4363小型轮式移动机器人结构设计与运动控制研究【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 学院 （ 系）： 机械工程系 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 周荣江 学 号： 060104231 外文出处： 4(2007)217 附 件 ： 指导教师评语： 该生对专业词汇比较熟悉，翻译的外文资料语句比较通顺流畅，表达比较准确，图文并茂，达到外文翻译良好的要求 签名： 祖莉 2010 年 3 月 25 日 注： 请将该封面与附件装订成册。 附件 1：外文资料翻译译文 自主移动机器人 智能机械设计 的 概念 摘要： 智能机械设计的概念提出说明了 如何设计 一个 机械结构 来 影响机器人的可控性， 简单性 和任务 性能 。 在 探索这一概念 时在 机械机器人 领域创立了 设计 七 原则 这一里程碑 。 这个 我们称之为 机器人智能性的原则 提供 了 关于如何设计自主移动机器人 的方向 。在调查自主移动机器人自我控制，可靠，可行的，正确的和兼容的力学方面问题 时， 这些原则指导我们 正确的途径 。为了展示 机器人智能性的原则 可以应用在设计过程中，我们提出了一种方法，命名为机器人智能性方法。所提 出的 机械设计方法是基于机器人 的环境和 与机电一体化的 物理 参数 之间的 互动 所 描述的 机器人 规格 来 分类。在确定新的条件，我们研究了设计自主移动下 水道检查机器人的可行性。 在这个工业项目中，我们展示 了 如何使用 计一个被动主动智能移动机制 并 在 野外工作。 关键词： 机械设计，智能化，自主机器人，移动机器人 1、 引言 在 21世纪，预计与不同程度 自主移动 机器人将在人类生活的各个方面起到日益重要的作用。要做到这一点，机器人必须变得更加复杂 。 比 起 今天。这种机器人 的发展 给 研究人员提出了巨大挑战。 然而， 提高机器人的复杂性的缺点 需要 更复杂的硬件，软件和机械结 构， 可能导致低可靠性和增加尺寸，重量，成本，功耗和运动 的限 制 。 为了避免这些问题，对机器人的机电一体化的简化是至关 重要的。虽然每个人 研究 的机器人即将面临机械结构设计大大影响 其 性能和可控性的现实 ， 理论和实际调查 显示 机器人机械结构之间的关系以及由此产生的可控性和可靠性在很大程度上被 忽略 了。 这不仅是简单的外围监督，而且是在机器人领域的根本的差距。目前的挑战是找到一种统一的方式或方法来设计合适的自主移动机器人以提供高性能，功能，简单性和可靠性。设计这样的系统 ,没有具体的或直接的方法，每个设计师将设计不同的东西，在这么多当中，创造性是不统一的 。 本文提出的 “ 智能机械设计（ ” 概念， 关注于自主移动机器人的机械设计 的 方法 。 使用我们所说 的 涉及机械设计七原 则的 大化设计师的创意， 并 引出 更简单，更适合，对复杂问 题的 机械卓越的解决方案。在这个方法中考虑了机器人的任务，行为，形态设计方法和在设计过程中的环境和物理形态制 约因 素的分析来设计最佳力学。 本文分为四个主要议题。首先，在第 2部分 ， 我们讨论的是适用于我 们的 工作的 智能化 和由 的智能理解这本书介绍的如何提交的参考的概念。这种途径来理解的智能可以用来作为述指导，并以在第 3部分介绍的设计七原则 的形式来确定我们的机械设计理论的基本原理 。 第三，在第 4部分，我们介绍了机械设计 我们展示 用 在机器人的机械设计 。 最后，我们通过将此方法应用到一个自主移动下水道检查机器人的机械设计上来探讨其可行性。 在这个工业项目中，我们展示了如何设计一个基于 被动主动智能移动机制与作为检验一个真正的污水管 网的 机器人平台 机械设计原则：中期计划 本节详细描述了 7个机器人智能性原则。 （ 1）三 个 组成原理 在这里介绍的方法设计机器人在 “ 机器人环境 ” 和 “ 机器人所需的行为 ” 之间形成的妥协（见图 2）。设计自主移 动机器人的机械零件总是涉及三个要素：（一）对环境生态的定义 ;（二）所期望的行为和任务的定义 ;（三）机器人力学设计 制宪（三）已分成设计原则 2到 7。一机械设计问题可以启动如下：鉴于预期的生态环境和所需的行为，如何设计机器人的机械部分的？另外 ， 可以这样说： “ 我们已经有一个具有特定结构的机器人。我们也有一个特殊的 生态环境 。 还有 什么机制或机械零件是必须添加所需的行为或任务 的呢？ 图 2 自主移动机器人的机械设计及其相关因素的新进展 （ 2）完整的机械设计原则 这一原则规定， 完整的，也就是说，从分节 完成机械设计自我控制，可靠，可行，并兼容。 （ 3）机械平衡原则 这一原则有两个方面。首先，机械设计的复杂性必须配合机器人的预期行 为的复杂性。 第二， 机器人的机械设计不应该 “ 在真空 ” ，而是必须考虑到的感觉系统和硬件结构。 （ 4）环保原则 这一原则规定两件事，该系统物理环境的相互作用及环境生态的制约应 被利用起来 利用 。 环境的原则是重要的，它直接影响 着 简便性和机械可靠性。在许多情况下（特别是 “ 竞争 ” 和 “ 订购 ” 案）的机器人的机制 ， 必须为了满足所有环境生态的制约，无论游戏规则或用户的要求，尤其是当考虑 到 机器人实用性。此外， 透过 我们在 不同的项目的 上 经验 ， 我们认识到，任何设计参数的限制（如用户要求的成本和运行寿命）可以对设计师的观点和创造力起到非常重要的作用 。 因此，我们已经将所有可能的设计参数纳入了 “ 环境生态的概念 ” 和 “ 环境生态的制约 ” ，详 细的 在前面小节 在这种方法中所有影响设计参数的机械设计，制造了生态环境和相对的限制。 （ 5）感官器原则 这一原则说明类型与传感器、致动器在系统中的地位直接影响机器人的功能，性能，简单 性 和可靠性。通过设计或选择合适的和足够的传感器和执行器，正确固定在系统中的位置，机 器人的性能和功能得到了增强。系统的执行器和传感器使用数是一个对系统的可靠性直接影响的重要的机械设计参数。 （ 6）共享感官器系统原理 该原则要求不遗余力使用执行器和传感器。 （ 7）机电一体化模块原则 这一原则规定 ， 机器人应该有一个模块化结构在电子和机械 里 。 这一原则既可以在第二项原则中提到的机械可靠性的发挥重要作用又能易于维 护。该模块化过程包括三个步骤。首先，描述系统建筑 在此步骤中，设计人员需要出示作为一机器人系统流程图的体系结构。可视化可以帮助设计者充分想象 这个机器人需要包括什么和作为一个系统如何工作 。 第二，确定可能的模块 /秒，这可能的模块应通过找出共同的硬件结构和机械连接来定义。合并单一的模块，这里的基本思想是合并模块以减少电线和其他部件，提高可靠性和性能的数目来扩展 “ 模块化 ” 概念 。 4、 机械设计过程： 了展示 以用来设计一种自主移动机器人 ,我们 提出了一种新方法 图 5）。建议的方法机械设计是基于机器人的规格偏好分类。此规范是通过描述机器人环境和机电一体化的物理参数互动创建的（原则 1）。在这方面，机器人规格为高，低 可表示为任务（预期的行为）和机器人的物理参数的。那个高级别规 格有二层，主，副，是来自机器人的任务及其与 被使用的 环境相互作用 。 低级别的规格可能包括一集层解释机器人身体的设置，它的身体，感觉和运动系统。这一分析进程的主要目标是产生一个单一规格层（最后一层低级别的规格）定义的基本功能，或给一个任务或行为选择传感器 。 机械设计从这些关键的单一规格开始然后单规格设计通过增加最低执行器和传感器的设计扩展（原则 6）。在每个步骤中，我们试图通过考虑机器人形态和执行器设计、运用环境和物理形态的限制说明，并通过采用具有智能特性的内在被动机制找到合适的解决方案（原则 3和 4）。机械设计定稿审 议考虑了运动系统（原则 5）和机器人的机电一体化模块合适和足够的定位（原则 7）。 图 4 自主移动机器人的机械设计的 概览，机器人的任务是可变的“ x” 5、 一个独立的污水管检查移动机器人设计过程 要调查提出的方法的可行性和显示 么在真正机械问题可以被申请，我们使用日本国家政府资助的一个机械设计项目发展一个自治下水道检查机器人。我们描述一个被动活跃聪明的移动的机制怎么可以被设计使用 被使用作为检查的一个真正的下水道网络一个机器人平台。在 第一步，如图 4 所显示，将描述任务、期望行为、 环境适当位置和环境适当位置限制。 图 5 自主移动机器人机械设计原则概览， 计过程：应用的中期计划 本小节我们提供了一个机器人的设计及其结构概述。这也说明中期计划是在设计应用。有许多项目在这一领域的发展多关节（蛇形）的机器人，可以遍历曲线和路口。这些机器人大部分含有复杂的机制和许多传感器来检测并通过弯道。这两个机制和数据处理的复杂性使稳妥的商业产品生产带来了困难。我们的方法的第一步是设计一个推进机制，我们实施原则 4（系统环境互动）。我们期待着在水的运动模型中寻找灵感管道。图 9显示 了两个管道内流水模型。右边模型直观的显示了它 能够更好地体现水的运动。通过测量两种模式，我们认识到，应该使机器人车轮旋转 90度，以更加自然的匹配水在管道内流动这一现有的商业机制。采取这种方法，我们认为该机器人不仅能在直管中实施，而且也可以穿越各种管道弯曲而没有任何控制或传感器读数。图 10显示了平稳移动使用“纳西尔机制”遍历曲线的扩展， 用原则 4和 6）。这种机制可根据机器人的大小，使用它的悬挂系统扩展 5至 10厘米的一小步。尺度较大的步骤，可以通过安装一个被动的沙井内的电梯。该机器人由它的重 量激活电梯（适用的原则 3， 4，和 6）。 图 9
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