遥控车设计【17张图/18700字】【优秀机械毕业设计论文】
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说明书一份。40页，18700字。
外文翻译一份。
图纸共17张，如下所示
A0-总体.dwg
A2-车身.dwg
A4-U形螺栓.dwg
A4-主动轴10.dwg
A4-从动轴.dwg
A4-卡子.dwg
A4-叶子板1.dwg
A4-叶子板7.dwg
A4-套14.dwg
A4-套15.dwg
A4-滑块.dwg
A4-电机座.dwg
A4-联轴器3.dwg
A4-轴垫12.dwg
A4-连轴器2.dwg
A4-链轮8.dwg
A4-链轮9.dwg
摘 要
随着当代社会科学技术的迅猛发展，无线遥控领域作为一个新兴的课题，逐渐进入科学研究业的视野，在当今的社会中也有着越来越广泛的应用。无论是在娱乐生活、国防科技乃至文体教育等方面的应用，都有其一定的研究及利用开发的价值。
本文介绍了与遥控小车相关的机器人领域以及智能车辆领域的研究现状，对遥控小车的设计与结构做了系统的介绍，给出了遥控小车的概要设计。
详细介绍了遥控小车运动控制系统设计与实现。重点就遥控车的机械结构进行了研究。辅助针对智能小车运动控制系统的非线性界环境的不确定性，利用模糊逻辑推理的方法，允许知识边界的不确定性，
本次还通过对遥控车控制部分以及传动部分的了解，我们能更好地了解遥控车设计中所涉及的诸多问题。希望能够通过自身的研究实现其智能化，做出一定的成果，给出给定的条件来达到无线控制，以及结构的问题，以便满足其总体设计。
关键词： 控制机构 传动机构 多传感器数据融合 模糊控制
Abstract
In contemporary society with the rapid development of science and technology, wireless remote areas as a new subject, gradually entered the field of scientific research, industry in today's society has more and more widely. Whether in the entertainment, defense science, technology and education style and application, has its certain research and exploitation of value.
This car is introduced and the remote areas and related robot of intelligent vehicle research status of remote control system of basic car technology is introduced, the system is given based on the summary of remote car design.
Detailed introduces remote control system design and the car. The remote control of mechanical structure are studied. Auxiliary motion control system for intelligent car nonlinear boundary environmental uncertainty, using the method of fuzzy logic reasoning, allowing the uncertainty of knowledge boundary,
This is based on remote control and drive car parts, we can better understand the remote car design problems involved. Hope to achieve its own research through a certain achievement, intelligent, given the conditions to achieve wireless control, and the structure of the problem, in order to meet the overall design.
Keywords: control agencies transmission mechanism of multi-sensor data fusion fuzzy contro
