【正文】 最后，感謝學校給我們提供了一個良好的學習環(huán)境，使我們能夠在這里學習、進步和成長。祖老師淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和忘我的敬業(yè)精神給我留下了難以磨滅的印象。要確定車輪的外形和表面形式，必須對機器人在路面行走時車輪的受力狀態(tài)有深入的研究； (3)在上述分析和研究的基礎上，要積極探索機器人的控制系統(tǒng)的算法。 根據(jù)傳動工作需求，選擇了合適的電動機，再設計了一減速器以達到傳動需求。每個模塊都采用獨立微處理器完成控制及信息處理功能，并實現(xiàn)了多模塊并行運行；模塊之間采用的并行通信方式提高了信息傳輸速度，同時簡化了系統(tǒng)的軟件設計；系統(tǒng)具有易于開發(fā)、維護及系統(tǒng)升級和功能擴展等特點。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 39 頁 共 43 頁 圖 20 蝸桿軸 圖 21 蝸輪軸 圖 22 蝸輪 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 40 頁 共 43 頁 結(jié) 論 隨著機器人技術(shù)和應用領域的不斷發(fā)展與拓寬，對機器人性能提出更高的要求。這樣，裝配草圖的設計就是首當其沖的重要環(huán)節(jié)，絕大部分零件的結(jié)構(gòu)和尺寸均在此階段中確定，這就需要綜合考慮零件的強度、剛度、工藝、裝配、調(diào)整、潤滑以及經(jīng)濟性等各方面的要求，并需要足夠的視圖和剖視來表達清楚。軸肩 a及過渡圓角 r要求查手冊 D6 一般 d6=d2 繪制裝配圖前的準備 裝配圖是表達設計者設計機器總體結(jié)構(gòu)意圖的圖樣，是繪制零件工作圖，進行機 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 38 頁 共 43 頁 器組裝、調(diào)試、維護等環(huán)節(jié)的技術(shù)依據(jù)。 d2 d2=d1+（ 1～ 3） mm d1和 d2的變化僅為方便及區(qū)分加工表面，所以其差值可小些， d2與滾動軸承相配，應與軸承孔徑一致，軸徑過渡為自由表面，其圓角半徑（查手冊）。2=d2 下表為減速器機體主要結(jié)構(gòu)尺寸： 表 3 減速器機體主要結(jié)構(gòu)尺寸 名稱 符號 尺寸關系式 結(jié)果 機座壁厚 δ 3 機蓋壁厚 δ1 3 機座凸緣壁厚 b 機蓋凸緣壁厚 b1 機座底凸緣壁厚 b2 地角螺釘直徑 d5 6 地角螺釘數(shù) 目 n n≥ 4 4 軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 d1 蓋與座聯(lián)接螺栓直徑 d2 (～ )d5 3 聯(lián)接螺栓 d2的間距 l 軸承端蓋螺釘直徑 d3 (～ )d5 3 窺視孔蓋螺釘直徑 d4 (～ )d5 3 定位銷直徑 d (～ )d2 3 d d d2至外機壁距離 c1 3 d d2至凸緣邊緣距離 c2 2 軸承旁凸臺半徑 R1 c2 凸臺高度 h 外機壁至軸承座端面距離 l1 c1+c2+(3～ 8) 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 37 頁 共 43 頁 蝸 輪外圓與內(nèi)機壁距離 Δ1 ＞ 蝸輪輪轂端面與內(nèi)機壁距離 Δ2 ＞ δ 中間軸兩傳動件的軸向距離 Δ3 8～ 15 機蓋、機座筋厚 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 確定方法及說明 d 按許用扭轉(zhuǎn)剪應力的計算方法估算，盡可能圓整為標準直徑（查手冊），如有外接零件（如聯(lián)軸器）， d應與外接零件的孔徑一致，并滿足鍵的強度要求。x確定 35 蝸桿節(jié)圓直徑 d39。或 an=20176。 （ 4）根據(jù)表 1，選擇蝸輪齒數(shù) z=49錯誤 !未找到引用源。m Ⅱ 軸 TⅡ =TⅠ η2i1= 49= 將上述計算得到的運動和動力參數(shù)列表如下： 軸號 功率 P（ kW） 扭矩 T（ Nm 工作機功率 P=ww9550Tn??=108N (7)車輪直徑為 180mm 寬度為 55mm。 圖 16 機器人整體布置圖 (4)控制模式考慮采用自主導航和遠距離控制相結(jié)合的模式。前車輪為萬向輪，后車輪連接電機，可以分別實現(xiàn)轉(zhuǎn)向和滾動。因此，必須根據(jù)實際情況設定車輪直徑和寬度，不能盲目加大車輪直徑和寬度。但是，車輪直徑變大的同時，車輪表面所受的電機轉(zhuǎn)矩卻會下降。