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1、XXX大学本科毕业设计说明书摘要本文首先对机器人的国内为发展现状做了介绍，同时根据设计要求对机器人的整体方案进行了分析，包括几何尺寸、驱动芯片的选择和程序的编制。然后从机器人性能要求的角度出发，分别对机器人的运动方式、模型结构和车体成型方式做了比较，最终确定了非完整约束轮驱四轮式移动结构模型后轮同轴驱动，前轮转向的消防机器人。文章对消防机器人硬件结构做了详细的可行性分析及设计，并且做了相应的计算、校核，主要包括：驱动轮电机和转向轮电机的选择及其驱动电路的设计；齿轮的设计计算和校核；前后减震系统以及转向机构设计和车体的一些机械结构设计等。 关键词 : 消防机器人、车体、转向机构AbstractI
2、n this paper the development status of domestic robot is introduced, at the same time according to the requirements of the design scheme of robot is analyzed, including the selection and compilation of program size, driving chip. The. Then from the requirements of robot performance point of view, th
3、e movement of robot respectively, the model structure and the forming method, final drive nonholonomic wheel driving four wheeled mobile structure model - rear coaxial, fire-fighting robot for front wheel steering.This paper makes feasibility analysis and design of fire fighting robot hardware archi
4、tecture in detail, and the corresponding calculation, checking, mainly includes: wheel driving motor and steering wheel motor selection and design of driving circuit; design and check the gear; before and after the shock absorber system and steering mechanism design and the mechanical structure desi
5、gn etc.Keywords :fire fighting robot, vehicle, steering mechanism不要删除行尾的分节符，此行不会被打印 - III -目录摘要IAbstractII目录III第1章 绪论11.1 国内外机器人的发展现状11.2 机器人的关键技术21.3 方案分析及设计要求41.4 本课题主要研究内容4第2章 消防机器人结构设计及方案论证52.1 机器人运动方式的选择52.2 消防机器人驱动方案的选择5第3章 机械手夹持结构设计分析83.1 夹持结构形式的选择83.2 驱动形式的选择83.3 结构方案的确认93.4 夹紧力的计算及舵机的选择9第4章
6、 机器人本体的设计分析114.1 消防机器人驱动轮组成114.1.1驱动电机选择114.1.2减速机构的设计与校核154.1.3变速箱体及后减震224.1.4驱动车轮及轮毂224.2消防机器人转向轮组成244.2.1驱动电机选择254.2.2传动机构及前减震机构274.2.3前车体及电池箱284.2.4转向轮胎和轮毂284.3机器人受力分析及如何保证加速度最优284.4系统可靠性设计29结论31致谢32参考文献33- IV -第1章 绪论千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- 1 -
7、1.1 国内外机器人的发展现状机器人是机器人学中的一个重要分支。早在60年代，就己经开始有关于机器人的研究。关于机器人的研究涉及许多方面，首先，要考虑移动方式，可以是轮式的、履带式、腿式的，对于水下机器人，则是推进器。其次，必须考虑驱动器的控制，以使机器人达到期望的行为。第三，必须考虑导航或路径规划，对于后者，有更多的方面要考虑，如传感融合，特征提取，避碰及环境映射。因此，机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。由于对机器人的研究，提出了许多新的或挑战性的理论与工程技术课题，引起越来越多的专家学者和工程技术人员的兴趣，更由于它在军事侦察、扫雷排险、核、
8、化污染等危险与恶劣坏境以及民用中的物料搬运上具有广阔的应用前景，使得对它的研究在世界各国受到普遍关注。国外在机器人方面的研究起步较早，不管是在应用还是在研究方面，日本和美国都处于遥遥领先的地位。美国国家科学委员会曾预言:20世纪的核心武器是坦克。21世纪的核心武器是无人作战系统，其中2000年以后遥控地面无人作战系统将连续装备部队，并走向战场”。为此，从80年代开始，美国国防高级研究计划局(DARPA)专门立项，制定了地面无人作战平台的战略计划。从此，在全世界掀开了全面研究室外机器人的序幕。初期的研究，主要从学术角度研究室外机器人的体系结构和信息处理，并建立实验系统进行验证。虽然由于80年代对