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景 1
1.2课题在理论和实际应用方面的价值 2
1.3主要研究内容 4
第二章 遥控智能小车的研究现状 5
2.1移动机器人的发展 5
2.1.1国外移动机器人的发展 5
2.1.2国内移动机器人的发展 6
2.2智能车辆的研究 7
2.2.1国外智能车辆的研究 7
2.2.2国内智能车辆的研究 9
第三章 遥控智能小车的关键技术 10
3.1机械结构 10
3.1.1车身设计介绍 13
3.1.2车身设计技术要求 13
3.1.3 电机的的选择 14
3.1.4 主轴的选择与校核 15
3.2多传感器系统与数据融合 22
3.3智能技术 23
第四章 遥控小车的硬件系统 24
4.1总体设计 24
4.2处理器 25
4.2.1常用处理器及其特点 26
4.2.2处理器的选择 26
4.3传感器 27
4.3.1位置传感器 28
4.3.2加速度传感器 28
4.3.3红外传感器 28
4.3.4超声传感器 29
4.3.5视觉系统 31
第五章 车体的维护与保养 33
结论 35
致谢 36
参考文献 37
- 内容简介：
-
TV is a is is an In in an of to of is in of to It a to to of to is is to , to In as in of to so on a of of of to to of on be of 0% 00 5KM/h, 111 2.5 0no .8 .5 is of 5 of is of of be in of of In of of as as .2 .0 in to of of is of to is :of 1 + 0.3 0.5 of l) + of 5 + 5.5 = 13.8 to of or of to in of In to of is in go of 8 of 80 5k: / h, 4 80 ( to to At we of is of in is a l), or on to of of by of it 0 103.6 to be or do 8 is .5 of of to of is is of so of by of of of in is in is is is of of is of of of in in he is of it to In of as a of of t be to at in of a of as In 960s to 4 to of of a of a of to is as or to is RP of RP In of in to or we it is In 0%. of of do of of 0 5mm of by of of to of of a of 0%, RP is is to to to of In at of by be at as of of a of to to to -5 If is in At of is on in by we of In in of On in on 1 by is in of In In to in of of on un it of a of On of to so in of to of be of we is to In 0, is of in to in so to to go at m, .5 m, 4m to to in do of 37m. he of to of V 电视转播车车体 的 设计要求 车体设计介绍 安装转播车是一项综合性的系统工程，车体是这个复杂系统的重要组成部分。在整个转播车中，车体部分承载了所有转播录制所需要的视频、音频及周边设备，提供了室外工作的场所。不仅如此，车体还必须保障设备的安全运行和顺利转运 ;其设计的好坏，不仅直接影响节目制播任务的完成，还关系到运送整个系统设备的安全。 车体设计，是在转播车设计中最先考虑的，也是首先要做的 ;它的好坏直接关系到以后其他系统的设计。 车体设计技术要求车体设计，应该按照转播车的设备规模和使用目的来选择 ;一般是安装摄像机的讯道数越多，车体也就越大。按照前章所述，使用 8 台摄像机的转播车，可以考虑选择中型转播车。鉴于电视转播车常常面临的恶劣外部环境，以及考虑到承载设备的娇贵性和转播任务的特殊性等诸多因素，转播车车体在改装时必须对车的底盘、车体结构等一系列项目进行周密的全盘考虑，通过特殊设计和精心加工， 才 能够满足电视转播的基本要求。下面给出车体设计的技术要求。 转播车的安全性能必须符合国家汽车行业的相关标准，车厢体加工及底盘采用国外转播车厂加工技术，外型尺寸及有效载荷必须符合国家交通部门的相关法规。