双履带移动机器人前期报告.doc

毕业设计（论文）题目：智能移动机器人双节履带式机械平台设计专业： 机械设计制造及其自动化一. 课题研究目的和意义随着人类的活动领域不断扩大，近年来机器人应用也从制造领域向非制造领域发展，如灾场搜救、宇宙探索、军事侦察、海底矿藏勘测、采掘、建筑、医疗服务等特殊行业。由于在这些人类难以涉足或无法到达的恶劣、危险和有害的环境中，移动机器人需要代替人类完成相应的任务，这就意味着和传统意义上的功能相比，移动机器人系统要进一步具有更强的多地形自适应越野能力、生存能力、环境感知及相应的运动规划能力等。不少国家都将其当作未来技术发展的一个战略要点加以重视，对其进行相应的研究则是刻不容缓、势在必行的了。1机器人技术中腿式机器人能够满足某些特殊的性能要求，但是由于其结构自由度太多，控制比较复杂，应用受到一定的限制。综合比较履带式移动机器人能够很好地适应地面的变化，因此对履带式移动机器人的研究得以蓬勃发展。履带式移动机器人具有以下特点：2（1） 支撑面积大，接地比压小，适合于松软或泥泞场地作业，下陷度小，滚动阻力小越野机动性能好。（2） 转向半径极小，可以实现原地转向。（3） 履带支撑面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引了。（4） 具有良好的自复位和和越障能力，带有履带臂的机器人还可以像腿式机器人一样实现行走。图1.1工业机器人技术已成为现代工业技术革命中的一个组成部分。许多国家都已将机器人技术列入高技术发展计划。工业机器人对推动生产自动化会起到非常重要的作用，比如汽车厂需要的弧焊机器人等。当今机器人技术的发展趋势主要有两个突出的特点：一是在横向上，机器人的应用领域在不断扩大，机器人的种类日趋增多；另一个是在纵向上，机器人的性能不断提高，并逐步向智能化方向发展。在二十一世纪，机器人技术将是科学与技术发展的一个热点。智能机器人是具有感知、思维和行动功能的机器人，是机构学、自动控制、计算机、人工智能、光电技术、传感技术、通讯技术、仿真技术等多种学科和技术的综合成果。智能机器人作为新一代生产和服务工具，在制造领域和非制造领域占有广泛、重要的位置，对人类开辟新的产业，提高生产与生活水平具有十分现实的意义。 移动机器人是智能机器人中智能最高的机器人，它可以在动态坏境中无须人工干预便自主完成从起点到终点的行驶任务。移动机器人的研究提出了许多新颖的、挑战性的理论与工程技术课题，引起了越来越多的专家学者和工程技术人员的兴趣。智能移动机器人的发展极大的扩展了人类对周围环境空间的认识范围，也为机器人技术与人工智能的发展提供了一个极好的研究平台。智能移动机器人正在走进我们的日常工作和生活。二. 国内外研究现状及发展趋势1.国外发展现状机器人作为人类的新型生产工具，在减轻劳动强度，提高生产率，改变生产模式，把人从危险、恶劣、繁重的工作环境下解放出来等方面，显示出极大的优越性20世纪60年代以来，机械加工、弧焊、点焊、喷涂、装配、检测等各种类型的机器人相继出现并迅速在工业生产中实用化，这大大提高了各种产品的一致性和质量然而，随着机器人的不断发展，人们发现，这些固定于某一位置操作的机器人并不能完全满足各方面的需要因此，自20世纪80年代后期，许多国家有计划地开展了移动机器人(Mobile Robot)技术的研究。3随着全球经济的发展，机器人技术和市场都在飞速发展。2005年全球新安装工业机器人得到大幅增长，达到了121，000套，比2004年的97，000套增加了25。这是继2003年工业机器人安装数量重新增长后的最大突破，2005年也成为近15年来全球工业机器人增加最多盼一年。截止2005年底；全球在用的工业机器人约有91，4000套，比2004年 增加8。其中，有50在亚洲；欧洲和美洲分别占了13和16；而澳大利亚和非洲地区仅占了约1。从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、Pc化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化：多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化，以及系统的网络化和智能化等方面。2.我国发展现状现在，我国正处于从制造业大国向制造业强国转变的过程中，制造业需要不断提高技术含量和装备水平。在这种背景之下，我国对制造业装备的需求日益加大。在这种强烈的需求刺激之卞，作为制造业核心装备的工业机器人，最近几年出现了“爆炸”式增长。据不完全统计，最近4年，工业机器人年平均增长率超过40。2001年，我国工业机器人海关进出口数量不过3774台，国内生产数量约700台。2004年，其市场规模已经增长到万台左右，数量和金额相对于2001年都增长了两倍。2004年全年，我国在国内生产和组装的国产工业机器人数量突破了1400台，产值突破8亿元人民币；在不包括进口的成套生产线中所含工业机器人数量的情况下，进口机器人的数量超过了9000台，进口额达到26亿美元，约22亿元人民币。国内各工业机器人厂家都呈现出产销两旺的局面。截至2004年底，我国工业机器人市场已经突破30亿元人民币。现阶段，我国工业机器人正逐步发展成为一种颇有影响力的产业。43发展趋势目前影响智能移动机器人技术研究的因素主要有:导航与定位、通讯、传感技术和运动控制策略等。