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1、-目录第1章. 绪论31.1 智能机器人技术开展的重要意义31.2 国内外机器人的开展史31.2.1 国外机器人的开展历史3国内机器人的开展历史41.3 效劳机器人的特点关键技术41.4 本论文的主要研究内容51.5 本章小结5第2章.物体检测与报警机器人的总体设计62.1 概述62.2 主要组成62.2.1 头部旋转机构62.2.2 主体部72.2.3 电机72.3 主要技术参数82.4. 电机的选型82.4.1 驱动机构的组成.82.4.2 步进电机的选型比拟92.4.3 步进电机的选型计算102.5 蜗轮蜗杆传动的选型设计122.6电机的效核152.7 轴的较核及联件的选型162.7.1
2、. 蜗杆轴的较核.162.7.2. 蜗杆轴上轴承的选型202.7.3. 蜗轮轴的较核.222.7.4. 蜗轮轴上轴承的选型262.7.5. 键的较核282.7.6. 联轴器的选型282.8 本章小结28第3章. 驱动机构及其控制方式293.1. 概述293.2 步进电机及其控制系统293.2.1 步进电机的工作特性.293.2.2 步进电机的开环控制系统313.3 本章小结32完毕语32致33参考文献34第1章. 绪论本章提要. 本章从阐述智能机器人技术开展的意义出发,简要地回忆智能机器人的开展历史和当前的技术水平。在此根底上,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
3、步介绍。1.1 智能机器人技术开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开展的水平。更重要的是,作为新一代生产和效劳的工具,它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。开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. 开展工业智能机器人可以增强一个国家的生产制造能力2. 开展特种智
4、能机器人可增强国家的可持续开展能力3. 开展智能机器人技术可以提高国防实力1.2 国内外机器人的开展史1.2.1 国外机器人的开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，比起号称机器人王国的日本起步至少要早五六年。经过30多年的开展，美国现已成为世界上的机器人强国之一，根底雄厚，技术先进。纵观它的开展史，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开展工程，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
5、风险，去应用或制造机器人。加上，当时美国失业率高达665，政府担忧开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，政策上也有所表达，一方面鼓励工业界开展和应用机器人，另一方面制订方案、提高投资，增加机器人的研究经费，把
6、机器人看成美国再次工业化的特征，使美国的机器人迅速开展。尽管美国在机器人开展史上走过一条重视理论研究，无视应用开发研究的曲折道路，但是美国的机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，准确度高； 2机器人语言研究开展较快，语言类型多、应用广，水平高居世界之首； 3智能技术开展快，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、太空机器人等开展迅速，主要用于扫雷、布雷、侦察、站岗及太空探测方面。1.2.2国内机器人的开展历史我国已在“七五方案中把机器人列入国家重点科研规划内容，拨巨款在*建立了全
7、国第一个机器人研究示范工程，全面展开了机器人根底理论与根底元器件研究。十几年来，相继研制出示教再现型的搬运、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根本成熟，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月开场的国家863高科技开展规划已列入研究、开发智能机器人的内容。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，加快生产构造简单、本钱低廉的实用型机器人和*些特种机器人。1.3 效劳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开展状况,在这一节中主要从产
8、品的角度出发,介绍智能检测报警机器人所属的效劳机器人这一大范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效劳机器人的范畴。关于效劳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,且为人类安康,平安和设备运行提供效劳的智能机器。因此,效劳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.效劳机器人的主要职能是自主或半自主地为人类提供效劳或平安保障。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,效劳机器人的开发必须更重视载体尺寸、重量、能量