车头和底盘选型要求 :国际知名品牌 的高端产品，底盘的载重应在装载所有设备的情况下留有 20%以上的载重余量，引擎不小于 200 马力，空气悬挂设计，电子限速 85KM/h，液压控制驾驶系统，空调设计，配备 车防抱死 )，尾气排放标准符合欧标准，车宽 。 车厢体要求 : 厢体总长 10，整车高不超过 ，宽 ，右部有 4 米长的侧拉箱。厢体使用年限十五年以上，车厢体框架由铝合金夹层结构组成，有较高的强度和绝缘性 ;所用材料要求是符合国际 标准的环保、阻燃材料。整车要求密封，防尘、防水、防锈、防腐蚀，防电磁干扰、防静电 ;集成后必须对厢 体进行淋雨实验 (包括侧拉箱展开后 )，满荷时进行静态侧倾斜实验，防高压冲击实验。外表面采用环保型高强度耐用产品油漆，整个喷漆过程在烤漆房进行。车体加工后，要求车辆有合适的离去角、最后端离地高、行驶中最小离地间距、整车最小转弯半径等基本技术参数。 车体布局设计要求 :空间布局合理，并充分考虑摄像机、镜头、耳机、三脚架、备用线缆、话筒、工具等设备器材及其附件的存放空间。对于非车内固定设备应当考虑合适的携带方案。 在国家车辆标准范 围内，空间尽可能的宽敞，车厢体内部净高最大化，非侧拉部分内部净高 拉厢部分内部 净高妻 厢体外高成 4 米。 按照节目制作的不同工种划分工作区，科学合理的利用空间。各工作区之间应当 有隔断，并有通行门，音频区的装饰符合广播声学要求。 车头和底盘选型 一般来说，车头和底盘一般是连在一起选购的，首先要计算整个转播车的载重量，然后加上自重，计算出其最大总质量 ;选择总承重略大于计算值的型号叫。 以此设计计算为例 (以下数据为半湘各估算值 ): 车总重二电子设备标称总重 (1吨 )+内部电缆和连接头总重 (十外部 电缆及电缆盘总重 (+空调设备和电源总重 (+含侧拉厢后车厢 体总重 (5吨 )+车底盘总重 (=最大装载质量 另外，要考虑任务目的地道路通行状况和当地的地理环境 ;对于多山地或者道路条件较差的环境，应选择输出功率较大的 引 擎和拥有较大接近角和离去角竺的底盘 (在车体改装后，这部分参数会变化 );为了保护承载的精密设备，应选择带有空气悬挂设计的底盘 (增加空气悬挂系统，能有效地增加汽车行运中的稳定性和在必要时增加汽车的最小离地间隙右、加大汽车的离去角。通过计算比较，对车头和底盘的选型为 :德国 头和底盘，最大装载质量 18 吨，最高 输出功率 280 马力，电子行最高车速 85k:/h，尾气排放标准达到 要求 ，底盘为双轴制动，后桥有空气悬挂系统 (调整范围 到80接近角 ()，离去角 ()，有液压助力转向系统，有 车体类型及厢体设计 车体类型选择依据技术要求，此转播车按照中型车体选择建造。目前，供我们选择的车体有两种类型 :拖挂箱体式车体和直挂箱体式车体。直挂箱体式车体是箱体直接被安置在车辆底盘上。拖挂箱体式车体是仅有后轴 (l 个或几个 )的，靠拖车头来移动。现在转播车车体尺寸并没有严格的标准，但有惯例。直挂 箱体式车体要比拖挂箱体式车体的尺寸小，这是因为车体尺寸由连在一起的运输工具决定，国家对这样的车体长度有一定的限定。一般来说，它采用的车体从 8米到 10米之间，车总长达到 10- 12 米。拖挂箱体式车体采用的是 的标准车体，但长度由于设计的需求可能或多或少。例如，有做到长度达到 18米以上的车体。考虑到道路通过性，高度是有标准限制的，一般不能超过 4米，通常的高度为 度总是 于本市和周边城市的部分道路比较狭窄，许多场地周围空间狭小，并且大门较低，转播车要想到达现场较近的地区工作， 车型受到了限制 。另外，设 需求的讯道数适中，考虑到这些因素，因此选择了带侧拉厢的直挂箱体式车体。直挂箱体式车体采用侧拉厢技术，可以扩大工作空间面积，减小车体的长度和高度，使整车有较小的转弯半径，和较好的道路通过性，增加车体移动的灵活性。拖挂式车体庞大、重心较高，故稳定度较差，不仅在市内行车速度慢，即使在高速公路上也难与直挂车相比，还有拖挂箱体式车体对于公路和驾驶员的要求也很高。但是，直挂箱体式车体的转播车，其车底盘和车厢体是永久连接的 ;由于车箱体部分的可靠性加上车底盘的可靠性 是整个系统的可靠性，因此其正常行驶 的可靠性降低了。不过，可以在车内配备拖锁，以备 万 一。 车厢体设计 厢体设计是整个系统后续工作的基础，它关系到转播车其它系统的设计。在厢体设计的最初阶段，要首先考虑选择构造厢体的材料，然后考虑车体布局、空调的需求和安装、技术设备的摆放等等 ;同时在设计的细节上，必须考虑后续功能的完善。整个车厢体从设计到完工，至少需要 4 到 5 个月 。各种工序都是有一定的顺序，因此，在设计时要有系统的规划和管理。车布局图。车厢体的选材早期，转播车车厢体使用了大量的硬木作为它们的框架，这跟那个时期多数商用车体设计一致 ;60 年代开始转向铝骨架、铝蒙皮的专用车设计方向。 4转半径 :汽车转向时，汽车外侧转向轮的中心、 下 面在车辆支承平面 ， 轨迹圆半径。