后兩個車輪分別連接一個前進驅(qū)動電機，電機提供動力，再由控制系統(tǒng)控制電機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)車體的轉(zhuǎn)向。電機由安裝在車體上的中央控制元件控制其轉(zhuǎn)動速度。電動汽車便是典型的集中驅(qū)動方式。本文主要采用電機作為該新型智能移動機器人的驅(qū)動元件。 3． 1 移動機器人的結(jié)構(gòu)分析 驅(qū)動機構(gòu) 驅(qū)動元件在機器人中的作用相當于人體的肌肉。 對于此系統(tǒng)，我們不關心位移，只要求小車能夠沿著示教的路徑做再現(xiàn)運動，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)設計說明書（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。 根據(jù)推導可獲得車體轉(zhuǎn)動的角速度 ω（ t）和小車后輪中點處的速度 v0如下： ω（ t） =（ n2n1） Dπ/W （ 10） v0=（ n2+n1） Dπ/2 （ 11） 其中 n1和 n2分別為小車左輪和右輪的轉(zhuǎn)速， D 為小車后輪的直徑， W 為小車兩后輪的距離。車體運動起始點 O 為坐標原點，經(jīng)時間 t 后車體運動到點 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。 車體結(jié)構(gòu)與運動學分析 圖 13 為可移動機器人車體結(jié)構(gòu)簡圖。其中 LEDO1 與 LED02 分別是傳感器系統(tǒng)與 PC 系統(tǒng)電源指示燈。 外部傳感器有 :傳感器模塊上配備 24 路超聲測距傳感器 (聲納 )及光電開關 (避碰用 )、兩自由度攝像云臺、全景視覺攝像機、接觸和接近傳感器等，并提供 8 個預留的標準接口。 系統(tǒng)硬件組成可分為以下三個大模塊 :電源及驅(qū)動模塊、傳感器模塊、控制計算 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 21 頁 共 43 頁 機模塊，而按功能類別分，該機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)、運動控制層如圖 6所示。各層與各層之間通訊都有標準的物理層與協(xié)議層，因此各層都具有很強的擴展性。運行過程中電機消耗的電量要比控制系統(tǒng)消耗的多，而且在運行過程中機器人的加速、減速、拐彎等動作會導致電壓的不穩(wěn)定，故實行控制系統(tǒng)電源和電機驅(qū)動電源的分離，對單片機系統(tǒng)設計了一個獨立的以 MAX639 為核心的供電系統(tǒng)，確保單片機得到 5V的電源。 元器件的選擇 本次設計主要實現(xiàn)信號采集與分析、直流電機控制兩大功能，而單片機系統(tǒng)為機器人最終運動狀態(tài)的決定者，因此單片機的選擇很大程度上決定了移動機器人的性能。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 19 頁 共 43 頁 2 輪式機器人的運動控制 2． 1 移動機器人控制系統(tǒng)設計 本次設計的論述移 動機器人為以 STC12C5408AD 為控制核心的后驅(qū)四輪機器人。 ，各個功能模塊之間相互獨立裝配 .互不干擾。與普通機器人的主要區(qū)別是移動機器人一般安裝在可移動 的平臺載體上。此內(nèi)容包括機器人主要結(jié)構(gòu)形式和外形尺寸的確定。即各車輪與車架直接相連，使其具有行走功能。其優(yōu)點在于每個行為的功能較簡單，可以通過簡單的傳感器及其快速信息處理過程獲得良好的運行效果?；谛袨榭刂品椒ㄊ欠磻较到y(tǒng)的擴展，它介 于純粹的反應式和極端的慎思型之間。該模型遵循從感知到動作的串行功能分解控制路線，系統(tǒng)的可靠性、魯棒性和反應性差。隨著機器人技術(shù)的發(fā)展和人類活動領域的不斷擴大，移動機器人的應用領域不斷地拓寬，從制造領域向非制造領域發(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、娛樂等行業(yè)都提出自動化和機器人化的要求。大大提高了運輸量。智能機器人可以充當導游、售貨員、保安等多種職業(yè)。到目前為止，人類研究的星球主要是月球和火星。在工程建設領域，可對水庫堤壩、海岸護岸堤、江河大壩進行質(zhì)量和安全性檢測，還可應用在碼頭、橋墩等被撞后的受損 程度探測評估。如在車上安 裝攝像機、安全激光測距儀、夜視裝置和 GPS 全球定位系統(tǒng)等設備，通過無線電或者光纜操縱，完成偵察和監(jiān)視敵情、情報搜集、目標搜索和自主巡邏等任務。 