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1、目录 第 1 章. 绪论.3 1.1 智能机器人技术发展的重要意义.3 1.2 国外机器人的发展史.3 1.2.1 国外机器人的发展历史.3 1.2.2国机器人的发展历史.4 1.3 服务机器人的特点关键技术.4 1.4 本论文的主要研究容.5 1.5 本章小结.5 第第 2 2 章章. .物体检测与报警机器人的总体设计物体检测与报警机器人的总体设计 .6 2.1 概述.6 2.2 主要组成.6 2.2.1 头部旋转机构.6 2.2.2 主体部.7 2.2.3 电机.7 2.3 主要技术参数.8 2.4. 电机的选型.8 2.4.1 驱动机构的组成.8 2.4.2 步进电机的选型比较.9 2.
2、4.3 步进电机的选型计算.10 2.5 蜗轮蜗杆传动的选型设计.12 2.6 电机的效核.15 2.7 轴的较核及联件的选型.16 2.7.1. 蜗杆轴的较核.16 2.7.2. 蜗杆轴上轴承的选型.20 2.7.3. 蜗轮轴的较核.22 2.7.4. 蜗轮轴上轴承的选型.26 2.7.5. 键的较核.28 2.7.6. 联轴器的选型.28 2.8 本章小结.28 第第 3 3 章章. . 驱动机构及其控制方式驱动机构及其控制方式 .29 3.1. 概述.29 3.2 步进电机及其控制系统.29 3.2.1 步进电机的工作特性.29 3.2.2 步进电机的开环控制系统.31 3.3 本章小结
3、.32 结束语结束语 .32 致致 .33 参考文献 .34 第第 1 1 章章. . 绪论绪论 本章提要. 本章从阐述智能机器人技术发展的意义出发,简要地回顾智能机器 人的发展历史和当前的技术水平。在此基础上,对于智能检测报警机器人这一产品 的关键技术,以及开发现状,也作了进一步介绍。 1.11.1 智能机器人技术发展的重要意义智能机器人技术发展的重要意义 智能机器人是具有感知,思维和行动能力的机器,是机构学、自动控制、计算机、 人工自能、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，它从一个侧面反映了一个国家科技发展的水平。更重要的是,作为新一代生 产和服务的工具,它
4、在国民生产和生活的各个领域都占有更广泛,更重要的位置,这 对于人类开辟新的产业,提高生产和生活水平具有十分现实的意义。因此智能机器 人技术作为科技技术的一个分支,受到了世界各国的普遍重视。 发展智能机器人技术将对一个国家产生巨大的影响，主要集中在以下几个方 面： 1. 发展工业智能机器人可以增强一个国家的生产制造能力 2. 发展特种智能机器人可增强国家的可持续发展能力 3. 发展智能机器人技术可以提高国防实力 1.21.2 国外机器人的发展史国外机器人的发展史 1.2.11.2.1 国外机器人的发展历史国外机器人的发展历史 美国是机器人的诞生地，早在 1962 年就研制出世界上第一台工业机器人
5、， 比起号称机器人王国的日本起步至少要早五六年。经过 30 多年的发展，美国现 已成为世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。纵观它的发展史，道路 是曲折的，不平坦的。 由于美国政府从 60 年代到 70 年代中的十几年期间，并没有把工业机器人列 入重点发展项目，只是在几所大学和少数公司开展了一些研究工作。对于企业来 说，在只看到眼前利益，政府又无财政支持的情况下，宁愿错过良机，固守在使 用刚性自动化装置上，也不愿冒着风险，去应用或制造机器人。加上，当时美国 失业率高达 665，政府担心发展机器人会造成更多人失业，因此不予投资， 也不组织研制机器人，这不能不说是美国政府的战略决策错误。70