转向盘转到极限位置时的转夯半径为最小转夸半径。现在，有了更好的玻璃钢材料和更稳定的铝表面 (铝一铬酸盐处理 )三明治夹层板材结构的出现 ;因此，大多采用这些新型材料和结构去构建整个车体，常规材料只是补充用作内部储物柜、出入口 和其他附属区域。 通过比较，玻璃钢 ( 铝表面材料的三明治夹层板材有轻质高强、具有可设计性、使用寿命长、抗磁、绝缘、隔音等等多种优点。 三明治板材，根据表层材料的不同，又分为 :钢表层材料和铝 /层材料。当材料面积做的过大后，钢表层材料会产生垂直折痕，而铝 /没有折痕 )。此外，铝具有优良之表面处理性，包括阳极处理、表面化成处理、涂覆及电镀等，因此，对于转播车来说，选择铝表层或表层材料较为合适。 对于框架材料 (不锈钢和铝 )的选择，我们充分考虑了多方因素。不锈钢焊接的接头 具有很高的机械强度、刚性和抗疲劳性，能满足对于车体整体性结构的需求。其中奥氏体不锈钢日具有优秀能量吸收能力，考虑到安全构造，它是当选的材料。在整车成型后重量比较上，选用钢材料比铝材料略微重10%。通过综合比对，车体板材选型为 :铝表层的三明治夹层板材和金属混合结构的车体。该车体采用奥氏体不锈钢型材做车身骨架结构 (采用不锈钢材是因为不锈钢材比铝合金容易焊接 )，用铝表层的三明治夹层板材做车体板。对于车体窗户和门，选择 层的三明治夹层板材。厢体侧面三明治夹层板材总厚 50体顶部三明治夹层板材总厚 55个厢体的加固部分及储物箱采用 一定 厚度的不锈钢。这种新设计的车体结构充分发挥了两种材料的长处，使新车体比目前国内其它车体，具有更多的优点车体的重量比传统的车体减轻 40%;铝 /车厢内非常安静 ;车体由于是框架结构，可随意布置分区 ;车厢体采用的三明治板材含有特殊的自维持三明治超级结构，强度高，结构具有很好的抗冲击和支持能力，保证了车体结构的长期稳定性，可减少维护费用。另外，车体内部木制储物柜、台面的边缘木条镶边材料的选择为 ， 被加工处理过的硬木，以防虫和防潮 ;同时纱窗等织品应 选人造的而非天然的 。 车厢体的加工和设计 当详细的一程图完成后，车体的框架就可以从里至外开始建造了。从车体设计至完工大概需要 4至 5个月，这时要考虑所有设备的购买 ;如果计划考虑周全，在车体完工时，便可安装设备了。 遥 控 车 设 计 计：陈守伟 指导教师：张广杰摘 要 随着当代社会科学技术的 迅猛 发展，无线遥控 领域 作为一个新兴的课题，逐渐 进入 科学研究业 的视野， 在当今的社会 中 也 有着 越来越广泛的 应用。 无论是 在 娱乐生活、国防科技乃至 文体教育 等方面的应用， 都有其一定的 研究及利用开发的 价值。 本文介绍了与 遥控 小车相关的机器人领域以及智能车辆领域的研究现 状 ， 对 遥控 小 车 的设计与结构做了 系统的介绍，给出了 遥控小车 的概要设计。 详细介绍了 遥 控小车运动控制系统 设计与实现。 重 点就 遥控车的机械结构 进行了研究。 辅助 针对智能小车运动控制系统的非线性界环境的不确定性，利用模糊逻辑推理的方法，允许 知识边界的不确定性， 本次 还 通过对遥控车 控制部分以及传动部分的了解，我们能 更好地了解遥控 车设计中 所涉及的 诸多 问题。希望能够通过自身的研究实现其智能化， 做出一定的成果，给出给定的条件来达到无线控制，以及结构的问题，以便满足其总体设计。 关键词： 控制机构 传动机构 多传感器数据融合 模糊控制 n of as a of in s in of is of of of is is on of of of of is on we to a to of in to of I 目 录 第一章 绪论 . 1 题背景 . 1 题在理论和实际应用方面的价值 . 2 要研究内容 . 4 第二章 遥控智能小车的研究现状 . 5 动机器人的发展 . 5 外移动机器人的发展 . 5 内移动机器人的发展 . 6 能车辆的研究 . 7 外智能车辆的研究 . 7 内智能车辆的研究 . 9 第三章 遥控智能小车的关键技术 . 10 械结构 . 10 身设计介绍 . 13 身设计技术要求 . 13 机的的选择 . 14 轴的选择与校核 . 15 传感器系统与数据融合 . 22 能技术 . 23 第四章 遥控小车的硬件系统 . 24 体设计 . 24 理器 . 25 用处理器及其特点 . 26 理器的选择 . 26 感器 . 27 置传感器 . 28 速度传感器 . 28 外传感器 . 28 声传感器 . 29 觉系统 . 31 第五章 车体的维护与保养 . 33 结论 . 35 致谢 . 36 参考文献 . 错误 !未定义书签。 1 第一章 绪论 题背景 在当今社会中，遥控作为一个新兴的领域，正在被越来越多的人应用到各个领域， 小到小孩手中的玩具，大到国防科技，无不有着非常广泛的应用。