【正文】 意義。非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的多功能全自主的移動機器人技術多年來一直是機器人研究中的熱點問題之一。 機器人作為一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器。自上世紀90年代以來，以研制高水平的環(huán)境信息傳感器和信息處理技術、高適應性曠移動機器人控制技術，真實環(huán)境下的規(guī)劃技術為標志，開展了移動機器人更高層次的研究。 移動機器人是機器人學中的一個重要分支，是一類能夠通過傳感器感知環(huán)境和自身狀態(tài)，實現(xiàn)在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下，動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多項功能于一體的高智能化機器系統(tǒng)。智能機器人還應用許多最新的智能技術，如臨場感技術、虛擬現(xiàn)實技術、多智能體技術、人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術、遺傳算法和遺傳編程、仿生技術、多傳感器集成和融合技術以及納米技術等。有的具有視覺和觸覺功能，能夠進行獨立操作、自動裝配和產(chǎn)品檢驗。隨著工業(yè)機器人數(shù)量的快速增長和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對機器人的工作能力也提出更高的要求，特別是需要各種具有不同程度智能的機器人和特種機器人。機器人技術的迅速發(fā)展，已對許多國家的國防工業(yè)生產(chǎn)、太空和海洋探索、以及整個國民經(jīng)濟和人民生活產(chǎn)生了重大影響，而且這種影響必將進一步擴大。(3)是人造的機器或機械電子裝置。就目前各種定義的共同之處來說，即認為機器人(1)像人或人的上肢，并能模仿人的動作。春秋后期，我國著名的木匠魯班在機械方面也是一位發(fā)明家，據(jù)《墨經(jīng)》記載，他曾制造過一只木鳥，能在空中飛行“三日而不下”，體現(xiàn)了我國勞動人民的聰明才智。查培克的劇本《羅薩姆的萬能機器人》中，劇中機器人((Robot)這個詞的本意是苦力，即劇作家筆下的一個具有人的外表、特征和功能的機器，是一種人造的勞力。爬樓梯機器人可應用于危險環(huán)境探查、偵察、救災、導盲、助殘、搬運、清掃、維修、安裝等作業(yè)，其實際意義重大。另外，越障機器人還可用于工業(yè)中的一些險難作業(yè)，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。在我國，警用保安機器人已進入實用化階段，但軍用機器人的研制大多還處于論證階段，鑒于我國面臨的嚴峻國內(nèi)國際形勢，為了在未來“信息及尺度不均衡戰(zhàn)爭”中能與敵實施有效的抗衡,盡早開展高機動性、強適應性、低成本智能無人地面武器機動平臺技術的研究,對于軍事作戰(zhàn)、反恐、捍衛(wèi)國家主權(quán)和領土完整有著重大的現(xiàn)實意義。在軍事領域，機器人的廣泛應用也成為了不可阻擋的軍事變革趨勢，在新的歷史條件和世界格局下，可以說機器人正在也必將代替人類完成更多軍事任務。 機器人應用范圍遍及工業(yè)、水利科技和國防的各個領域。從古代的神話傳說，到現(xiàn)代的科學幻想小說，戲劇，電影和電視，都有許多關于機器人的精彩描繪。機器人正是本論文研究的對象。論文所作的工作，為進一步設計結(jié)構(gòu)性能更優(yōu)，控制智能更高的爬樓機器人搭建了良好平臺。通過對爬樓小車運動學和動力學分析。本文介紹了具有四角行星輪驅(qū)動系統(tǒng)的爬樓小車，在路況良好的情況下，運動子輪平穩(wěn)行駛，遇到小型障礙四角機構(gòu)自動翻轉(zhuǎn)輕松翻越障礙。在深入分析爬樓機構(gòu)及其攀爬對象的基礎上，設計了相對優(yōu)勢較明顯的輪組結(jié)構(gòu)爬樓機器人。中國人民解放軍炮兵學院畢 業(yè) 設 計 軍用爬樓機器人運動學分析及遙控裝置的設計姓 名： 張 鑫 學 號： 03052007025 專 業(yè)： 機械工程及其自動化 選題方向：特種作戰(zhàn)裝置設計 指導教員： 李玉亮 胡立明 教 研 室： 機械工程教研室 設計提交日期： 設計答辯日期： 答辯委員會主席： 評 閱 人： 2011年 月 日摘 要樓梯是人造環(huán)境中的最常見的障礙，也是機器人移動作戰(zhàn)最難跨越的障礙之一。本論文主要研究爬樓機器人行走機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設計。對機器人小車的運動學模型進行分析，論證。四角輪式系統(tǒng)能適應不斷變化的地面特性，攀越樓梯等復雜障礙，具有極強的機動性、靈活性和地面適應性。