(wěn)定，故實(shí)行控制系統(tǒng)電源和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的分離，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)獨(dú)立的以 MAX639 為核心的供電系統(tǒng)，確保單片機(jī)得到 5V的電源。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 19 頁 共 43 頁 2 輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制 2． 1 移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的論述移 動(dòng)機(jī)器人為以 STC12C5408AD 為控制核心的后驅(qū)四輪機(jī)器人。與普通機(jī)器人的主要區(qū)別是移動(dòng)機(jī)器人一般安裝在可移動(dòng) 的平臺(tái)載體上。即各車輪與車架直接相連，使其具有行走功能。基于行為控制方法是反應(yīng)式系統(tǒng)的擴(kuò)展，它介 于純粹的反應(yīng)式和極端的慎思型之間。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和人類活動(dòng)領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷地拓寬，從制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域發(fā)展，如海洋開發(fā)、宇宙探測、采掘、建筑、醫(yī)療、農(nóng)林業(yè)、服務(wù)、娛樂等行業(yè)都提出自動(dòng)化和機(jī)器人化的要求。智能機(jī)器人可以充當(dāng)導(dǎo)游、售貨員、保安等多種職業(yè)。在工程建設(shè)領(lǐng)域，可對(duì)水庫堤壩、海岸護(hù)岸堤、江河大壩進(jìn)行質(zhì)量和安全性檢測，還可應(yīng)用在碼頭、橋墩等被撞后的受損 程度探測評(píng)估。 移動(dòng)機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下幾個(gè)方面 : (1)軍事偵察，排除險(xiǎn)情 在軍事行動(dòng)中常需要對(duì)未知的環(huán)境進(jìn)行偵察。移動(dòng)機(jī)構(gòu)有輪式 (如四輪式、兩輪 式、全方向式、履帶式 )、足式 (如 6足、 4足、 2 足 )、輪腿式 (用輪子和足 )、特殊式 (如吸附式、軌道式、蛇式 )等類型。車前部有平行四邊形的擺桿通過鍵與車體的前輪軸固連 ,車體前方有兩臺(tái)直流伺服電機(jī)分別控制兩邊平行四邊形擺桿的運(yùn)動(dòng)，在遇到突變障礙時(shí)，擺桿下壓，產(chǎn)生撐地的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)越障。此外中國科技大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)都在輪腿式行星移動(dòng)機(jī)器人方面進(jìn)行了一系列研究工作，并取得了初步的成果。在這兩次戰(zhàn)爭中，智能機(jī)器人公司的PackBot 履帶式無人戰(zhàn)車也曾執(zhí)行過數(shù)千次任務(wù)，比如掃除路邊炸彈，到洞穴或房屋內(nèi)進(jìn)行搜索等，為戰(zhàn)爭的勝利提供了有利保障。前蘇聯(lián)在 1959～ 1976 年間，總共成功發(fā)射了兩個(gè)月球探測車。美國曾在 1966～ 1968 年間，向月球成功發(fā)射了兩次無人巡游探測器。具有代表性的是美國 MCU研制的 Nomad，它采用的是可變形的底盤和均化懸掛系統(tǒng)。 ①兩輪呈左右對(duì)稱布置的兩輪移動(dòng)機(jī)器人 不加裝車體的兩輪移動(dòng)機(jī)器人是典型的機(jī)器人結(jié)構(gòu)，左右輪分別由一個(gè)電機(jī)動(dòng)，依靠差速實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向靈活但當(dāng)安裝上車體時(shí)，就同自行車機(jī)器人一樣，要考慮機(jī)器人的平衡問題。近期的八足機(jī)器人，在結(jié)構(gòu)上沒有太大的突破，在控制方面，則不斷地出新，將現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)等高科技應(yīng)用到機(jī)器人上。其中步行式機(jī)器人對(duì)場地有良好的適應(yīng)能力，特別是 多足機(jī)器人，能夠跨越臺(tái)階，但動(dòng)作是間歇的，速度不快，且控制復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)相對(duì)困難 [2]。機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，在制造領(lǐng)域，為了保證較高的產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，機(jī)器人已成為現(xiàn)代化生產(chǎn)必不可少的手段之一。隨著科技的進(jìn)步，人類對(duì)未知世界進(jìn)行探索的愿望越來越強(qiáng)烈，移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展也日新月異。