而这些应用也大大提高了工作效率，保障了许多非人易操作的中作的安全性。 例如在外星探测方面， 随着肩负 着人类探测火星使命的 “勇气 ”号和“机遇 ”号 于 2004年 1月 3日和 1月 24日在火星不同区域着陆，并于 2004年 4 月 5 日和 2004 年 4 月 26 日相继通过所有 “考核标准 ”。美国宇航局的孪生火星车探测计划至此正式宣告取得圆满成功。 1美国宇航局科学家和工程师事先设立了一系列硬指标，作为判定两辆火星车联合探测计划是否成功的依据。按照规定，每辆火星车都需要至少工作 90 个火星日（约相当于地球上的 92 天 )，在火星上行驶总里程至少达到 600 米，至少造访 8 个不同地点，必须拍下周围环境的立体和彩色全景照片。 “勇气 ”号是迄今美国发 射的最尖端的火星探测装置，其顶部的桅杆式结构上装有全景照相机及具有红外探测能力的微型热辐射分光计。 “勇气 ”号成功实现了集通信、拍摄和计算等功能于一身。火星车能够在火星上自主行驶：当火星车发现值得探测的目标，它会驱动六个轮子向目标行驶；在检测到前进方向上的障碍后，火星车会去寻找可能的最佳路径。类似火星车，以轮子作为移动机构、能够实现自主行驶的机器人，我们称之为 智能 小车，又称轮式机器人。 也 是遥控小车的一种。 如果将常规的 遥控 机器人操作手与挂在多用车或者牵引车的起重机进行比较，可发现两者非常相似。它们都具有许多连 杆，这些连杆通过关节依次连接，这些关节由驱动器驱动。在上述两个系统中，操作机 2 的 “手 ”都能在空中运动并可以运动到工作空间的任何位置，它们都能承载一定的负载，并都用一个中央控制器控制驱动器。然而，它们一个称为机器人，另一个称为操作机（也就是起重机），两者最根本的不同是起重机是由人来控制驱动器，而机器人操作手是由计算机编程控制，正是通过这一点可以区别一台设备到底是简单的操作机还是机器人。通常机器人设计成由计算机或类似装置来控制，机器人的动作受计算机监控的控制器所控制，该控制器本身也运行某种类型的程序。因此，如果程序改变了，机器人的动作会相应改变。我们希望一台设备能够灵活地完成各种不同的工作而无需重新设计硬件装置（当然在能力范围以内）。简单的操作机（或者说起重机）除非一直由操作人员操作，否则无法做到这一点。 2 目前各国关于机器人的定义都各不相同。在美国标准中，只有易于再编程的装置才认为是机器人。因此，手动装置（比如一个多自由度的需要操作员来驱动的装置）或固定顺序机器人（例如有些装置由强制启停控制驱动器，其顺序是固定的并且很难更改）都不认为是机器人。 2004 年 4 月 17 日下午，美国 “机遇 ”号火星车在火星上跑完一个 “马拉松式 ”的长途，轻松驶出 140 多米，创下人类发射的火星车迄今在火星上单日行车距离的新纪录。在结束这次长途旅程后， “机遇 ”号在火星上的累计行驶里程达到 ，突破了 600 米这道大关。 “机遇 ”号在这次破纪录之旅中，在大多数路段上都凭借新的自动导航软件指引。以火星车为代表的 遥控 智能小车，依靠自动导航软件实现在一定道路条件下的自动行驶，这是智能车辆的另一个基本特征。 遥控 智能小车，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技 术，是典型的高新技术综合体。 题在理论和实际应用方面的价值 遥控 智 能 小车，也就是轮式机器人，最适合在那些人类无法工作的环境中工作，它们已在许多工业部门获得广泛应用。它们可以比人类工 3 作得更好并且成本低廉。以下列举了机器人的一些应用，所有这些用途正逐步渗入到工业和社会的各个层面。 1、焊接 : 这时机器人与焊枪及相应配套装置一起将部件焊接在一起，这是机器人在自动化工业中最常见的一种应用。由于机器人连续运动，可以焊接得非常均匀和准确。 2、喷漆 :这是另一种常见的机器人应用，尤其是在汽车工业上。由于人工喷漆时 要保持通风和清洁，因此创造适合人们工作的环境是十分困难的，而且与人工操作相比，机器人更能持续不断地工作，因此机器人非常适合喷漆工作。 3、检测 :对零部件、线路板及其它类似产品的检测也是机器人比较常见的应用。一般说来检测系统中还集成有其他一些设备，它们是视觉系统、 X 射线装置、超声波探测仪或其他类似仪器。 4、医疗应用 :由于要求机器人完成的许多操作（如切开颅骨、在骨体上钻孔等）比人工操作更为准确，因此手术中许多机械操作部分都由机器人来完成。 5、帮助残疾人在日常生活中，机器人可以做很多事情来帮助残疾人，诸如将盛 着食品的盘子放入微波炉，从微波炉中取出盘子，并且将盘子放到残疾人面前给他用餐等。其他许多任务也可通过编程让机器人来执行。 6、危险环境机器人非常适合在危险的环境中使用。在这些险恶的环境下工作，人类必需采取严密的保护措施。而机器人可以进入或穿过这些危险区域进行维护和探测工作，且不需要得到像对人一样的保护。 