9、供应、导航、避障等多方面的功能,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:构造化环境和非构造化环境.工业机器人通常面对的是构造化环境,而效劳机器人通常在非构造化的环境中工作。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,效劳机器人的工作环境更为复杂,受外界的影响,干扰更多。(3) 机械构造.机械构造通常指机器人的本体构造。任务和工作环境决定了机器人的构造形式。按照其本体构造的运动能力,可将效劳机器人分为静止式和移动式两类。最常见的效劳机器人是移动式的,其中以轮式构造最为广泛。
10、 虽然针对不同的应用场合和效劳对象,效劳机器人在形式,功能等方面存在着较大的差异,但在设计和开发效劳机器人的过程中,也存在一些共性的地方效劳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构造复杂任务和效劳的实时规划适应于作业环境的机械本体构造研制低功耗,长时间工作的功能部件 这些关键技术的开展直接影响到效劳机器人作为一个行业的应用前景。虽然以前效劳机器人一度被认为是一个几乎不可获利的行业,但随着近年来,家用效劳机器人和娱乐机器人市场开拓所获得的巨大成功,人们的观念正在发生变化。美国,日本和欧洲的一些大公司也纷纷进入了效劳机器人的市场。1.4 本论文的主要研究内
11、容本论文主要以智能检测报警机器人这一产品的设计与开发为中心,详细表达了该产品的各个环节的设计思想,设计理念和设计过程。通过将现代智能机器人领域的一些成熟技术应用于实际的产品开发中,到达获得直接的,感性认识的目的;同时也以具体应用为根底,对这一领域中的一些焦点的前沿问题作了进一步的研究。整个论文主要阐述了以下两个方面的问题：(1) 智能检测报警机器人系统的总体构造规划和设计(2) 以步进电机为主要驱动部件的机器人驱动机构的设计1.5 本章小结本章以智能检测报警这一产品的开发为平台,阐述了开展智能机器人技术的重要意义,并着重介绍了与该产品相关的机器人技术开展。由于智能检测报警机器人从产品的角度出发
12、,是属于效劳机器人的范畴,本章也同时针对效劳机器人在开发和设计过程中存在的一些共性问题,作了进一步的阐述。在此根底上,对整个课题的研究内容和设计任务,作了具体的规划。第2章.物体检测与报警机器人的总体设计本章提要 本章主要介绍了智能检测报警机器人的产品要求,功能分析和性能特点。在此根底上提出了该产品的总体原理和具体功能模块的实现思路,从而对其形成一个完整的设计方案。2.1 概述随着社会的进步和开展,人们的学习和工作越来越繁重,于是怎样更大程度地将人们从烦琐的日常事务中解脱出来,就成为了新一代效劳机器人所追求的目标,而智能化正是这一目标的集中表达。本文介绍的智能检测报警机器人初步实现了无人情况下
13、的自主工作方式,它构造独特,灵活,且自备电源,由机载单片机进展实时的控制,由一个步进电机实现头部系统的驱动，在头部转动的过程中,它通过头部携带的超声波检测装置,检测周围的事物,当发现有移动物体时便报警,到达其看守防盗的目的。该机的优势在于其局部的自主化和智能化,它可以无需人的操控而自主的进展检测,并且在遇到移动物体时能够实时的报警。2.2 主要组成2.2.1 头部旋转机构 如图2-1所示,该机构为蜗轮蜗杆传动,将蜗杆轴由联轴器直接连接到电机上,由步进电机驱动。蜗轮通过轴与机器人头部相连接,从而使得蜗轮的转动带动机器人头部的旋转。 图2-1 机器人头部旋转机构2.2.2 主体部 机器人的底部呈圆
14、盘状采用地脚螺栓将其固定在地上,分躯干,上端盖(与颈部一体)两块直接浇铸出来然后通过螺钉连接,头部同样也分为两个半球直接浇铸出来然后通过螺栓连接在一起。图2-2 机器人主体图2.2.3 电机选用步进电机,由步进电机直接带动蜗杆转动。因为通过控制步进电机的脉冲输入就可直接控制步进电机的转动速度,因此选用步进电机较适宜,脉冲的输入便由单片机控制。2.3 主要技术参数1.设机器人头部每秒钟转动6度,因为蜗轮通过轴直接与机器人头部相连,所以蜗轮的转速,要求蜗轮蜗杆的使用寿命为25000，机器人头部的质量, (包含摩擦阻力)2.机器人的外型尺寸为:头部直径;颈部高,粗;躯干40cm40cm60cm;底盘
15、大直径100cm,小直径60cm,高40cm2.4. 电机的选型驱动机构是智能检测报警机器人的主要执行部件之一,它是实现机器人头部转动的物质根底。因此,驱动机构的性能直接影响到系统的工作特性和功能的实现,具有重要的意义。2.4.1 驱动机构的组成. 智能检测报警机器人的驱动机构由以下三局部组成:(一) 核心驱动部件-步进电机; (二) 蜗轮蜗杆传动系统; (三) 机器人头部图2-4 驱动机构的组成其总体工作过程如下:由单片机产生一定频率的驱动脉冲信号,通过步进电机驱动器驱动步进电机;步进电机的转动通过蜗轮蜗杆传动(减速)带动头部转动;从而改变超声波的发射方向,起到检测周围运动物体的检测报警功能。假设由单片机产生的驱动脉冲信号的频率为;步进电机驱动器的分频数为;步进电机的步距角为;蜗轮蜗杆的齿数为和;机器人头部的直径为;则整个传动过程可以定量计算如下: (2-1) (2-2) (2-3)
