探测机器人行走系统的设计（全套含CAD图纸）
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系本科毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目：探测机器人行走系统的设计 专 业： 指导教师： 学生姓名： 学 号： 毕业时间： 齐齐哈尔工程学院教务处制一、选题依据（目的、意义、国内外研究现状、学术准备情况、研究思路及方法）（一）目的、意义 随着计算机、网络、机械电子、信息、自动化以及人工智能等技术的飞速发展，探测机器人的研究进入了一个崭新的阶段。同时，太空资源、海洋资源的开发与利用为探测机器人的发展提供了广阔的空间。目前，智能探测机器人，无人自主车等领域的研究进入了应用的阶段，随着研究的深入，对探测机器人的自主导航能力，动态避障策略，壁障时间等方面提出了更高的要求。地面智能机器人路径规划，是行驶在复杂动态自然环境中的全自主机器人系统的重要环节，而地面智能机器人全地域全自主技术的研究，是当今国内外学术界面临的挑战性问题。探测机器人是一类能够通过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标自主运动，从而完成一定功能的机器人系统。理想的自主探测机器人可以不需人的干预在各种环境中自主完成规定任务，具有较高的智能水平，但目前全自主的探测机器人还大多处于实验阶段，进入实用的多为自主探测机器人，通过人的干预在特定环境中执行各种任务，而遥控机器人则完全离不开人的干预。智能探测机器人是一类能够通过传感器、感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标自主运动，从而完成一定功能的机器人系统。探测机器人技术研究综合了路径规划、导航定位、路径跟踪与运动控制等技术。涉及包括距离探测、视频采集、温湿度以及声光等多种外部传感器，作为探测机器人的输入信息。探测机器人的运动控制主要是完成探测机器人的运动平台，提供一种探测机器人的控制方式。性能良好的探测机器人运动控制系统是探测机器人运行的基础，能够服务于探测机器人研究的通用开发平台。随着探测机器人技术的发展及其在工业军事等领域中的广泛应用，有关探测机器人的理论设计制造和应用的新的技术学科机器人学，已经逐渐形成，并越来越引起人们广泛的关注。机器人学是一门综合性很强的学科，它涉及现代控制技术、传感器技术、计算机系统和人工智能等多门学科但是它又有自身的系统性和专业性。内容极为丰富、广泛，其中专业性比较强的有机器人动力学和运动学、机器人轨迹规划和运动控制、机器人的传感技术、机器人的编程语言、机器人的智能和任务规划等。其中机器人的运动控制是实现机器人航迹控制的关键。毕业设计是在完成立大学的全部课程之后进行的一次理论联系实际的综合运用，是我对专业知识技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。（二）国内外研究现状国外研究现状:在行星探测机器人的研制方面，美国和俄罗斯处于世界领先地位。从20世纪60年代开始，美、苏向月球以及金、火、水、木、土等星球发射了许多探测器。格林威治时间1997年7月4日17时07分，美国国家航空航天局困ASA)发射的火星探路者号宇宙飞船成功地在火星表面着陆。探路者登陆器上带有各种仪器及“索杰纳”火星车团。这是上世纪自动化技术最高成就之一。日本对机器人的设计也处于领先地位。日本京都大学科研人员已经开发出一种新型机器人,能在强烈地震发生后到废墟中探测被埋人员。还专门进行了实用演示。这种机器人外表象是一条粗大的节足昆虫,长 1.43 m,由 7 节组成,有人的小腿一般粗细,每节周身都缠满纵向履带。它可以在遥控下从瓦砾的夹缝中蜿蜒穿行,装在头部的摄像机镜头会随时传输观察到的影像和搜集到的声音,从而供控制者判断里面是否有需要救助的存活人员。未来的空间探测任务要求机器人系统能够在预先未知或非结构化的环境中执行变化的任务，机器人行走平台应具备良好的几何通过性、越障性、抗倾覆性、行驶平顺性、牵引控制特性和能耗特性。基于不同的原理和性能侧重点，国内外提出并试验了多种类型的空间探测机器人行走机构。国内研究现状:2006年，中国政府制定的国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要和国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020年） ，将发展航天事业置于重要地位。根据上述两个规划纲要，中国政府制定了新的航天事业发展规划，明确了未来五年及稍长一段时期的发展目标和主要任务。按照这一发展规划，国家将启动并继续实施载人航天、月球探测、高分辨率对地观测系统、新一代运载火箭等重大航天科技工程，以及一批重点领域的优先项目，加强基础研究，超前部署和发展航天领域的若干前沿技术，加快航天科技的进步和创新。要发展航空事业，对月球进行探索，那么研究设计探测机器人是必不可少的过程。探测机器人行走系统的发展趋势如下:(1)轮腿式，履腿式等复合型结构的探测机器人是一个研制方向。(2)由于航天器技术、尺寸、质量和费用的限制,微小型行星探测机器人是目前发展的主流。(3)由于通信时延和微重力作用的缘故,中低速探测机器人是研制的主流。