7、水下、太空及远程机器人也可以用于水下、太空及远程的服务和探测。虽然尚没有人被送往火星，但已有许多太空漫游车在火星登陆并对火星进行探测。如美国的 “勇气 ”号和 “机遇 ”号的主要任务是在火星上探水，它们已分别在 其着陆区域附近找到火星上过去曾有过水的证据。 另外， 遥控 智能小车自动行驶功能的研究将有助于智能车辆的研究。智能车辆驾驶任务的自动完成将给人类社会的进步带来巨大的影响，例如能切实提高道路网络的利用率、降低车辆的燃油消耗量，尤其 4 是在改进道路交通安全等方面提供了新的解决途径。 要研究内容 本课题的主要研究内容包括： （ 1） 遥控 智能小车相关领域的研究现状。本文首先概要介绍了与 遥控 小车相关的机器人、智能车辆和月球车的发展历史、国内外研究现状。 （ 2） 遥控智能 小车的关键技术。论文简单介绍了智能小车的关键技术，包括：机械结构 、多传感器系统与数据融合和智能技术 。主要研究遥控智能小车的机械结构。 5 第二章 遥控 智能小车的研究现状 动机器人的发展 外移动机器人的发展 移动机器人的研究始于 60 年代末期，斯坦福研究院（ 人，在 1966 年至 1972 年间研制出了名为自主移动机器人。 3 进入 20 世纪 80 年代以后，人们的研究方向逐渐转移到了面向实际应用的室内移动机器人的研究，并逐步形成了自主式移动机器人 念。美国国防高级研究计划局（ 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 “战略计算机 ”计划中的自主地面车辆（ 划（ 1983 1990），能源部制订的为期 10 年的机器人和智能系统计划（ 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。美国 制的火星探测机器人索杰那于 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，命名为在 的岩溶流上和干枯的湖床上进行了成功的实验。德国研制了一种轮椅机器人，并在乌尔姆市中心车站的客流高峰期的环 6 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。 2004 年，美国的火星车 “勇气 ”号和 “机遇 ”号登上火星，并且圆满完成了预期的探索任务：每辆火星车都需要至少工作 90 个火星日（约相当于地球上的 92 天 )，在火星上行驶总里程至少达到 600 米，至少造访 8 个不同地点，必须拍下周围环境的立体和彩色全景照片。 “勇气 ”号和 “机遇 ”号火星车，代表着当前世界上移动机器人的最高水平。 内移动机器人的发展 国内对于移动机器人的起步比较晚。从 “七五 ”开始，我国的移动机器人研究开始起步，经过多年来的发展，己经取得了一定的成绩。清华大学智能移动机器人于 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 体系结构、高效快速的数据 传输技术、自动驾驶系统）。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。中国科学院沈阳自动化研究所的 防爆机器人。中国科学 院自动化所自行 7 设计、制造的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。 能车辆的研究 智能车辆作为智能交通系统的关键技术，是许多高新技术综合集成的载体。智能车辆驾驶是一种通用性术语，指全部或部分完成一项或多项驾驶任务的综合车辆技术。智能车辆的一个基本特征是在一定道路条件下实现全部或者部分的自动驾驶功能。 外智能车辆的研究 智能车辆的研究始于 20 世纪 50 年代初，美国 司开发出的世界上第一台自动引导车辆系统（ 1974 年，瑞典的 车装配工厂与 司合作，研制出一种可装载轿车车体的 由多台该种 成了汽车装配线，从而取消了传统应用的拖车及叉车等运输工具。由于 厂采用 得了明显的经济效益，许多西欧国家纷纷效仿 司，并逐步使 装配作业中成为一种流行的运输手段。 在世界科学界和工业设计界中，众多的研究机构正在研发智能车辆，其中具有代表性的智能车辆包括： 4 意大利 研究。 开放 “移动试验室 ”的代名词，后来用来研发车载实时图像处理系统，通过计算机视觉系统来检测车道轨迹，实现车辆自主驾驶。 以下主要特点：车辆前后装备彩色摄像机，用来检测车辆外部环境；两个实时数字图像处理器（利用相应算法结构，以 200幅图像速度分析图像）； 4 个车载传感器来测量横向和纵向车辆 加速度；在车辆左右侧安装的毫米波雷达感知道路左右两侧环境；两个 理器处理雷达和其他融合的传感器数 8 据； 德意志联邦大学的研究。德意志联邦大学已经研发出多辆智能原型车辆。