小型轮式机器人设计

南京理工大学电力系统自动装置论文

学院

(系):自动化学院

题目: 小型轮式移动机器人控制系统设计

李胜

指导老师：

摘要

由于传统单任务顺序执行机制不能满足智能轮式移动机器人对控制系统实时性的要求，而且对于复杂系统来说可靠性不高。所以本项目重点设计一套适用于小型轮式移动机器人的控制系统，要求其实时性好，可靠性高，具有灵活的可扩展性和可重构性，以提高它各项功能的响应速度（包括制动、加速、减速、爬坡等）。

本文设计的控制电路实现的传感器功能包括红外传感器、光敏传感器、碰撞传感器等。控制电路实现对两个直流电机的驱动控制。机器人采用这样的控制电路可以完成诸如自主避障、自主循迹等实验。使得轮式移动机器人的实时性好，可靠性高，且因为外部接口具有同用性，故具有灵活的可扩展性和可重构性。

最后对电路进行了调试，证明其满足要求

关键词轮式机器人控制系统调试

1 绪言------------------------------------------------------------------03

1.1 机器人简单知识的介绍-----------------------------------------------03 1.2课题背景-------------------------------------------------------------------------------------------------03

1.3课题来源及目的---------------------------------------------------------------------------------------04

1.4 论文主要内容------------------------------------------------------04

2 小型轮式移动机器人控制电路的总体设计----------------------------------04 2． 1 需求分析-----------------------------------------------------------------------------------------------------------04

2．2 机器人功能的总体结构----------------------------------------------05 3 具体设计-------------------------------------------------------------05

3.1Protel电路设计软件简介----------------------------------------------05

3.2 控制电路的总体设计------------------------------------------------06

3.3各模块具体介绍------------------------------------------------------07

3.4 实验用移动机器人控制电路的PCB图----------------------------------18

4 机器人控制电路的调试-------------------------------------------------19

4．1 直流电机功能调试结果----------------------------------------------19

4．2 红外传感器电路调试结果--------------------------------------------22

4．3 光敏传感器调试结果------------------------------------------------22

4.4 碰撞传感器调试结果-------------------------------------------------23

结论 ------------------------------------------------------------------24

感谢 ------------------------------------------------------------------24

附录控制电路实物图------------------------------------------------------25

参考文献--------------------------------------------------------------26

1绪言

1.1 机器人简单知识的介绍

移动机器人的结构由几个主要部分组成[1]，如图1.1。

机械结构：相当于移动机器人的骨架，包括基座、支架等，用来物理支撑其他组成部分[2]。

执行机构：相当于移动机器人的手脚，用来提供运动的动力，常用的有电动、液压和气动，运用最多的是电机[3][4]。

传感器：相当于移动机器人的感知器官，分为外部传感器和内部传感器。内部传感器可用来感知机器人各个部件的位置和姿态等，如GPS、陀螺等；外部传感器用来获取环境参数，如红外传感器、光敏传感器、力检测器等[5]。

控制器：相当于移动机器人的大脑，处理机器人上传感器反馈来的信息，综合判断分析后，发出控制信号给执行机构执行。

软件系统：相当于移动机器人的记忆和知识，用来指导控制机器人的运动方式。

传感器机械结构

控制器

软件系统

执行机构

传感器

图1.1机器人的组成结构

1.2课题背景

目前世界上最先进的机器人属于第三代机器人，既所谓的智能机器人。这类机器人上配有多类传感器，能够感知环境中更多类型的信息，具备了更多的功能。它就像一个人类一样，具备视觉、力觉、触觉、听觉等，甚至能进行语言对话。这类机器人将各个传感器传递来的信息进行综合处理（多传感器的信息融合），更为有效地适应环境的变化，同时还具备一定的自学自治能力。功能的多样化也就势必对控制系统提高了更高的要求。需要控制系统能够实时地接受外部的信息，快速做出反应。同时可靠性也要足够得到保证。而且考虑到推广性和经济性，要求控制电路能够具有很好的灵活性和可扩展性。所以本课题就是在这样的背景下开展起来的。致力于设计一套适用于小型轮式移动机器人的控制系统，要求其实时性好，可靠性高，具有灵活的可扩展性和可重构性，以提高它各项功能的响应

