【正文】 它運(yùn)行動(dòng)作等。 圖17在這里需注意遙控小車接收器從3引腳穩(wěn)壓芯片78L05取得5V供電而運(yùn)行，但TA7257P的工作電壓為618V，故從概念圖中可知，該芯片電源直接從干電池取得。考慮到夜晚使用越野小車，我又設(shè)計(jì)用兩只賽車專用小燈泡，兩只ＬＥＤ燈按下圖所示紅線安裝，小燈泡作遙控車的前大燈使用，ＬＥＤ為倒車燈。在收到信號(hào)后，由接收電路接收動(dòng)作數(shù)據(jù)指引小車運(yùn)動(dòng)，如下圖17為接收電路。如果發(fā)送器傳輸?shù)膭?dòng)作數(shù)據(jù)為3位，接收器可將其轉(zhuǎn)化為4位動(dòng)作數(shù)據(jù)，與電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片輸入信號(hào)相對應(yīng)。其中前2位作為右電機(jī)，后面2位作為左電機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制信號(hào)。 圖15如下圖16可知，在發(fā)送器一側(cè)，每次發(fā)送十位數(shù)據(jù)，第一位開始位（“1”），其后四位為發(fā)送數(shù)據(jù)，最后5位為停止數(shù)據(jù)。 圖14 紅外線遙控裝置的發(fā)送器如下圖15為遙控小車發(fā)送器電路圖，可指揮小車前進(jìn)、后退、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)和停止。如下圖14為小車遙控器的構(gòu)成概念圖。如下圖13。圖12故而在發(fā)送器一側(cè)，應(yīng)該根據(jù)被發(fā)送信號(hào)來控制紅外線LED的點(diǎn)亮和熄滅；而接收器一側(cè)，應(yīng)該大約按照600μs的周期間隔讀取接收模塊輸出的信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)為“1”時(shí)，不過從接收模塊輸出的則是一個(gè)持續(xù)600μs的方波。如下圖12表示向接收模塊輸入長度為3位信號(hào)“101”，每一位時(shí)間對應(yīng)600μs。如下圖11。應(yīng)用紅外線接收模塊通信時(shí)，必須將所使用的紅外線設(shè)置成頻率40KHz的方波形式，即1秒鐘內(nèi)斷續(xù)的發(fā)送紅外線4萬次，這種調(diào)制方式被稱為脈沖周期調(diào)制（PPM）。紅外線接收模塊這里采用TFK4，由接收PIN二極管，電壓控制電路，帶通濾波電路，解調(diào)電路等組成的集成電子單元。將發(fā)射紅外線的發(fā)光二極管（LED）和感知紅外線的接收模塊組合在一起就可以實(shí)現(xiàn)紅外線通信。4 小車遙控裝置設(shè)計(jì)無人越野小車遙控裝置采用紅外線裝置，為便于在復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)。它不僅可以實(shí)現(xiàn)較小的轉(zhuǎn)彎半徑，而且還可以原地轉(zhuǎn)彎。越障寬度要求:bmaX =8Omm.3. 2. 2最小轉(zhuǎn)彎半徑 最小轉(zhuǎn)彎半徑在很大程度上表征了車輛繞開不可逾越的障礙物和在最小空間內(nèi)回轉(zhuǎn)的能力，因而它對越障性有很大影響。 R一為車輪組中心軸到小車輪圓心的距離。 b障礙物寬度。VL=Ra2+b2/Ra ω (3 .14)VR=R+a2+b2/R+a ω ()將以上三種情況的計(jì)算結(jié)果帶入式(),()，即可得到所有情況下的4個(gè)車輪組在二維平面的速度大小與方向。 1)機(jī)器人自轉(zhuǎn) 設(shè)機(jī)器人自轉(zhuǎn)的角速度為β(以逆時(shí)針方向?yàn)檎?，則車體的運(yùn)動(dòng)與驅(qū)動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系如下:VLcosθ=a2+b2β ()VRcosθ=a2+b2β ()由式(()可得出cosθ=aa2+b2所以上式可簡化成:VL=[(a2+b2)/a]β ()VR=[(a2+b2)/a]β ()由此可得出所有輪子繞質(zhì)心自轉(zhuǎn)時(shí)的速度和方向情況?？梢灾?