轮式移动机器人的结构设计

喜欢这套资料就充值下载吧。资源目录里展示的都可在线预览哦。下载后都有，请放心下载，文件全都包含在内，图纸为CAD格式可编辑，有疑问咨询QQ:414951605 或 1304139763p 南昌航空大学科技学院学士学位论文—开题报告 1、 选题的依据及意义： 轮式移动机器人具有良好的稳定性、较快的移动能力等优点，在足球机器人比赛等领域得到了广泛的应用。机器人的应用越来越广泛,几乎渗透到所有领域。移动机器人是机器人学中的一个重要分支。早在60 年代,就已经开始了关于移动机器人的研究。关于移动机器人的研究涉及许多方面,首先,要考虑移动方式,可以是轮式的、履带式、腿式的,对于水下机器人,则是推进器。其次,必须考虑驱动器的控制,以使机器人达到期望的行为。第三,必须考虑导航或路径规划,对于后者,有更多的方面要考虑,如传感融合,特征提取,避碰及环境映射。因此,移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。对移动机器人的研究,提出了许多新的或挑战性的理论与工程技术课题,引起越来越多的专家学者和工程技术人员的兴趣,更由于它在军事侦察、扫雷排险、防核化污染等危险与恶劣环境以及民用中的物料搬运上具有广阔的应用前景,使得对它的研究在世界各国受到普遍关注。 二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）： 2.1 国外移动机器人的发展概况 2.1.1 室外几种典型应用移动机器人 美国国家科学委员会曾预言:“20 世纪的核心武器是坦克,21 世纪的核心武器是无人作战系统,其中2000 年以后遥控地面无人作战系统将连续装备部队,并走向战场”。为此,从80年代开始,美国国防高级研究计划局(DARPA) 专门立项,制定了地面天人作战平台的战略计划。从此,在全世界掀开了全面研究室外移动机器人的序幕,如DARPA的“战略计算机”计划中的自主地面车辆(ALV) 计划(1983 —1990) ,能源部制订的为期10 年的机器人和智能系统计划(RIPS)(1986 —1995) ,以及后来的空间机器人计划; 日本通产省组织的极限环境下作业的机器人计划;欧洲尤里卡中的机器人计划等。 初期的研究,主要从学术角度研究室外机器人的体系结构和信息处理,并建立实验系统进行验证。虽然由于80年代对机器人的智能行为期望过高,导致室外机器人的研究未达到预期的效果,但却带动了相关技术的发展,为探讨人类研制智能机器人的途径积累了经验,同时,也推动了其它国家对移动机器人的研究与开发。进入90年代,随着技术的进步,移动机器人开始在更现实的基础上,开拓各个应用领域,向实用化进军(图2-11a、b)。 （a） （b） 图2-11 实用化机器人 由美国NASA资助研制的“丹蒂II”八足行走机器人（图2-11c）,是一个能提供对高移动性机器人运动的了解和远程机器人探险的行走机器人。它与其他机器人,如NavLab ,不同之处是它于1994年在斯珀火山的火山口中进行了成功的演示,虽然在返回时,在一陡峭的、泥泞的路上,失去了稳定性,倒向了一边,但作为指定的探险任务早己完成。其它机器人（图2-11d）在整个运动过程中,都需要人参与或支持。丹蒂计划的主要目标是为实现在充满碎片的月球或其它星球的表面进行探索而提供一种机器人解决方案。 （c） （d） 图2-11 八足行走机器人 美国NASA研制的火星探测机器人索杰纳（图2-11e）1997年登上火星,这一事件向全世界进行了报道。为了在火星上进行长距离探险,又开始了新一代样机的研制,命名为Rocky7(图2-11f),并Lavic 湖的岩溶流上和干枯的湖床上进行了成功的实验。 （e） （f） 图2-11 索杰纳 图2-11 Rocky7 德国研制了一种轮椅机器人（图2-11g）, 并在乌尔姆市中心车站的客流高峰期的环境和1998年汉诺威工业商品博览会的展览大厅环境中进行了实地现场表演。该轮椅机器人在公共场所拥挤的、有大量乘客的环境中,进行了超过36 个小时的考验,所表现出的性能是其它现存的轮椅机器人或移动机器人所不可比的。