機(jī)器人從爬行到學(xué)會(huì)兩腿直立行走，僅僅用了 20 年，而人類的這一個(gè)過程則經(jīng)歷了上百萬年。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱?，F(xiàn)在全世界已經(jīng)有近 100 萬臺(tái)機(jī)器人，機(jī)器人的技術(shù)和工業(yè)得到了前所未有的飛速發(fā)展。 60 年代后期，美國和蘇聯(lián)為完成月球探測計(jì)劃，研制并應(yīng)用了移動(dòng)機(jī)器人。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 9 頁 共 43 頁 到目前為 止，地面運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的行駛機(jī)構(gòu)主要分為履帶式、步行式和輪式三種。從移動(dòng)的方式來看，步行式移動(dòng)機(jī)器人可以分為兩類 :動(dòng)態(tài)行走機(jī)器人和靜態(tài)行走機(jī)器人。 由此可以看出，對(duì)于步行式移動(dòng)機(jī)器人， 雖然越野能力比較強(qiáng)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，行走速度比較緩慢。 這種兩輪移動(dòng)機(jī)器人具有極強(qiáng)的靈活性而且它的行為與火箭飛行以及兩足機(jī)器人行走有很大的相似性， 因而對(duì)其理論及控制系統(tǒng)的研究受到國內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域的高度重視近年來，該機(jī)器人逐漸成為全球機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。其底盤可通過兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行變形，當(dāng)?shù)妆P展開時(shí)四桿機(jī)構(gòu)變成一個(gè)菱形，當(dāng)?shù)妆P收縮時(shí)四桿機(jī)構(gòu)變成一條直線。美國“登月者 20 號(hào)” 在無人駕駛的情況下，降落在月球表面，自由行走，鉆削巖石，并把土壤和巖石樣品裝進(jìn)回收容器送回了地球。其中 2 號(hào) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 13 頁 共 43 頁 車 (lunokhod2)最為成功。近兩年來，美國軍方又研制了“大狗”四足機(jī)器人 (如圖 2 )。近幾年來，中國在移動(dòng)機(jī)器人方面取得的主要成績有以下幾個(gè)方面 : 上海交通大學(xué)的劉方湖、陳建平等提出了一種 5 輪月球機(jī)器人，并從結(jié)構(gòu)上研究了其越障性能、靜態(tài)穩(wěn)定性和附著性能 [13]。 圖 3 KDR1試驗(yàn)樣車 清華大學(xué)陸文娟等人對(duì)一種六輪式移動(dòng)機(jī)器人做了比較詳細(xì)的研究 [16]，這種機(jī)器人具有 6個(gè)主動(dòng)輪且都能獨(dú)立轉(zhuǎn)向，該機(jī)器人地形適應(yīng)性能較普通 4 輪機(jī)器人要好。輪子適于平坦的路面，足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)適于山岳地帶和凹凸不平的環(huán)境。由于地形的復(fù)雜特性以及軍事行動(dòng)中的危險(xiǎn)性，采用普通的智能車輛或者人工進(jìn)行偵察都很難完成任務(wù)。在制造領(lǐng)域，可用于工業(yè)管道中的機(jī)械損傷、裂紋等缺陷的探尋，對(duì)輸油和輸氣管線的泄露和破損點(diǎn)的查找和定位等 [18]。不僅可以為行人帶路、介紹周圍環(huán)境，還可以有效的維護(hù)公共場所里治安。人們期望機(jī)器人能在許多人類不能及的區(qū)域來代替人類完成更復(fù)雜的任務(wù)。在基于行為控制方法中，控制系統(tǒng)的分解是以面向任務(wù)的 (TaskOriented）方式進(jìn)行的，機(jī)器人把所要完成的任務(wù)分 成 基本的簡單的行為單元，各單元彼此協(xié)調(diào)工作。本機(jī)構(gòu)配備大直徑輪軸，使其能適應(yīng)室外、草地、沙地等行走環(huán)境?？稍谳^大地域范圍內(nèi)活動(dòng)。如圖 5所示，在車身最前部分是信號(hào)采集模塊，負(fù)責(zé)對(duì)工作環(huán)境中的線標(biāo)志的讀取，前輪萬向輪來作支撐轉(zhuǎn)向，后輪是機(jī)器人前進(jìn)的主要?jiǎng)恿?，用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)機(jī)器人拐彎時(shí)采用差速機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng) [20]。 移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)總體結(jié)構(gòu) 移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)具有如下功能： 1． 進(jìn)行靜態(tài)全局路徑規(guī)劃，并控制機(jī)器人實(shí)現(xiàn)全局導(dǎo)航，完成指定任務(wù)； 2． 