，有了自轉(zhuǎn)、直線前進(jìn)、圓弧前進(jìn)這三組基本的運(yùn)動(dòng)單元，就可以實(shí)現(xiàn)任意曲線的行走。θ表示兩側(cè)輪子與原點(diǎn)的連線和橫向之間的夾角。圖3. 1機(jī)器人小車坐標(biāo)系， a表示兩側(cè)輪子與原點(diǎn)O的橫向距離。 機(jī)器人小車模型的簡化選擇固定在車體中心的坐標(biāo)系XOY，如圖所示。(3)每個(gè)車輪組的四個(gè)小車輪簡化成一個(gè)車輪且車子底盤重心與中心重合。為了便于分析，提出了如下假設(shè):(1)車體，驅(qū)動(dòng)輪與地面均為剛體。轉(zhuǎn)子慣量:209gcm2.3爬樓梯機(jī)器人小車的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模及通過性分析3. 1爬樓機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析爬樓機(jī)器人在平地及越障等運(yùn)動(dòng)軌跡從宏觀上看是曲線運(yùn)動(dòng)，但是從微觀上它可以看成是由很多直線與圓弧、不同方向的直線、不同方向圓弧之間的擬合。額定電流:7. 47A 。驅(qū)動(dòng)輪最大角速度：Ω2=2πn260=電機(jī)所需的功率為：P2=Ω2M2η= 我們所選的電機(jī)是瑞士MAXON公司的空心杯無刷直流電機(jī)EC45 (136207)，電機(jī)性能參數(shù)如下:額定電壓:24V。m。(2)爬樓所需功率 裝置在爬樓時(shí)需要克服車體和負(fù)載的重力做功，估算重力作用線與驅(qū)動(dòng)軸之間的垂直距離L為300mm。設(shè)平地運(yùn)動(dòng)最大速度為:v=3. 5km/h=0. 97m/s 。驅(qū)動(dòng)輪的附著力:Fφ=Nφ=小車輪的直徑d為160mm，輪組半徑R為180mm。該總質(zhì)量由四個(gè)輪組共同分擔(dān)，取車輪與地面之間的附著系數(shù) Φ為0. 710(1)平地所需功率 輪組在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，克服小的行駛阻力旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，此時(shí)有八個(gè)小車輪同時(shí)著地分擔(dān)小車的重量。 根據(jù)裝置平地和爬樓兩種不同的運(yùn)動(dòng)情形，分別計(jì)算驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的功率。車輪組過渡齒輪半徑:r2=30mm。車輪組半徑:r=80mm。車體重心位置:兩個(gè)車輪組回轉(zhuǎn)中心連線的中點(diǎn)。車體重心高度:h=100mm。 2. 2. 3小車物理樣機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)按照上節(jié)的設(shè)計(jì)，我們確定制作物理樣機(jī)的主要參數(shù)如下:車體長:L=782 mm。 根據(jù)以上條件可知:bmin =220, a min =140, a max =190mm。樓梯踏步寬度，應(yīng)采用220, 240, 260, 280, 300, 320mm。圖2. 2輪組機(jī)構(gòu)示意圖 2. 2. 2爬樓機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)輪組單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 輪組的結(jié)構(gòu)尺寸范圍根據(jù)樓梯的踏步高a和踏步寬b兩個(gè)參數(shù)來確定。當(dāng)車輪組機(jī)構(gòu)運(yùn)行在平直的路面上時(shí)，受兩個(gè)車輪同時(shí)著地的約束限制，轉(zhuǎn)臂不能轉(zhuǎn)動(dòng)只能隨車沿路面平動(dòng)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)輪系為定軸輪系，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)在平直面上的快速行駛。