在 1985 年，第一辆 能原型车辆就已经在户外高速公路上以 100km/h 的速度进行了测试。使用机器视觉来保证横向和纵向的车辆控制。 1988 年，在都灵的 目第一次委员会会议上，智能车辆维塔（ 7t）也进行了展示，该车可以自动停车、行进，并可以向后车传送相关驾驶信息。这两种车辆都配备 觉系统。这是一个 双目视觉系统，具有极高的稳定性，同时还包括一些其他种类的传感器：三个加速度计、一个车轮位置编码器（可作为里程表或速度计），在 中， 收机可以实现车辆位置的初步估算。 美国俄亥俄州立大学的研究。美国俄亥俄州立大学智能交通研究所所研发的三辆智能原型车辆，配备不同的传感器来实现数据融合和错误检测技术：基于视觉的系统；雷达系统（检测与车道的横向位置）；激光扫描测距器（障碍物检测）；其他传感器，如侧向雷达、转向陀螺仪。利用基于视觉的方法实现道路检测。利用一台安装在后视镜处的像机，位置 要尽可能高，车道检测系统可以处理这样的单幅灰度图像。算法假设道路是水平地，并且有连续或点化的车道标志线。前几帧检测的车道标志线数据也用来决定下一步兴趣热点区域，以简化图像处理。算法从图像中提取出重要的亮域，并以向量行驶存储，如道路消失点或道宽这样的数据参数，都可以作为计算车道标志线的参考，最后为了处理点划车道线，可以通过一阶多项式曲线来拟合，在进行向量计算。如果检测到左右车道标志线，就可以利用左右标志线来估计车道中心线；否则也可以利用估计的车道宽度及相关可视标志来估算中心线。 另外，斯特拉斯堡（ 验中心、英国国防部门的研究、美国卡内基梅隆大学、奔驰公司、美国麻省理工学院、韩国理工大学对智能车辆也有较多的研究。 9 内智能车辆的研究 吉林大学智能车辆课题组长期从事智能车辆自主导航机理及关键技术研究。 20 世纪 90 年代以来，课题组开展的组态式柔性制造单元及图像识别自动引导车的研究对我国独立自主开发一种新型自动引导车辆系统，从而为我国生产组织模式向柔性或半柔性生产组织转化提供了有意义的技术支撑和关键设备。课题组已开发出 、 、 三种型号的自动引导车辆 ，其中 实用型视觉导航投入工厂进行中试，并得到吉林省科委 “新型视觉引导 自动物流运输系统开发 ”项目、长春市政府科计引导计划新星创业项目、吉林大学科技园高新技术产品孵化项目的立项资助，目前该种 完成商品化研制，即将投入市场 5。由于 型 能优越，智能化程度高，属国内首创，必将会产生重大的社会效益和经济效益。 中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院于2003 年 7 月研制成功我国第一辆自主驾驶轿车。该自主驾驶轿车在正常交通情况下，在高速公路上行驶的 最高稳定速度为 130 公里 /小时，最高峰值速度为 170 公里 /小时，并且具有超车功能，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。轿车自主驾驶的基本原理是仿人驾驶。车内的环境识别系统识别出道路状况，测量前方车辆的距离和相对速度，相当于驾驶员的眼睛；车载主控计算机和相应的路径规划软件根据计算机视觉提供的道路信息、车前车辆情况以及自身的行驶状态，决定是沿道路前进还是换道准备超车，相当于驾驶员的大脑；接着，自动驾驶控制软件按照需要跟踪的路径和汽车行驶动力学，向方向盘控制器、油门控制器和刹车控制器发出动作指令，操纵汽车按 规划好的路径前进，起到驾驶员的手和脚的作用。 另外，我国清华大学、北京理工大学等单位也正在研发智能车辆。汽车自主驾驶技术是集模式识别、智能控制、计算机科学和汽车操纵动力等多门学科于一体的综合性技术，汽车自主驾驶功能水平的高低常被用来作为衡量一个国家控制技术水平的重要标准之一。 10 第三章 遥控 智能小车的关键技术 遥控 智能小车要想走向实用，必需拥有能胜任的运动系统、可靠的导航系统、精确的感知能力和具有既安全而又友好地与人一起工作的能力。 遥控 智能小车的智能指标为自主性、适应性和交互性。适应性是指小车具有适应复杂工作 环境的能力（主要通过学习），不但能识别和测量周围的物体，还有理解周围环境和所要执行任务的能力，并做出正确的判断及操作和移动等能力。自主性是指小车能根据工作任务和周围环境情况，自己确定工作步骤和工作方式；交互性是智能产生的基础，交互包括小车与环境、小车与人及小车之间三种，主要涉及信息的获取、处理和理解。智能小车是一个综合系统，包括以下关键技术： 械结构 作为机械专业 ，机械结构式本次论文的重中之中重。因此 遥控 智能小车机械结构的设计，应根据实际需要进行。例如：美国 射的 “机遇 ”号火星车，长 、宽 、高 ，重 174 千克，具有6 个轮子，如图 有自己的所谓大脑、颈、头、眼睛和手臂。它的 “大脑 ”是一台每秒能执行约 2000 万条指令的计算机，不过与人类大脑位置不同，计算机在火星车身体内部。 “颈 ”和 “头 ”是火星车上伸出的一个桅杆式结构，距火星车轮子底部高度约为 ； “眼睛 ”是一对可拍摄火星表面彩色照片的全景照相机，有了它们，火星车能像站在火星表面的人一样环视四周。 美国著名发明家迪恩 卡门设计了一种可以防止倾倒颠覆的由电脑控制的轮椅，如图 种轮椅的全称是 “动系统 ”（简称 从外表看上去， 普通轮椅不大一样：它有 6 个轮子，前面一对为直径 10 厘米的实心脚轮，后面两对为直径 30 厘米的充气轮胎。 过复杂的陀螺仪系统来保持平衡，当轮椅上分布的传感器感受到重心变化时，它们马上把这些信息传输到位于座椅下面的控制盒 11 中。控制盒里有几个 “奔腾 理器和预先设计好的程序，这些程序会“命令 ”轮椅的机械系统进行自我调整，保持平衡。 14 日本一家公司新推出的可以上下楼梯的轮椅，采用的是四星轮式结构，如图 智能小车机构方面，应当结合智能小车在各 个领域及各种场合的应用，开展丰富而富有创造性的工作。 图 国 “机遇 ”号火星车模型图 6 12 图 国卡门设计的能爬楼梯的新型轮椅 图 本的新型轮椅车 13 身设计 介绍 遥控车身设计尤其是新车型的设计，是根据 该车 的使用要求而提出的整车参数与性能指标进行计算的，显然，要从宏观入手，即从整车的总体设计开始，然后通过总体设计的分析与计算，将整车参数和性能指标分解为有关总成的参数和功能后，再进行总成和部件设计，进而进行零件甚至某一更细微的 局部设计与研究，选择材料以及校核。 车身的设计过程： 10 （ 1）调查与初始决策 ； 其任务是 选定设计目标，并制定设计工作方针及设计原则。调查研究。的内容应包括：查阅以往与本次设计相关的设计内容，比较其优劣，改进技术，包括材料及零件的选择，制定大体的设计方案。 （ 2） 总体方案设计； 其任务是根据查阅资料后所选定的目标及开发目标制定的工作方针，设计原则等主导思想提出整车设想，因此又称为概念设计（ 构思设计。为此要绘制不同的总体图供选择。在总体方案图上进行初步布置和分析，对主要总成只要 画出大轮廓而突出各方案间的主要差别，使方案对比简明清晰，经方案论证选出其中最佳者。 （ 3）绘制总布置草图，确定整车主要尺寸，质量参数与性能指标以及各总成的基本形式。在总布置草图上较准确地画出各总成及部件的外形和尺寸并进行仔细的布置；对轴荷分配和质心高度作计算与调整，以便准确地确定车体的轴距，总长，总宽，总高，离地间隙，备件或车身高度等，并使之符合有关标准和法规；进行性能计算及参数匹配。 （ 4）车身造型设计及绘制车身布置图；绘制不同外形，不同方向，不同配比的车身外形图；制作相应造型的模型；从中优选后再制作精确模型。并绘制相应的车身布置图。 身 设计技术要求 车身设计的主要技术要求 主要包括材质的选定 ，电机的选择以及主轴的选择与校核。 11 14 机的的选择 选择电动机包括：确定类型、结构、容量（功率）和转速，并在产品目录中查出其型号和尺寸。 （ 1）选择电动机的类型和结构型式 按工作要求和条件，选用两相笼型异步电动机，封闭式结构，电压220v,Y 型。 （ 2）选择电动机的容量 由100060 ,得： 卷筒轴工作的转速： m i n/rd 电动机所需工作效率： 由 000 ,得 d1 0 0 0由电动机至运输带的传动总效率： =1243245 式中： 1， 2 ， 3 ， 4 ， 5 分别为带传动，轴承，齿轮传动，联轴器和卷筒的传动效率。 取 1=V 带）， 2=子轴承）， 3=轮精度为 8级，不包括轴承效率）， 4=性联轴器）， 5=： = 15 所以， 0 0 ( 3 )确定电动机的转速 由上可知，卷筒轴工作的转速为 n=表 1 推荐的传动比合理范围，取 V 带传动的传动比 2 4，二级圆柱齿轮减速器传动比 8 40. 则总传动比合理范围为 16 160，故电动机转速的可选范围为 n=(16 160)r/合的同步转速有 1500， 2200r/ 根据容量和转数，由有关资料查出二种使用的电动机型号， 量，价格和带传动，减速器的传动比。可见第二方案比较合适。因此选定电动机型号为 主要性能如 下 轴的选择与校核 12 根据工作条件，初选轴的材料为 45 钢，调质处理。按扭转强度法进行最小直径估算，即30， 初算轴径时，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度的影响。当该轴段截面上有一个键槽时，d 增大 5% 7%，两个键槽时， d 增大 10% 15% 由教材表 15定 :高速轴 26，中间轴 20，低速轴 12. 因为最小直径处有连接联轴器，则 (1+7%)=(1+号 额定功率 （ w） 满载时 额定 转矩 额定 电量 转速 效率（ %） 功率因数 5 2200 16 取整数 0中
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