这种轮椅机器人是在一个商业轮椅的基础上实现的。 （g） 图2-11 轮椅机器人 国外还研制了一种独轮机器人（图2-11h、i）,它与具有静态稳定性的多轮移动机器人相比,具有很好的动态稳定性,对姿态干扰的不敏感性,高可操作性,低的滚动阻力,跌倒的恢复能力和水陆两用性。这是运动性的一种新概念。 （h） （i） 图2-11 独轮机器人 2.1.2高完整性机器人 没有一个系统可以做到100%可靠。一个可靠机器人是指它一直正常地工作。一个高完整性机器人(图2-12)则时刻监视自己的行为,一旦发现异常,立即停止运转。因此,一个高完整性机器人并不一定要连续工作,但工作时，一定是正确的。 图2-12 高完整性机器人 2.1.3 遥控移动机器人 对机器自主性的挑战来自要求完成的任务和高度非结构化和变化的环境。在大多数室外环境中,要求机器完全自主地完成任务,目前还有一定的困难。远程操作的半自主机器人,毫无疑问,是一个发展方向。因此先进的远程操作技术是将来必需的。完全遥现是实现远程操作一个或几个移动机器人的最佳可能方案,但太贵。研制一套适于远程操作的、使用起来既自然又容易的人机交互方案是必需的（图2-13）。在未知和变化的环境中,头部跟踪系统有帮助,且是可行的。 图2-13 遥控移动机器人 2.1.4 环境与移动机器人集成 H. Ishiguro 通过对以前机器人研究工作的回顾,发现过去智能机器人的工作主要集中在自主性上。因此,他提出了一个新概念:感知信息基础设施。就象人需要道路、交通信号灯等一样,机器人为了在一个动态变化的环境中行动,也同样需要基础设施。作者将一个用于导航移动机器人的分布式视觉系统作为例子,进行了解释和说明。实验在一个缩小了1/ 12 的城镇模型中进行,内有阴影,树的结构,草地和房屋,足够代表室外环境的真实情况,并安装了用于机器人导航用的16 个摄像机智能体,实现了移动机器人与环境的融合（图2-14a、b、c）。 （a） （b） (c) 图2-14 集成机器人 2.2 国内移动机器人研究概况 国内在移动机器人的研究起步较晚,大多数研究尚处于某个单项研究阶段,主要的研究工作有: 清华大学智能移动机器人（图2-2a）于1994 年通过鉴定。涉及到五个方面的关键技术:基于地图的全局路径规划技术研究(准结构道路网环境下的全局路径规划、具有障碍物越野环境下的全局路径规划、自然地形环境下的全局路径规划) ;基于传感器信息的局部路径规划技术研究(基于多种传感器信息的“感知一动作”行为、基于环境势场法的“感知一动作”行为、基于模糊控制的局部路径规划与导航控制) ;路径规划的仿真技术研究(基于地图的全局路径规划系统的仿真模拟、室外移动机器人规划系统的仿真模拟、室内移动机器人局部路径规划系统的仿真模拟) ;传感技术、信息融合技术研究(差分全球卫星定位系统、磁罗盘和光码盘定位系统、超声测距系统、视觉处理技术、信息融合技术) ;智能移动机器人的设计和实现(智能移动机器人THMR —III 的体系结构、高效快速的数据传输技术、自动驾驶）。 （a） 图2-2 智能移动机器人 香港城市大学智能设计、自动化及制造研究中心的自动导航车和服务机器人（图2-2b）。 （b） 图2-2 自动导航机器人汽车 中国科学院沈阳自动化研究所的AGV（图2-2c）和防爆机机器人（图2-2d）。 （c） （d） 图2-2 AGV机器人 图2-2 防爆机机器人 中国科学院自动化所自行设计、制造的全方位移动式机器人视觉导航系统（图2-2e）。 （e） 图2-2 全方位移动式机器人视觉导航系统 哈尔滨工业大学于1996 年研制成功的导游机器人等（图2-2f）。 （f） 图2-2 导游机器人 3、 研究内容及实验方案： 本毕业设计课题是基于阿克曼原理的轮式移动机器人运动模型而进行的轮式机器人的结构设计，主要是为了实现前进、后退、360°范围转动的轮式移动机器人。 课题主要完成轮式机器人机械方案设计，包括：驱动电机选择、转向电机的选择及控制芯片的选择;齿轮的设计计算和校核；前后减震系统以及转向机构设计和车体的一些机械结构设计等。对轮式移动机器人的运动学特性进行了分析，建立了不考虑滑行、刹车等的轮式移动机器人的运动学模型。 