步入21世纪，随着电子技术的飞速发展，机器人用传感器的不断研制、计算机运算速度显著提高和机器人应用领域的进一步扩大、移动机器人技术将逐渐地得到完善和发展。移动机器人技术的研究与发展的趋势包括：5（1） 导航与定位 无论是单个移动机器人还是多个移动机器人系统，导航与定位始终是一项难题。在完全未知或部分未知环境下，基于自然路标导航与定位技术以及视觉导航中路标的识别和图像处理的快速算法的研究，并通过专用数字信号处理器（DSP）的开发与研制，可以为导航与定位提供突破性进展。（2） 仿生学和类人机器人机构与能源方面的研究 日本本田公司的Honda P3步行机器人虽然代表着当今世界类机器人的最高水平，但仍存在供能时间短、行走缓慢和语音功能不完善等方面的问题。需研制适用于移动机器人携带的蓄电容量大且体积小、重量轻的蓄电池，以解决可携带能源问题；类人机器人的语音功能远未达到未来同人类共存与合作所应具备的语音功能，需要在语音信号特征提取和模式匹配、抗噪声以及语音识别器的词汇量扩充等方面，进行探讨；类人机器人的行走速度同人类的行走乃至奔跑速度还有较大差距。需要研制体积小、重量轻驱动力大的驱动系统和完善行走机构来近似人类的肌肉和骨骼；同时，研究自然界各种生物的觅食、定位及路径跟踪等生态策略，将人类所不及的生物特长赋予机器人，研制如机器蛇、机器狗和机器鱼等各种仿生机器人。（3） 多传感器信息的集成融合 多传感器信息融合的算法很多，但多数算法都是基于线性正态分布的平稳随机过程前提下，解决非线性和非平稳非正态分布的现实信息还有待深入地研究。（4） 网络机器人 随着计算机网络的扩展延伸，网络技术的发展完善，通过计算机网络遥控机器人，为人机交互技术、监控技术、远程操作技术和图像与控制命令的网络传输及并发，多进程数据通讯等通讯技术提出了更高的挑战。（5） 多机器人系统 目前多机器人系统的研究尚处于理论研究阶段，对于多机器人系统体系结构与协作机制、信息交互以及冲突消除等方面将是多机器人系统的进一步研究方向。（6） 特种机器人 移动机器人在各个领域中的应用刺激了特种机器人的研究与开发。战场上，为保护士兵的生命，刺激了无人战车，扫雷机器人和侦察机器人等军用机器人的不断研究；人民生活水平的提高促进了娱乐机器人 外科手术机器人和助残机器人等民用服务机器人的开发。三. 本课题主要研究内容图3.1图3.21底盘驱动系统的电机功率扭矩等参数计算校核、选型。2完成双节履带底盘的机械结构设计，内容包括机器人底盘的主要结构形式和外形尺寸的确定，采用虚拟设计和装配技术及软件完成设计。3稳定性分析，内容包括机器人的静态稳定性及在越障时的动态稳定性分析。4相关零件的参数设计。四本课题主要研究解决的难点问题和拟定采用的办法1双节履带的结构设计，前摆臂的设计。参考成功案例，分析参数设计，结合实际情况设计前摆臂结构2越障能力的实现。由于前面加了摆臂，驱动控制起来就有点复杂，不但要给主体部分施加驱动，而且关节处还要施加相应的驱动，所以控制起来就比较复杂。对于前面摆臂何时抬 起，抬到什么角度，需要施加多大的力，要进行精确的计算。使控制更加合理准确。较强的越障、避障能力，可以通过城市内一般障碍，可以攀爬标准楼梯以及城市内所有坡道；适应性能较强，可以在恶劣的环境中作业。使前摆臂能够360。旋转以增加越障能力。图4.13对履带行走装置转向功能实现的设计。主要分析考虑高速侧履带接地段与地面发生的滑转和低速侧履带接地段与地面发生的滑移对转向性能的影响。移动灵活敏捷，可以在城市路面以及部分野外路面以较高的速度行走，转向灵活。左右两个履带采用双电机驱动，可调节电机转速转向使左右两个履带轮得到不同的速度和转动方向，以实现灵活的移动和转向功能。4机器人转向时，为了实现转大弯，往往要采用较大的牵引力，在转弯时会产生侧滑现象，所以在转向时对地面有较大的剪切破坏作用。采取后轮驱动可以减轻侧滑的破坏，同时采用橡胶履带增加缓冲。五计划进度表第一周（3月23-3月28）第二周（3月29-4月4）第三周（4月5-4月11）第四周（4月12-4月18）第五周（4月19-4月25）第六周（4月26-5月2）第七周（5月3-5月9）第八周（5月10-5月16）第九周（5月17-5月23）第十周（5月24-5月30）第十一周（5月31-6月6）第十二周（6月7-6月13）第十三周（6月14-6月20）第十四周（6月21-6月24）根据设计任务书，通过录像和参观，熟悉设计对象的生产工艺和要求，检索相关文献，编写开题报告讨论制定初步结构设计方案方案修改、确定三维设计三维设计中期报告、三维设计三维设计修改绘制二维装配图和零件图绘制二维装配图和零件图编写设计说明书，上交设计资料修改设计（论文）定稿答辩六.参考文献1 王伟东.面向复杂地面环境的作业型履带式移动机器人研究. 哈尔滨工业大学工学博士学位论文. 2009 .4. 2 陈淑艳，陈文家.履带式移动机器人研究综述.机电工程. 2007.12第24卷（12）109-112.3 开创新的辉煌机器人技术与应用杂志社副社长在论坛上讲话.2006.4 李磊, 叶涛, 谭民, 陈细军.移动机器人技术研究现状与未来. 机器人 ROBOT. 2002.9. 第24卷(5),475-480.5 王焱,. 军用机器人,未来的战士,2006.6 邓晓. 英国工厂的机器人技术革新,1998.7 孟庆春，陈良志. 西欧机器人技术的发展现状及趋势,2003.8 长路. 机器人技术在发展