速度（包括制动、加速、减速、爬坡等）。

1.3 课题来源及目的

本课题是南京理工大学自动化学院针对轮式移动机器人，提出设计一款实时性好，可靠性高，灵活性强的移动机器人控制电路。电路提供的外部接口能够直接匹配机器人的电源、传感器、直流电机、编码器、LCD等。

1.4 论文主要内容

论文包括了控制电路的设计原理图，模块设计思路，以及对该电路的功能进调试的波形图。从调试结果论证了电路的有效性。

第一部分简单介绍了移动机器人的组成部分，本课题的背景、来源和目的。

第二部分主要介绍了整体的设计思想，包括需求分析、总体设计及工作原理等

第三部分分功能模块详细介绍控制电路的原理图及其分析，为本文的核心内容。

第四部分分功能模块对控制电路板进行调试，通过实验测量及观察电路波形，论证成品的有效性。

2 小型轮式移动机器人控制电路的总体设计

2.1 需求分析

结合机器人的组成结构，以及对控制系统实时性，可靠性，以及灵活性的要求。采用从顶至下的设计思想，本文主要从以下几个方面来完成对控制系统的设计。

1）微控制器（MCU）：包括MCU芯片工作的外围电路。

2）执行机构：包括电机驱动电路等。

3）电源：用于给各个芯片供电和供给电机电能。

4）传感器：包括红外传感器、光敏传感器、碰撞传感器等。

2.2机器人控制电路的总体结构

微控制器（MCU ）

传感器模块

红外传感器

光敏传感器碰撞传感器麦克风光电码盘电机驱动电路

电源模块

动力电源

控制电源

扬声器驱动电路

串口通信扬声器

直流电机

3 具体设计

3.1Protel 电路设计软件简介

PROTEL 是Altium 公司在80年代末推出的EDA 软件，在电子行业的CAD 软件中，它当之无愧地排在众多EDA 软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL 。

2005年年底，Protel 软件的原厂商Altium 公司推出了Protel 系列的最新高端版本Altium Designer 6.0。Altium Designer 6.0，它是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。Altium Designer 是业界首例将

设计流程、集成化PCB 设计、可编程器件（如FPGA ）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB 和FPGA 设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。

这款最新高端版本Altium Designer 6.除了全面继承包括99SE ，Protel2004在内的先前一系列版本的功能和优点以外，还增加了许多改进和很多高端功能。Altium Designer 6.0拓宽了板级设计的传统界限，全面集成了FPGA 设计功能和SOPC 设计实现功能，从而允许工程师能将系统设计中的FPGA 与PCB 设计以及嵌入式设计集成在一起。

3.2 控制电路的总体设计

复位电路MC68HC11E1CFN2

8MHz 晶振电源监控DS1233D 芯片手动复位

电平转换MAX232芯片

双极性直流电机驱动电路SN754410芯片

左右直流电机左右编码器红外传感器

电路

光敏传感器

电路

麦克风电路LM386N 芯片

碰撞传感器

电路

启动电路电源稳压电路稳压芯片MAX603

6.6V 电池VCC(+5V)

扬声器驱动电路

地址锁存器74HC573N

32K RAM 28C256芯片

XTAL EXTAL VCC

PE3

RESET-PD4、PD5

PA5、PA6

PWM

脉冲

PA0、PA7

PE3

PE4

PD2、PD3PE0、PE1

TXD RXD PE2

PC0-PC7

STRA

D0-D7

PC0-PC7

D0-D7

A8-A14

PB0-PB6

E A15

STRB

W-RESET-PB7PA3

图3.2 控制电路的总体设计

3.3各模块具体介绍

3.3.1电源模块

本文电源采用的是稳压芯片MAX603

1 MAX603介绍

MAX603是MAXIM公司生产的低压差线性稳压器，具有完善的欠压、过载、过热、输出短路等保护功能。MAX603的管脚定义如图1。各管脚说明如下：

IN：电源输入脚，范围为2.7-11.5V；

GND：接地；

OFF：输出关闭控制脚，低电平时输出关闭；

SET：输出电压反馈输入脚，该管脚接地时，MAX603固定输出5V，外接电阻网络时，可调节输出电压；

OUT：电压输出脚。

图1 MAX603管脚定义

2 电源模块电路原理图及分析

外接电源的接口如图2。其中VBAT为控制电源接口（驱动小功率电机时，可复用为动力电源），VEXT为动力电源接口。

图2 电源接口原理图

充电电路以及开关电路如图3。PWR1为充电接口。当充电口接上外部充电电源时，VBAT 电池的电压小于外接电源电压，导致三极管Q801导通，发光二级管CHR发出红光提示正在充