9、机器人的智能行为期望过高，导致室外机器人的研究未达到预期的效果，但是却带动了相关技术的发展，为探讨人类研制智能机器人的途径积累了经验，同时也推动了其它国家对机器人的研究与开发。进入90年代，随着技术的进步，机器人开始在更现实的基础上，开拓各个应用领域，向实用化进军。如由美国NASA资助研制的“丹蒂II”八足行走机器人，是一个能提供对高移动性机器人运动的了解和远程机器人探险的行走机器人，1994年在斯拍火山的火山口中进行了成功的演示。美国NASA研制的火星探测机器人索杰那于1997年登上火星。为了在火星上进行长距离探险，又开始了新一代样机的研制，命名为Rocky，并在Lavic湖的岩溶流上和干枯
10、的湖床上进行了成功的实验。此外，在民用方面，可机器人在国外己被广泛用于扫除、割草、室内传送、导盲、导游、导购、室内外清洗和保安巡逻等各个方面。另外，国外还在高完整性机器人，遥控机器人，环境与机器人系统，生态机器人学，多机器人系统等方面作了大量的研究。国内在机器人方面的研究起步较晚，大多数研究尚处于某个单项研究阶段，主要的研究工作有: 清华大学智能机器人于1994年通过鉴定。涉及到五个方面的关键技术:基于地图的全局路径规划技术研究(准结构道路网环境下的全局路径规划、具有障碍物越野环境下的全局路径规划、自然地形环境下的全局路径规划);基于传感器信息的局部路径规划技术研究(基于多种传感器信息的“感知
11、一动作”行为、基于环境势场法的“感知一动作”行为、基于模糊控制的局部路径规划与导航控制);路径规划的仿真技术研究(基于地图的全局路径规划系统的仿真模拟、室外机器人规划系统的仿真模拟、室内机器人局部路径规划系统的仿真模拟);传感技术、信息融合技术研究(差分全球卫星定位系统、磁罗盘和光码盘定位系统、超声测距系统、视觉处理技术、信息融合技术);智能机器人的设计和实现(智能机器人THMR-IH的体系结构、高效快速的数据传输技术、自动驾驶系统)。此外，还有香港城市大学智能设计、自动化及制造研究中心的自动导航车和服务机器人、中国科学院沈阳自动化研究所的自动导引车AGV和防爆机器人、中国科学院自动化所自行设
12、计、制造的全方位移动式机器人视觉导航系统、哈尔滨工业大学研制成功的导游机器人等。总之，近年来移动式机器人的研究在国内也得到很大的重视，并且在某些方面的研究取得丰硕的成果。1.2 机器人的关键技术机器人要想走向实用，必需拥有能胜任的运动系统、可靠的导航系统、精确的感知能力，并具有既安全而又友好地与人一起工作的能力。机器人的智能指标为自主性、适应性和交互性。适应性是指机器人具有适应复杂工作环境的能力(主要通过学习)，不但能识别和测量周围的物体，还有理解周围环境和所要执行任务的能力，并做出正确的判断及操作和移动等能力;自主性是指机器人能根据工作任务和周围环境情况，自己确定工作步骤和工作方式;交互是智
13、能产生的基础，交互包括机器人与环境、机器人与人及机器人之间三种，主要涉及信息的获取、处理和理解。因此，在机器人研究中，关键在于以下几个方面：1.机器人结构.机器人机械结构形式的选型和设计，是根据实际需要进行的。在机器人机构方面，结合机器人在各个领域及各种场合的应用，研究人员开展了丰富而富有创造性的工作。当前，对足式步行机器人、履带式和特种机器人研究较多。但大多数仍处于实验阶段，而轮式机器人由于其控制简单、运动稳定和能源利用率高等特点，正在向实用化迅速发展从阿波罗登月计划中的月球车到美国最近推出的硕士论文轮式机器人控制问题的研究NASA行星漫游计划中的六轮采样车，从西方各国正在加紧研制的战场巡逻
14、机器人、侦察车到新近研制的管道清洗检测机器人，都有力地显示出机器人正在以其具有使用价值和广阔的应用前景而成为智能机器人发展的方向之一。2.体系结构.机器人的智能系统具有以下特点:信息密集，多层次的信息与知识表示方式，与环境交互丰富多样，信息与知识分布存储等。所以，它是一个高智能、多系统的复杂系统工程，不是单元技术的简单连接，系统的总功能是各种分系统在多层次的协调和分工中集成，因此，机器人的总体集成技术是一个核心问题，其主要内容是机器人的体系结构研究。体系结构的研究，主要针对有意识行为和反射行为而展开的，如何将两者相统一，是目前的一个研究热点。早期的机器人研究都是在室内进行的，其体系结构，一般只
15、能在“积木世界”中运行。德国为在自动化工厂中运行的自动导引车AGV设计了一种分层体系结构。德国还开发了一种具有很高水平的机器人系统KAMRO，其体系结构基本上采用NASREM模型的思想。美国MIT的人工智能实验室提出了包容体系结构思想，并建立了一系列新型的机器人。包容体系结构采用所一谓“感知一动作”结构，也称基于行为的结构。实验表明，包容体系结构在处理动态环境中不确定性和模仿动物的低级反射行为方面具有很多优点。目前，这种基于行为控制的体系结构还处于理论探讨阶段，很多工作有待深入。3.机器人路径规划技术.机器人的路径规划就是给定机器人及其工作环境信息，按照某种优化指标，寻求有界输入使系统在规定的
16、时间内从起始点转移到目标点。机器人路径规划的研究始于20世纪70年代，目前对这一问题的研究仍十分活跃，许多学者做了大量的工作。其主要研究内容按机器人工作环境不同可分为静态结构化环境、动态己知环境和动态不确定环境，按机器人获取环境信息的方式不同可分为基于模型的路径规划和基于传感器的路径规划。运动规划是机器人的一个重要问题，对于自由运动的机器人，即机器人的运动不受约束，运动规划问题可以通过在自由位形空间内计算一条路径加以解决，这样的一条路径与工作空间内的一条可行的自由路径相对应。但是机器人运动受到非完整性约束，并不是任意路径都一定是可行的。在复杂动态的环境中，还要考虑运动中的避障问题，因此，机器人的运动规划是一