6、 年代后期，美 国政府和企业界虽有所重视，但在技术路线上仍把重点放在研究机器人软件及军 事、宇宙、海洋、核工程等特殊领域的高级机器人的开发上，致使日本的工业机 器人后来居上，并在工业生产的应用上及机器人制造业上很快超过了美国，产品 在国际市场上形成了较强的竞争力。 进入 80 年代之后，美国才感到形势紧迫，政府和企业界才对机器人真正重 视起来，政策上也有所体现，一方面鼓励工业界发展和应用机器人，另一方面制 订计划、提高投资，增加机器人的研究经费，把机器人看成美国再次工业化的特 征，使美国的机器人迅速发展。 尽管美国在机器人发展史上走过一条重视理论研究，忽视应用开发研究的曲 折道路，但是美国的机
7、器人技术在国际上仍一直处于领先地位。其技术全面、先 进，适应性也很强。具体表现在： （1）性能可靠，功能全面，精确度高； （2）机器人语言研究发展较快，语言类型多、应用广，水平高居世界之首； （3）智能技术发展快，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业 中广泛应用； （4）高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等发展迅速，主要用于扫 雷、布雷、侦察、站岗及太空探测方面。 1.2.21.2.2国机器人的发展历史国机器人的发展历史 我国已在“七五”计划中把机器人列入国家重点科研规划容，拨巨款在建立 了全国第一个机器人研究示工程，全面展开了机器人基础理论与基础元器件研究。 十几年来，相继研制出
8、示教再现型的搬运、点焊、弧焊、喷漆、装配等门类齐全 的工业机器人及水下作业、军用和特种机器人。目前，示教再现型机器人技术已 基本成熟，并在工厂中推广应用。我国自行生产的机器人喷漆流水线在第一汽车 厂及东风汽车厂投入运行。1986 年 3 月开始的国家 863 高科技发展规划已列入研 究、开发智能机器人的容。就目前来看，我们应从生产和应用的角度出发，结合 我国国情，加快生产结构简单、成本低廉的实用型机器人和某些特种机器人。 1.31.3 服务机器人的特点关键技术服务机器人的特点关键技术 前面主要介绍了本课题的技术平台智能机器人的发展状况,在这一节中主要从 产品的角度出发,介绍智能检测报警机器人所
9、属的服务机器人这一大畴的特点和关 键技术。它对于该产品的设计与开发具有指导性的意义。 智能检测机器人从其产品的功能上划分,是属于近年来刚刚兴起的服务机器人 的畴。关于服务机器人的定义目前还并不统一;简单地说,它是指一种能够自主或 半自主运行,且为人类健康,安全和设备运行提供服务的智能机器。因此,服务机器 人存在自身的一些特点,主要集中在以下三方面: (1)任务要求.服务机器人的主要职能是自主或半自主地为人类提供服务 或安全保障。它涉及到探测,报警等多种功能,显然其任务具有多样性和灵活性的 特点。因此,为了实现特定的任务,服务机器人的开发必须更重视载体尺寸、重量、 能量供给、导航、避障等多方面的
10、功能,同时配备相应的完成任务的工具。 (2)工作环境.机器人的工作环境一般分为两类:结构化环境和非结构化环 境.工业机器人通常面对的是结构化环境,而服务机器人通常在非结构化的环境中 工作。不过在环境中,机器人与人或环境设施可能经常发生互动即所谓的突发事件。 因此,机器人必须具有灵活能力;换而言之,环境是随时变的。因此,服务机器人的工 作环境更为复杂,受外界的影响,干扰更多。 (3)机械结构.机械结构通常指机器人的本体结构。任务和工作环境决定 了机器人的结构形式。按照其本体结构的运动能力,可将服务机器人分为静止式和 移动式两类。最常见的服务机器人是移动式的,其中以轮式结构最为广泛。 虽然针对不同的应用场合和服务对象,服务机器人在形式,功能等方面存在着 较大的差别,但在设计和开发服务机器人的过程中,也存在一些共性的地方服务机 器人的关键技术可归纳为以下几个方面: 环境的表示 环境感知和信号处理 控制系统及其结构 复杂任务和服务的实时规划 适应于作业环境的机械本体结构 研制低功耗,长时间工作的功能部件 这些关键技术的发展直接影响到服务机器人作为一个行业