(4)机械结构设计与控制方案相结合是研制灵活可靠的行星探测机器人的设计方向。（三）学术准备情况本设计采用模块化设计，以便根据要求选择和定制配置，并在需要的时候方便更换和添加其他模块，而且给出了两种行走方式的设计方案，即履带式行走系统和轮式行走系统的设计，两者都有各自的特点，但主要以研究设计履带式为主，它具有良好的机动性，在越障、跨沟、攀爬方面具有明显优势。该机器人的最大优点是具有良好的越障性能、环境适应性能、防摔抗冲击性能并具备全地形通过能力。而轮式探测机器人则机动性能比较好。除了设计探测机器人的总体结构外，还给出了行走控制方案。其具体研究内容如下：1、研究探测机器人系统的设计原则。依据运动学原理，对机器人进行性能指标分析，动态分析，使机器人能够自适应路面，即具有抗倾覆性、爬坡性能、越障性能、跨沟性能等功能。2、确定探测机器人的行走方式，并对整个探测机器人的整体进行规划设计。(1）行走方式的确定；(2）总体结构设计；(3）传动系统设计。3、给出行走控制系统的设计方案。（1）监测方法；（2）计算机硬件系统的设计；（3）计算机软件系统的设计。（四）本选题研究思路及方法本选题研究思路：本课题的主要内容是采用机器人代替人来进行探测作业，探测机器人可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度，提高生产效率。结合设计的各方面的知识，在设计过程中学会怎样发现问题。解决问题.研究问题。并且在设计中融入自己的想法和构思，提高自己的创新能力。尽力使机器人使用方便，结构简单。本选题研究方法：通过利用网络工具、图书馆的书籍和各类期刊、杂志查阅了解探测机器人的相关知识，确定本设计符合要求，满足需要。具体设计方法如下：1、查阅资料、结合所学专业课程，产生探测机器人结构设计的基本思路；2、查阅各类机械机构手册，确定合理的探测机器人结构；3、根据给定技术参数来选择合适的行走机构；4、重点对驱动机构及控制机构进行设计研究；5、通过研究国内外情况，确定本设计课题的重点设计；6、完成 CAD 装配图的设计和绘制，并由此绘制零件图；7、编写设计说明书；8、检查并完善本设计课题。本设计采用的方法是理论设计与经验设计相结合的方案，所运用的资料来源广泛，内容充足。二、论文结构框架（一）论文提纲摘要 Abstract第一章概述1.1 机器人的应用范围1.2 探测机器人的先状及发展趋势1.3 研究内容第二章机械系统的设计2.1 计算机模块的设计2.2传感器模块的设计2.3电源及驱动模块的设计2.4底盘运动模块的设计2.5各模块的连接第三章能源驱动的设计选择3.1 能源的供给3.2电机的选择3.3电机驱动的选择第四章传感器系统的设计4.1 视觉传感器4.2超声波传感器4.3红外传感器第五章探测机器人的硬件系统5.1 传感器采集系统5.2保护电路5.3红外传感器的接线5.4超声波传感器的接线5.5罗盘处理流程5.6RS485-RS232 转换电路第六章探测机器人计算机硬件系统6.1 无线电台通讯系统6.2电子罗盘第七章探测机器人软件系统的开发7.1 移动控制系统的设计7.2 演示控制程序结束语参考文献致谢（二）参考文献1、刘晓峰：海洋探测机器人操纵性及仿真研究 哈尔滨工业大学 2007.12、尚建忠 罗自荣 张新访 范大鹏：基于构型组合的空间探测机器人行走机构设计*3、邵守君：基于虚拟样机的石抽井故障探恻机器人研究 2007.34、贺鑫元 马书根 李斌 王越超：可重构星球探测机器人的机构设计 机械工程报 2005.125、柴汇：履带式井下探测机器人底层控制系统研究与设计 2007.56、刘方湖 陈建平 马培荪 曹志奎：行星探测机器人的研究现状和发展趋势 2002.57、陈芳允：月球探测机器人行走系统的研究现状和发展趋势 井冈山学院学报 2006.88、吴芳美：机器人控制基础 中国铁道出版社9、孙树栋：工业机器人技术基础 北京工业大学出版社 2006.1210、为海底探测提供数据日本加强深海探测11、张建民：机电一体化系统设计 北京理工大学出版社 2007.112、黄维通：Visual C+面向对象与可视化程序设计 清华大学出版社 2003 .1213、机械设计手册编委会:机械设计手册-带传动和链传动 机械工业出版社 2007 .314、机械设计手册编委会：减速器和变速器 机械工业出版社 2007 .315、实用微电机手册 辽宁科学技术出版社 2000 .316、王建华 毕万全 机械制图与计算机绘图 国防工业出版社 2004. 917、胡汉才单片机原理及其借口技术清华大学出版社2004 .418、Carlos Rodringuez Lucatero The problem of robot random motion tracking learning algorithms World Scientific and Engingeering Academy and Society 200719、Raja Chatila Toward cognitive robot companions Penn Plaza,Suite 701 New York NY USA 2008-6三、论文写作安排1. 第 1 周 开始选题；2. 第 2
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