本論文設(shè)計(jì)的輪組式爬樓梯機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)由兩部份組成，包括位于機(jī)器人中間部位由四個(gè)輪組驅(qū)動(dòng)的主車架，以及輪組機(jī)構(gòu)。2. 1. 2爬樓機(jī)器人的總體方案 經(jīng)綜合分析，本課題確定采用爬樓梯優(yōu)勢較強(qiáng)的輪式機(jī)構(gòu)。機(jī)器人要適應(yīng)規(guī)定的尺寸范圍，能夠順利的上下樓梯，即強(qiáng)調(diào)它的強(qiáng)適應(yīng)性。樓梯踏步寬度b，應(yīng)采用220, 240, 260, 280, 300, 320mm。 (3)對于多功能爬樓梯裝置，如何實(shí)現(xiàn)平地模式與爬樓模式之間的平滑切換也是重要的問題。 表2. 1典型移動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能對比表移動(dòng)機(jī)構(gòu)方式輪式履帶式腿式移動(dòng)速度快較快慢越障能力差一般好機(jī)構(gòu)復(fù)雜程度簡單一般復(fù)雜能源消耗小較小大控制難易程度易一般復(fù)雜經(jīng)分析，設(shè)計(jì)的爬樓梯裝置要解決的幾個(gè)基本問題 (1)爬樓梯裝置在爬樓梯過程中的穩(wěn)定性是影響其實(shí)用安全性的重要指標(biāo)。 2 爬樓機(jī)器人結(jié)構(gòu)原理2. 1爬樓梯機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)比較現(xiàn)有爬樓梯裝置，綜合分析其各自優(yōu)缺點(diǎn)。國內(nèi)的研究相對較晚，雖然也誕生了很多專利，但由于受到體積、重量、穩(wěn)定性及安全性的限制，還沒有產(chǎn)品真正投入使用。但是各種機(jī)構(gòu)的復(fù)合也給控制方面提出了更高的要求，而且爬樓過程中的穩(wěn)定性、如何適應(yīng)不同尺寸的樓梯、如何實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作省力與省時(shí)的問題以及反向自鎖等問題仍然存在。設(shè)計(jì)主要是依靠腿式機(jī)構(gòu)來完成越障，以及履帶平穩(wěn)性和輪組的靈活性來達(dá)到功能的完整。但它對控制的要求很高，操作比較復(fù)雜，在平地行走時(shí)運(yùn)動(dòng)幅度不大，動(dòng)作緩慢。步行式爬樓梯裝置模仿人類爬樓的動(dòng)作，外觀可視為足式機(jī)器人，采用多條機(jī)械腿交替升降、支撐座椅爬樓的原理。 (3)步行式 早期的爬樓梯裝置一般都采用步行式，其爬樓梯執(zhí)行機(jī)構(gòu)由鉸鏈桿件機(jī)構(gòu)組成。單輪組式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，在爬樓過程中需要有人協(xié)助才能保證重心的穩(wěn)定。且平地使用所受阻力較大，而且轉(zhuǎn)彎不方便，這些問題限制了其在日常生活中的推廣使用。它除了具備爬樓梯功能外，也能作為普通的電動(dòng)輪椅使用。法國Topchair公司生產(chǎn)的電動(dòng)爬樓梯輪椅，它的底部有四個(gè)車輪供正常情況下平地運(yùn)行使用，當(dāng)遇到樓梯等特殊地形時(shí)，用戶通過適當(dāng)操作將兩側(cè)的橡膠履帶緩緩放下至地面，然后把這四個(gè)車輪收起，依靠履帶無需旁人輔助便能自動(dòng)完成爬樓等功能。 (1)履帶式 履帶式爬樓梯裝置的原理類似于履帶裝甲運(yùn)兵車或坦克，其原理簡單，技術(shù)也比較成熟。 總結(jié)目前國內(nèi)外現(xiàn)有的爬樓梯裝置和專利，按爬樓梯功能實(shí)現(xiàn)的原理主要分為履帶式、輪組式、步行式爬樓梯裝置。其中，移動(dòng)機(jī)器人從事各項(xiàng)事務(wù)響應(yīng)任務(wù)時(shí)，樓梯是人造環(huán)境中的最常見的障礙，也是最難跨越的障礙之一。越障機(jī)器人的研究，對擴(kuò)展機(jī)器人的作業(yè)空間，在人不能到達(dá)或不便到達(dá)的環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)，具有重要的