設計了小車的遙控裝置，對車載可附屬設備進行了簡單介紹。關鍵字： 行星輪 機器人 運動學 遙控器目錄摘 要 11 緒 論 11. 1課題研究的目的和意義 11. 2移動機器人的發(fā)展概況 1 22 爬樓機器人結(jié)構(gòu)原理 32. 1爬樓梯機器人總體方案設計 3 32. 1. 2爬樓機器人的總體方案 42. 4 42. 2. 2爬樓機器人結(jié)構(gòu)設計 52. 2. 3小車物理樣機設計參數(shù) 6 63爬樓梯機器人小車的運動學建模及通過性分析 73. 1爬樓機器人運動學分析 7 73. 1. 2機器人模型的運動學分析 8 93. 2. 1可跨越最大垂直障礙高度 93. 2. 2最小轉(zhuǎn)彎半徑 104 小車遙控裝置設計 10 10 12 紅外線遙控裝置的發(fā)送器 13 紅外線遙控裝置的接收器 145 車載裝置 15 16 166 結(jié)束語 16參考文獻 17附錄 171 緒 論 自盤古開天辟地，人類誕生以來，人們就一直用智慧開辟著完美的生活!進入嶄新的21世紀，人類除了致力于自身的發(fā)展外，還十分關注機器人、外星人和克隆人等問題。 “機器人”這人名詞對許多人來說，并不陌生。而且越來越多的機器人出現(xiàn)在我們的生活生產(chǎn)中，更多科學工作者和業(yè)余愛好者也投入到機器人研究的行列當中來。在“機器人王國”日本，一直擁有全世界60%左右的機器人，工業(yè)機器人應用于最多的工業(yè)部部門依次為家用電器制造、汽車制造、塑料成型、通用機械制造和金屬加工等工業(yè)，而且正應用于更多的新領域中。1. 1課題研究的目的和意義隨著美軍參與實戰(zhàn)的機器人士兵現(xiàn)身近幾場戰(zhàn)爭，軍用機器人進入了實用化階段，無人戰(zhàn)斗裝備將成為減少軍隊傷亡、節(jié)省軍費開支的有效手段。越障機器人的研究，對適應未來戰(zhàn)場需要，擴展作戰(zhàn)空間，完成廣袤戰(zhàn)場的偵查，順應瞬息萬變的高技術戰(zhàn)場環(huán)境具有重大意義。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，爬樓梯機器人的研究是解決當前全自主機器人在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下正常工作的重要環(huán)節(jié)之一。1. 2移動機器人的發(fā)展概況 機器人一詞最早使用是在1920年捷克作家卡雷爾西周時期，我國的能工巧匠堰師就研制出了能歌善舞的伶人，這是我國最早記載的具備有機器人概念的文字資料。 要給機器人下個合適的和為人們普遍同意的定義是困難的。(2)具有智力或感覺與識別能力?！爸悄軝C器人”是一種集數(shù)學、物理、化學、生物、機械、電子、材料、能源、計算機硬件、軟件、人工智能等眾多領域的科學與技術知識于一身的綜合技術平臺。 目前在工業(yè)上運行的90%以上的機器人，都不具有智能。這些智能機器人，有的能夠模擬人類用兩條腿走路，可在凹凸不平的地面上行走移動。有的具有自主控制和決策能力……這些智能機器人，不僅應用各種反饋傳感器，而且還運用人工智能中各種學習、推理和決策技術。21世紀的機器人智能水平將提高到更高的水平，令人贊嘆。它與機器人學、計算機視覺、多傳感器信息融合、智能控制以及多智能體C MultiAgent、機械學等學科密切相關，體現(xiàn)了信息科學和人工智能技術的最新成果，具有重要的軍用及民用價值，是現(xiàn)代機器人學中一個重要而且相當活躍的研究領域。國內(nèi)在移動機器人方面的研究起步較晚，主要的研究工作有:清華大學的THMRV自駕駛小車，香港城市大學的自動導航車和服務機器人，中國科學院沈陽自動化研究所的防爆機器人，中國科學院自動化所自行設計和制造的CASIAI全方位移動機器人視覺導航系統(tǒng)等。對不同任務和特殊環(huán)境的適應性，也是機器人與一般自動化裝備的重要區(qū)別。但是非結(jié)構(gòu)環(huán)境給移動機器人的運動造成了自主決策和路徑規(guī)劃的困難。越障機器人還可用于工業(yè)中的一些險難作業(yè)，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。針對各種不同的運動環(huán)境，一直以來移動機器人所采用的運動方式大體包括輪式、履帶式、足式等。下面分別對國外、國內(nèi)各種類型裝置的發(fā)展作簡要介紹，并分析其各白優(yōu)缺點。英國Baronmead公司開發(fā)的一種電動輪椅車，底部是履帶式的傳動結(jié)構(gòu)，可爬樓梯的最大坡度為350，上下樓梯速度為每分鐘1520個臺階。履帶式結(jié)構(gòu)傳動效率比較高，行走時重心波動很小，運動非常平穩(wěn)，且使用地形范圍較廣，在一些不規(guī)則的樓梯上也能使用。但是這類裝置仍存在很多不足之處:重量大、運動