简易机器人制作第一节

1、n提起机器人，大家并不陌生。它不仅在提起机器人，大家并不陌生。它不仅在电影电视、书籍报刊中频频出现，而且电影电视、书籍报刊中频频出现，而且已经深入到人类生活的很多方面，在工已经深入到人类生活的很多方面，在工业、农业、服务业、军事、航天等领域业、农业、服务业、军事、航天等领域得到广泛应用。得到广泛应用。 n走近机器人，认识机器人，甚至亲手制走近机器人，认识机器人，甚至亲手制作机器人，已成为很多青少年的憧憬。作机器人，已成为很多青少年的憧憬。从本章开始，我们将走入机器人的世界，从本章开始，我们将走入机器人的世界，认识机器人的基本结构和原理。通过逐认识机器人的基本结构和原理。通过逐步深入地学习，我们

2、将设计、制作出自步深入地学习，我们将设计、制作出自己的机器人来。己的机器人来。什么是机器人？什么是机器人？ 目前世界上有关机器人的定义没有统一的答案。目前世界上有关机器人的定义没有统一的答案。 日本日本机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等七个特征的通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等七个特征的柔性机器。柔性机器。 法国法国机器人学是指设计能根据传感器信息实现机器人学是指设计能根据传感器信息实现预先规划好的作业系统，并以此系统的使用方法为研究预先规划好的作业系统，并以此系统的使用方法为研究对象。对象。 国际标准化

3、组织国际标准化组织工业机器人工业机器人是一种具有自动控是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。 中国中国机器人是一种机器人是一种自动化的机器自动化的机器，它具备一些，它具备一些与人或生物相似的智能，如感知能力、规划能力、动作与人或生物相似的智能，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种高度灵活的能力和协同能力，是一种高度灵活的自动化机器自动化机器。 机器人为我们制造商品机器人为我们制造商品 汽车汽车生产线生产线焊接机器人焊接机器人机器人为我们制造商品机器人为我们制造商品 供应大米包装供应大米包装生产线生产线搬运

4、机器人搬运机器人机器人为我们制造商品机器人为我们制造商品汽车生产线喷漆机器人汽车生产线喷漆机器人机器人为我们制造商品机器人为我们制造商品蒙牛生产线装配机器人蒙牛生产线装配机器人机器人为我们提供服务机器人为我们提供服务家用清洁机器人家用清洁机器人机器人为我们提供服务机器人为我们提供服务跳舞机器人跳舞机器人机器人为我们提供服务机器人为我们提供服务端茶倒水机器人端茶倒水机器人机器人为我们提供服务机器人为我们提供服务保安机器人保安机器人机器人为我们探索未知世界机器人为我们探索未知世界火星探测机器人火星探测机器人机器人为我们探索未知世界机器人为我们探索未知世界直径仅直径仅1毫米的微型手术辅助机器人毫米的

5、微型手术辅助机器人机器人为我们探索未知世界机器人为我们探索未知世界海底探测机器人海底探测机器人机器人的结构特征机器人的结构特征 机器人的结构特征机器人的结构特征n（1）机械结构：组成机器人的本体，如操作臂、末端执行器、行走机构等。n（2）驱动装置：驱动机器人关节运动的部件，如行进电机、伺服电机、汽缸、液压缸等。驱动装置和机械结构组成机器人的机械系统。n（3）传感器：感知机器人内部状态及外界信息的元器件或元器组件，如光电类传感器、温湿度传感器、压力传感器等。形象点说，传感器就象是机器人的眼睛、鼻子、耳朵等器官。n（4）控制器：负责接受传感器信息并指挥机器人运动的装置，是机器人的大脑。n（5）动力

6、装置：为机器人各部分正常工作提供能量的部件，如电源、气压液压源等。 表表1-1 简易机器人与实用机器人的对比简易机器人与实用机器人的对比项目简易机器人实用机器人应用场合玩具、教具、比赛各类产业领域机械结构简单的拼装件、模块，以塑料、木料、铝材、纸板等材料为主满足额定载荷对刚度、强度、精度的要求，采用高强度、高刚度的轻质材料控制器单片机，软件开发资源丰富、廉价专用控制卡或计算机，软件开发环境复杂、昂贵驱动装置小功率直流电机、舵机大功率电机、液压缸、气压缸等传感器简易、廉价高性能、高精度、高价格动力装置电池电源、液压装置、气压装置质量数百克到数千克数十千克、数百千克等体积小大简易机器人制作理念简易

