一種爬梯機械人的設(shè)計說明書[帶圖紙].doc

一種爬梯機械人的設(shè)計摘要在日常生活和生產(chǎn)中經(jīng)常要將重物搬上樓梯，傳統(tǒng)的方法基本是靠人力搬運完成，有時由于重物太重或人手不足而無法搬運，本課題就是為克服這個難題而設(shè)計的。本論文主要對爬樓機器人星型輪的傳動機構(gòu)及控制系統(tǒng)進行詳細(xì)設(shè)計。首先介紹了國內(nèi)外爬樓機器人研究現(xiàn)狀，闡明本課題研究的目的、意義。然后進一步介紹了本爬樓機器人總體結(jié)構(gòu)。在深入分析爬樓機構(gòu)及其攀爬對象的基礎(chǔ)上，設(shè)計了相對優(yōu)勢較明顯的輪組結(jié)構(gòu)爬樓機器人。對機器人小車的運動學(xué)模型進行分析，論證小車實現(xiàn)任意曲線運動所包含的自轉(zhuǎn)、直線前進、圓弧前進三個基本運動單元的可行性。引入虛擬樣機技術(shù)，通過Pro/Engineer三維建模并進行模擬運動仿真。文章最后研究設(shè)計了在各種環(huán)境下，以單片機C8051F310為核心的爬樓控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中，采用超聲波傳感器的對稱排列，獲取了自主上樓梯所必須地兩個關(guān)鍵參數(shù)和q；對驅(qū)動大功率電機的電路進行分析，設(shè)計了更適合大功率，更安全的電機驅(qū)動電路，直流馬達(dá)配合高功率MOSFET型驅(qū)動器。關(guān)鍵詞：爬樓機器人；三星輪；MOSFET驅(qū)動電路；單片機C8051F310AbstractIIAbstractMovingweightfromupanddownisrequiredinourdailyactivitiesandproductivities,anditwasdonebyhand.Whileitistooheavyorshorthandedtofinishedinsometimes.Thisthesisisdesignedtoovercometheobstaclesanditgivesadetaileddesigningontransmissiondeviceandcontrolsystemofstar-likewheelofstair-climbingrobot.Firstly,itintroducedacurrentsituationofstair-climbingrobotathomeandabroad,clarifiedthepurposesandmeanings,introducedaoverallstructureofstair-climbingrobot.Afterdeeplyanalysisthestair-climbingframeandtheobject,designedawheelsetsstair-climbingrobotwithmoreadvantagesthanothers.Analyzedthekinematicsmodeloftherobotcar,anddemonstratetheavailableofachievinganycurvemovementwiththerotation,straightforward,andarcforward.Robotcanachievetrackcontrollingbasedonspeedmatching.Withtheaidofvirtualprototypingtechnology,throughthe3DsoftwareofSolidWorks,thedynamicanalysisofthestair-climbingrobotiscarriedoutinADAMS.Atlast,thethesisdesignthecontrollersystemwiththecoreofC8051F310basedonruleenvironment，Inthecontrolsystem,withthehelpofarrangedultrasonicsensors,getthetwokeyparametersandqwhichimportforclimbingstaircaseAnalyzedthecircuitofhigh-powermotordriving,designamoresuitablecircuitthanICL298N.WhichisdcgeneratorwithhighlyefficientdrivingMOSFET.Keywords：Stair-climbingrobot；Threestarwheels；MOSFETdrivingcircuit；SinglechipmicrocomputerC8051F310目錄目錄摘要-IAbstract-II第一章引言-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-11.3爬樓梯機器人目前的研究狀況-41.4論文研究的主要內(nèi)容-6第二章爬樓機器人的總體設(shè)計-82.1爬樓機器人的設(shè)計要求-82.2爬樓機器人的總體方案-8第三章爬樓機器人傳動、輪組及轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計-113.1爬樓梯機器人小車的執(zhí)行電機選擇-113.1.1技術(shù)指標(biāo)-113.1.2電機選型-113.2爬樓機器人的機構(gòu)設(shè)計-133.2.1機器人小車傳動機構(gòu)設(shè)計-133.2.2傳動部件的設(shè)計與校核-153.2.3爬樓機器人轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計-193.2.4機器人小車結(jié)構(gòu)設(shè)計-203.3爬樓機器人小車三維實體建模-223.3.1Pro/E軟件介紹-223.3.2三維實體建模-223.4爬樓機器人小車行駛性能分析-233.4.1可跨越最大垂直障礙高度-233.4.2最小轉(zhuǎn)彎半徑-24第四章爬樓機器人控制系統(tǒng)設(shè)計-264.1機器人爬樓梯的控制目標(biāo)-264.2機器人的體系結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)組成-264.3控制系統(tǒng)主要硬件的選擇-28目錄4.3.1單片機的選型-284.3.2傳感器的選擇-294.4機器人控制系統(tǒng)的程序編制-31第五章總結(jié)與展望-385.1全文總結(jié)-385.2展望-38致謝-III參考文獻-IV一種爬梯機械人的設(shè)計1第一章引言自盤古開天辟地，人類誕生以來，人們就一直用智慧開辟著完美的生活！進入新的21世紀(jì)，人類除了致力于自身的發(fā)展外，還十分關(guān)注機器人、外星人和克隆人等問題。機器人正是本論文研究的對象?！皺C器人”這人名詞對許多人來說，并不陌生。從古代的神話傳說，到現(xiàn)代的科學(xué)幻想小說，戲劇，電影和電視，都有許多關(guān)于機器人的精彩描繪。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(xué)工作者和業(yè)余愛好者也投入到機器人研究的行列當(dāng)中來。機器人應(yīng)用范圍遍及工業(yè)、科技和國防的各個領(lǐng)域。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(yīng)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(yīng)用于更多的新領(lǐng)域中。據(jù)統(tǒng)計，目前全世界服役機器人約100萬臺；機器人學(xué)也維持較好的發(fā)展勢頭，充滿希望的進入這嶄新的世紀(jì)。1.1課題研究的目的和意義本文討論的移動機器人是具有越障功能，能夠靈巧翻越樓梯的一種光機電一體化的智能裝置。用作搬運的自主移動機器人，要求能隨工作任務(wù)和環(huán)境的改變，智能地重規(guī)劃行駛路徑，并要求能快速適應(yīng)工作環(huán)境。要達(dá)到這種水平，當(dāng)前還有很多問題需要深入的研究，而其中的機器人樓梯環(huán)境順利翻爬問題是較為重要的一個研究課題。越障機器人的研究，對擴展機器人的作業(yè)空間，在人不能到達(dá)或不便到達(dá)的環(huán)境中進行作業(yè)，具有重要的意義。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，改善勞動環(huán)境.減輕勞動強度，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。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(dāng)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)