移動機器人的主要應用領域包括以下幾個方面 : (1)軍事偵察，排除險情 在軍事行動中常需要對未知的環(huán)境進行偵察。這種移動機構(gòu)使移動機器人具有了速度快、穩(wěn)定性好以及對地面的適應能力強的特點。移動機構(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。機器人的種類之多，應用之廣，影響之深，是我們始料未及的。車前部有平行四邊形的擺桿通過鍵與車體的前輪軸固連 ,車體前方有兩臺直流伺服電機分別控制兩邊平行四邊形擺桿的運動，在遇到突變障礙時，擺桿下壓，產(chǎn)生撐地的動作，從而實現(xiàn)越障。 上海大學研制了一種可越障輪式全方位移動機構(gòu) — 車輪組機構(gòu)，該機構(gòu)保證在姿態(tài)保持不變的前提下，沿壁面任意方向直線移動或在原地旋轉(zhuǎn)任意角度，同時能跨越存在于機器人運行路徑中的障礙。此外中國科技大學和哈爾濱工業(yè)大學都在輪腿式行星移動機器人方面進行了一系列研究工作，并取得了初步的成果。即使受到外界的沖擊，也可以像動物一樣調(diào)節(jié)自身穩(wěn)定，繼續(xù)行走 [12]。在這兩次戰(zhàn)爭中，智能機器人公司的PackBot 履帶式無人戰(zhàn)車也曾執(zhí)行過數(shù)千次任務，比如掃除路邊炸彈，到洞穴或房屋內(nèi)進行搜索等，為戰(zhàn)爭的勝利提供了有利保障。 圖 1 ATHLETE 月球探測車 在軍事領域中，德國在二戰(zhàn)期間就曾經(jīng)研制了數(shù)千輛遙控無人自爆式坦克，這是無人戰(zhàn)車的最早雛形。前蘇聯(lián)在 1959～ 1976 年間，總共成功發(fā)射了兩個月球探測車。 2020 年 1月，美國的“勇氣號”和“機遇號”火星探測車再度登上火星 [10]。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研制的火星探測車，如 圖 5所示，它采用的是六輪搖臂懸架機構(gòu)，其采用對稱式結(jié)構(gòu)，單側(cè)搖臂主要包括主搖臂、副搖臂、前后兩個主動輪以及中間的隨動輪。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)。人當在平整地而上行走時，這種機器人是最合適的選擇。 ①兩輪呈左右對稱布置的兩輪移動機器人 不加裝車體的兩輪移動機器人是典型的機器人結(jié)構(gòu)，左右輪分別由一個電機動，依靠差速實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向靈活但當安裝上車體時，就同自行車機器人一樣，要考慮機器人的平衡問題。常用來在無人工廠中搬運零部件或做其它工作，適用于平地行走，運動速度快，但其越野能力比步行式機器人稍遜一籌 [45]。近期的八足機器人，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)代的計算機等高科技應用到機器人上。具有代表性的有美國 CMU大學開發(fā)的一種六足結(jié)構(gòu) (如圖 2)，它是由六條支腿組成，每條支腿具有由水平旋轉(zhuǎn)和垂直移動兩個自由度。其中步行式機器人對場地有良好的適應能力，特別是 多足機器人，能夠跨越臺階，但動作是間歇的，速度不快，且控制復雜，實現(xiàn)相對困難 [2]。最早出現(xiàn)在坦克和裝甲車上，后來出現(xiàn)在某些地面行駛機器人上。機器人在各個領域正得到越來越廣泛的應用，在制造領域，為了保證較高的產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，機器人已成為現(xiàn)代化生產(chǎn)必不可少的手段之一。 70 年代初期，日本早稻田大學研制出具有仿人功能的兩足步行機器人。隨著科技的進步，人類對未知世界進行探索的愿望越來越強烈，移動機器人的發(fā)展也日新月異。自動擴展系統(tǒng)是機器人的中樞神經(jīng)，他控制著機器人的思維，決策和行為，幾乎所有自動控制技術(shù)都在機器人的控制上得到了應用。機器人從爬行到學會兩腿直立行走，僅僅用了 20 年，而人類的這一個過程則經(jīng)歷了上百萬年。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導師簽名： 日期： 年 月 日 注 意 事 項 （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關鍵詞 4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：