7、机器人制作理念 简易机器人设计简易机器人设计 1、提出问题、提出问题简易机器人设计简易机器人设计 2、方案制定和论证、方案制定和论证简易机器人设计简易机器人设计 3、制作、制作简易机器人设计简易机器人设计 4、编程、编程简易机器人设计简易机器人设计 5、下载程序到机器人、下载程序到机器人简易机器人设计简易机器人设计 6、调试改进、调试改进简易机器人的结构与应用简易机器人的结构与应用n简易机器人结构相对简单，价格便宜。简易机器人结构相对简单，价格便宜。一般分为控制与机械两大部分。机械包一般分为控制与机械两大部分。机械包括机体结构、动力装置、传动机构和执括机体结构、动力装置、传动机构和执行机构等；

8、控制包括单片机（或嵌入式）行机构等；控制包括单片机（或嵌入式）系统及其软件、传感器及其电路、控制系统及其软件、传感器及其电路、控制驱动电路等。驱动电路等。简易机器人的基本结构框图简易机器人的基本结构框图简易机器人简易机器人控制部分控制部分机械部分机械部分单片机单片机传感器传感器外围控制电路外围控制电路电动机电动机传动机构传动机构执行机构执行机构机械传动机械传动n传动是机械中的重要组成部分，运动的传动是机械中的重要组成部分，运动的机械都离不开传动。同样，机械传动也机械都离不开传动。同样，机械传动也是简易机器人中的一项重要技术。是简易机器人中的一项重要技术。n常用的机械传动有齿轮传动、带传动、常用

9、的机械传动有齿轮传动、带传动、链传动、平面连杆传动、凸轮连杆传动、链传动、平面连杆传动、凸轮连杆传动、液压传动、气压传动等。液压传动、气压传动等。齿轮的基本属性齿轮的基本属性 n齿轮是根据齿数分类的，齿数是齿轮的齿轮是根据齿数分类的，齿数是齿轮的重要属性之一。齿数英文重要属性之一。齿数英文Tooth的缩写的缩写T就代表它的名字，例如就代表它的名字，例如8齿齿轮可以缩写齿齿轮可以缩写为为8t。齿轮使用齿轮使用n有四个基本特性：有四个基本特性：n 通过齿轴配合，可以将运动从一根轴传递到其它轴通过齿轴配合，可以将运动从一根轴传递到其它轴上（转动一根轴时，另外的轴也同时转动）；上（转动一根轴时，另外的

10、轴也同时转动）；n 齿轮间配合紧凑，摩擦力很小（转动不费力）；齿轮间配合紧凑，摩擦力很小（转动不费力）；n 齿轮相邻两根轴的转动方向相反（一个顺时针，一齿轮相邻两根轴的转动方向相反（一个顺时针，一个逆时针）；个逆时针）；n 不同齿数齿轮所在轴的旋转速度不同（直接啮合的不同齿数齿轮所在轴的旋转速度不同（直接啮合的两个齿轮，齿数少的转速快，齿数多的转速慢）。两个齿轮，齿数少的转速快，齿数多的转速慢）。 加速和减速传动加速和减速传动 n在齿轮传动系统中，通过不同齿数的齿在齿轮传动系统中，通过不同齿数的齿轮相互啮合可以实现传动加速和减速：轮相互啮合可以实现传动加速和减速：大齿轮带动小齿轮可起到加速作用

11、，小大齿轮带动小齿轮可起到加速作用，小齿轮带动大齿轮可起到减速作用。齿轮带动大齿轮可起到减速作用。齿轮传动特点n优点：n1、适用的圆周速度和功率范围较广。n2、传动效率高；n3、传动平稳；n4、结构紧凑寿命长工作可靠；n5、可实现任意两轴之间的传动。n缺点：n1、制造和安装精度要求较高，成本较高。n2、不适合较大距离的传动。n3、没有过载保护作用。齿轮传动的分类n根据齿轮两轴的相对位置分类n1、两轴平行的有：圆柱齿轮（直齿、斜齿、人字齿）n2、两轴相交的有：圆锥齿轮（直齿、曲齿）n3、两轴相错的有：螺旋齿轮n根据两齿轮的啮合方式分类n1、外啮合齿轮传动n2、内啮合齿轮传动n3、齿轮与齿条传动齿轮传动比的计算n传动比即两