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一种爬梯机械人的设计说明书.doc
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车身.dwg
转向轮毂.dwg
转向轴.dwg
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驱动轮组部件图.dwg
编号:201404170946542466    类型:共享资源    大小:7.88MB    格式:RAR    上传时间:2014-04-17
  
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一种 爬梯 机械人 设计 图纸 solidworks 三维 优秀 优良
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一种爬梯机械人的设计

45页 20000字数+说明书+SolidWorks三维图+8张CAD图纸

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一种爬梯机械人的设计说明书.doc

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目录

[摘要]I

AbstractII

第一章 引言1

1.1 课题研究的目的和意义1

1.2 移动机器人的发展概况1

1.3 爬楼梯机器人目前的研究状况4

1.4 论文研究的主要内容6

第二章 爬楼机器人的总体设计8

2.1 爬楼机器人的设计要求8

2.2 爬楼机器人的总体方案8

第三章 爬楼机器人传动、轮组及转向机构设计11

3.1爬楼梯机器人小车的执行电机选择11

3.1.1技术指标11

3.1.2电机选型11

3.2爬楼机器人的机构设计13

3.2.1 机器人小车传动机构设计13

3.2.2传动部件的设计与校核15

3.2.3爬楼机器人转向机构设计19

3.2.4机器人小车结构设计20

3.3爬楼机器人小车三维实体建模22

3.3.1 Pro/E软件介绍22

3.3.2三维实体建模22

3.4 爬楼机器人小车行驶性能分析23

3.4.1可跨越最大垂直障碍高度23

3.4.2最小转弯半径24

第四章 爬楼机器人控制系统设计26

4.1 机器人爬楼梯的控制目标26

4.2 机器人的体系结构及系统组成26

4.3控制系统主要硬件的选择28

4.3.1单片机的选型28

4.3.2传感器的选择29

4.4机器人控制系统的程序编制31

第五章 总结与展望38

5.1全文总结38

5.2展望38

致  谢III

参考文献IV



   在日常生活和生产中经常要将重物搬上楼梯,传统的方法基本是靠人力搬运完成,有时由于重物太重或人手不足而无法搬运,本课题就是为克服这个难题而设计的。本论文主要对爬楼机器人星型轮的传动机构及控制系统进行详细设计。首先介绍了国内外爬楼机器人研究现状,阐明本课题研究的目的、意义。然后进一步介绍了本爬楼机器人总体结构。在深入分析爬楼机构及其攀爬对象的基础上,设计了相对优势较明显的轮组结构爬楼机器人。对机器人小车的运动学模型进行分析,论证小车实现任意曲线运动所包含的自转、直线前进、圆弧前进三个基本运动单元的可行性。引入虚拟样机技术,通过Pro/Engineer三维建模并进行模拟运动仿真。文章最后研究设计了在各种环境下,以单片机 C8051F310 为核心的爬楼控制系统。在控制系统中,采用超声波传感器的对称排列,获取了自主上楼梯所必须地两个关键参数θ和 q;对驱动大功率电机的电路进行分析,设计了更适合大功率,更安全的电机驱动电路,直流马达配合高功率MOSFETⅡ型驱动器。

关键词:爬楼机器人;三星轮; MOSFET驱动电路;单片机 C8051F310



   我国在上世纪八十年代对轮组式爬楼梯装置已有研究,1987年专利号为 86210653 的国家专利中介绍了一种平地、楼梯运行多用轮椅,前滚轮和后滚轮都用多个星形轮组成,除自转外还绕滚轮轴公转而实现上下楼。内蒙古民族大学物理与机电学院的苏和平等人借鉴了iBOT的爬楼方式,采用星形轮系作为爬楼梯机构,设计了一种双联星形机构电动爬楼梯轮椅。改轮椅爬楼时需要人工辅助或者楼梯扶手的辅助支撑,使其能调整重心的位置,安全爬楼。

   轮组式爬楼梯装置的活动范围广,运动灵活,但是上下楼梯时平稳性不高,重心起伏较大,会使乘坐者感到不适。此外,轮组式爬楼梯装置体积较大[12~13],很难在普通住宅楼梯上使用。

   (4)复合类机器人

   基于履带式、轮式、腿式移动机器人的优缺点[9],在研究中,采用了腿-履复合和轮-腿-履带复合等结构。设计主要是依靠腿式机构来完成越障,以及履带平稳性和轮组的灵活性来达到功能的完整。机器人摆臂在一定范围可上下摆动,辅助越障、攀爬,具有较强的越障性能、路面通过性和上下台阶能力。

   但是各种机构的复合也给控制方面提出了更高的要求,而且爬楼过程中的稳定性、如何适应不同尺寸的楼梯、如何实现手动操作省力与省时的问题以及反向自锁等问题仍然存在。

   综上所述,国外在爬楼梯装置方面的研究已经有一百多年的历史,成果也较多,但是它们大多结构复杂、造价昂贵,远远超出了发展中国家人民的经济承受能力。国内的研究相对较晚,虽然也诞生了很多专利,但由于受到体积、重量、稳定性及安全性的限制,还没有产品真正投入使用。由此可见,为了解决移动机器人使用受限的问题,同时考虑到我国使用者的经济承受能力,需要研究一种价格低廉、功能多样的爬楼梯装置。

1.4 论文研究的主要内容

   本课题以开发具备初步爬楼梯能力的机器人小车为目的,重点研究设计符合中国国情爬楼梯的轮组结构,并设计基于单片机的底层驱动控制系统。本文所从事的工作主要有以下几点:

   1.为提高机器人爬楼梯能力,综合分析国内外现有装置,结合我国《建筑楼梯模数协调标准》,设计通用性强、上下楼梯动作流畅、容易控制的车轮组机构。四个轮组代替通用四轮车的轮子,驱动小车轮与驱动轮组翻滚的电机相互独立。

   2.调查市场上现有类似机构的设计方法和工作原理,通过查阅图书馆的电子资源和相关的教材,确定单片机、齿轮传动、距离感应器、直流马达等零部件后,对3轮的星型齿轮的传动机构进行详细设计,并利用PRO/E设计出爬梯机器人的机械图。

   3.初步建立以单片机 C8051F310 为核心的爬楼控制系统。分析本机器人的控制原理并利用C语言编写控制程序。在结构环境下,采用超声波传感器解决自主上楼梯过程所必须地两个关键参数θ和 q。

   4.分析上述所有零部件及电子元件的选型原理并用数学计算验证,完成设计说明书撰写。


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