1.机械结构部分包括机器人构成方案选择、机器人本体机构设计和驱动电机的选择 2.针对设计要求结合所选用的电机，讨论系统设计的可靠性问题 四、目标、主要特色及工作进度 1、通过图书馆、上网查找大量书籍及相关资料 2 周 2、总体机构方案设计：运动形式、驱动形式的选择、 3 周 驱动电机的选择、转向轮电机的选择的选择 3、机器人的运动学模型的分析 3周 4、控制系统的设计、机械零件设计计算 3周 5、外文资料翻译（不少于6000实词） 2周 6、毕业论文整理及答辩准备 2周 五、参考文献 【1】、孙恒等主编.机械原理（第六版）.高等教育出版社，2001. 【2】、马香峰主编.工业机器人的操作机设计.冶金工业出版社，1996. 【3】、宗光华 张慧慧议.机器人设计与控制.科学出版社，2004. 【4】、李志尊. UG NX CAD 基础应用与范例解析[M].机械工业出版.2004. 【5】、刘金琨.先进PID控制及其MATLAB仿真[M].北京：电子工业出版社.- 2003. 【6】、蔡自兴.机器人学[M].北京:清华大学出版社，2000. 【7】、张海根.机电传动控制.高等教育出版社,2001.8:90-117 【8】、邱宣怀.机械设计(第四版).高等教育出版社,1996.10:204256,296308 【9】、Y.Fujimoto and A.Kawamura. Autonomous Control and 3D Dynamic Simulation Walking Robot Including Environmental Force Interaction. IEEE Robotic and Automation Magzine,1988,5(2):33-42. 【10】、REN Xiaodong, FENG Zuren, CHANG Hong, MU Ruofeng. Kinematics modeling and analysis for three-wheel omnidirectional mobile robot-[C]//Proceedings of the 7th World Congress on Intelligent Control and Automation.China,2008: 2608-2613. 【11】、SIEGWART R,NOUBAKHSH I R. Introduction to autonomous mobile robot[M].MA,USA:MIT Press,2004:202-205 【12】、CHEN LEI,MA Jie,GAO Haibo.Kinematic modeling of eight-wheel lunar rover[C]//Proceeding of the 27 th Chinese Control Conference. Kunming,China, 2008:346-350. 【13】、SONG Xiaokang，TAN Dalong， WU Zhenwei, WANG Yuechao. Kinematics modeling and analyses of all-terrain wheeled mobile robot[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering,2008,44(6):148-154. 【14】、 Jagnnathan S, Zhu S Q, Lewis F L. Path planning and control of a mobile base withnon-holonomic constraints [J]. Robotica, 1994,12:529-539 【15】、RATNER D,MCKERROW P,Dynamics of the Titan three-wheel drive Mobile robot with floating Ackerman steering [C]//Brisbane,1999:14-4-149. 10