當(dāng)環(huán)境中出現(xiàn)障礙物時(shí)，機(jī)器人識(shí)別障礙并采用相應(yīng)的避障策略實(shí)現(xiàn)避障； 3． 主動(dòng)視覺系統(tǒng)可以完成目標(biāo)搜索和跟蹤功能；同時(shí)可用于輔助全局導(dǎo)航和移動(dòng)機(jī)器人將要到達(dá)指定目標(biāo)時(shí)的精確定位。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 22 頁 共 43 頁 圖 6 移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)系統(tǒng)硬件組成 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 23 頁 共 43 頁 移動(dòng)機(jī)器人電源及驅(qū)動(dòng)模塊 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。 圖 12 電源輸入以及簡單保護(hù)電路 2． 2 移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制研究 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 25 頁 共 43 頁 移動(dòng)機(jī)器人通常利用輪子、腿或其他機(jī)械裝置在應(yīng)用環(huán)境中來回移動(dòng)。 ω(t)為小車的角位移和角速度。 圖 15 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 28 頁 共 43 頁 3 輪式機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 要開發(fā)能夠適應(yīng)復(fù)雜路面環(huán)境的智能移動(dòng)機(jī)器人，首先要研究其機(jī)械結(jié)構(gòu)。對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的控制，才能使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)簡單，而且便于實(shí)現(xiàn)，有利于運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)性能的發(fā)揮 [22]。根據(jù)車輛地面力學(xué)理論，剛性車輪的寬度越寬，車輪的土壤沉陷量越小，土壤的壓實(shí)阻力也就越小 [23]。四個(gè)車輪的接地點(diǎn)呈矩形分布，使車身具有一定的穩(wěn)定性。 移動(dòng)機(jī)器人零部件設(shè)計(jì)選擇 R=90mm 機(jī)器人車輪周長 C=2πR= V=— 車輪轉(zhuǎn)速為 n ≦ 60Cnw ≦ ≦ nw≦ 63r/min。m） 轉(zhuǎn)速 n（ r/min） 電機(jī)軸 500 3185 3000 Ⅰ 軸 497 3000 Ⅱ 軸 356 傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 1． 選擇齒輪的類型、材料、精度和齒數(shù) （ 1）按已知條件，選用一級(jí)蝸桿傳動(dòng)。 20176。 d1 d1=d+2a a為軸肩高度。要求它能正確表 達(dá)機(jī)器的工作原理和裝配關(guān)系，反映出各個(gè)零件的相互位置、結(jié)構(gòu)形狀及尺寸。研究與開發(fā)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的移動(dòng)機(jī)器人的綜合控制系統(tǒng)，勢在必行。根據(jù)機(jī)器人要適應(yīng)的環(huán)境，選擇合適零部件。他的高尚品德和處事作風(fēng)，也使我受益匪淺。 再次感謝祖莉講師給我的幫助，正是在他細(xì)心的指導(dǎo)下我才順利完成畢業(yè)論 還要感謝其他所有給過我?guī)椭睦蠋煛⑴笥?、同學(xué)，謝謝你們 。如： （ 1）輪地接觸關(guān)系是一個(gè)值得研究的課題。 本文的主要工作和貢獻(xiàn)有 : 、并行通信的多微處理器分布式控制體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。而裝配圖的設(shè)計(jì)，人們通常先設(shè)計(jì)裝配草圖，然后再逐步完成整個(gè)裝配工作圖的繪制。d1應(yīng)符合密封元件的孔徑要求（查手冊(cè)），軸肩過渡圓角的要求查手冊(cè)。 21 漸開線蝸桿基圓導(dǎo)程角 γb cosγb=cosγcosαn 22 蝸桿齒寬 b1 z1= b1≥ (12+)m z1= b1≥ (13+)m 17 23 蝸輪分度圓直徑 d2 d2=mz2=2ad12x2m 24 蝸輪喉圓直徑 da2 da2=d2+2hf2 25 蝸輪齒根圓直徑 df2 df2=d22hf2 26 蝸輪齒頂高 ha2 ha2=（ da2d2)/2=m(h a+x2) 27 蝸輪齒根高 hf2 hf2=（ d2df2)/2=m(h ax2+c ) 28 蝸輪齒高 h2 h2=ha2+hf2=(da2df2)/2 29 蝸輪咽喉母圓半徑 rg2 rg2=ada2/2 30 蝸輪齒寬 b2 b2≥ 15 31 蝸輪齒寬角 θ θ=2arcsin（ b2/d1） 32 蝸輪軸向齒厚 sx sx=πm/2