电；当电池饱和时，电压与充电电源电压相近，三极管Q801关断，发光二极管CHR熄灭表示充电结束。R804和R805为两个功率电阻，与二极管D802组成的回路组成电池充电电路。F801为保险丝，KAIGUAN电路即为弹簧开关。

图3 充电及开关电路原理图

稳压电路及保护电路如图4。SET端接地，使得输出为5V。当电源正常连接时，OFF-端输入为高电平，输出打开，VCC为5V，发光二极管PWR发出绿光；当电源反接时，此时VDD 为负值，导致二极管ZD5导通，三极管Q7导通，集电极和发射极电位近似为地，OFF-端输入为低电平，输出关闭，保护主板不被损坏。

图4 稳压及保护电路原理图

电机电源复选电路如图5。BEXT和SBAT为两个跳线（不可同时接通），当SBAT接通时VMOT 与VDD等势，表示动力电源与控制电源复用；当BEXT接通时VMOT与VEXT等势，表示动力电源与控制电源分离，使用独立的动力电池。

图5 电机电源复选电路原理图

3.3.2 微控制器电路

微控制器的电路包括单片机、启动电路以及系统时钟电路。

3.3.2.1 微控制器电路原理图及分析

结合对成本，运算速度，容量等多方面的考虑。微处理器我们采用的是MC68HC11系列的单片机。下面对此系列单片机做简单介绍

MC68HC11有4种工作模式，根据MODA和MODB来确定，如表2.1。

表2.1 MC68HC11单片机工作模式

MODB MODA 工作模式

1 0 单片模式

1 1 扩展模式

0 0 自引导模式

0 1 测试模式

（1）单片模式

使用时需要先将应用程序写入片内ROM，需要有合适的应用程序，否则无法工作。

（2）扩展模式

单片机提供外界数据总线和地址总线。允许用户扩展RAM、EPROM和I/O。扩展的地址和数据总线占用两个8位I/O口。

（3）自引导模式

单片机加电复位后，可以从串行口向芯片内部的256个字节RAM中装入一段程序，并开始执行这段程序。

（4）测试模式

该模式是工厂对产品进行测试用到。

3.3.2.2 MC68HC11系列单片机功能管脚[6]

MC68HC11系列单片机采用HCMOS技术制造，其CPU和I/O功能比其他系列单片机有大幅度

提高。该型号单片机有8个模拟口，5个输入捕捉，3个PWM输出，16位地址，8位数据总线，串口以及4个通用I/O，内部结构框图如图2.2。

图2.2 MC68HC11单片机内部结构框图

1.电源和地线

VDD：电源，一般接+5V，也有低电源芯片，接+3.3V。

VSS：地线。

2.时钟线

EXTAL、XTAL：提供单片机的工作节拍时钟。

E信号：时钟信号频率的四分之一。高进行外部总线操作，低进行内部操作。

3.数据和地址总线

数据总线口PC0-PC7在扩展模式下，数据总线和地址总线低位是复用的。C口提供数据总线D0-D7D，并提供地址总线低8位A0-A7。高八位地址总线由PB0-PB7提供。

4.串行接口（SCI）

TXD：数据发送。

RXD：数据接收。

5.复位和中断

RESET：复位信号，给出单片机工作起点。

IRQ、XIRQ：外部中断请求线。

6.工作模式选择线

MODA、MODB：复位信号锁存这两条管脚的电平状态决定单片机的初始工作模式，具体见上节内容。

7.参考电平

VRH、VRL：A/D变换用的参考电平输入线。

8.I/O口

PA0-PA7：A口与定时/计数有关的8条引线。

PE0-PE7：E口与A/D变换有关的8条引线。

PD2-PD5：SPI口与串行外设接口相关的4条引线。

本课题采用的是MC68HC11系列单片机中的MC68HC11E1CFN2。

MC68HC11E1CFN2单片机的管脚设置及系统时钟电路原理图如图2.3。时钟电路由一个8M 晶振及电容电阻组成，接入单片机时钟线EXTAL、XTAL。另外模拟参考输入VRH通过一个电感与VCC相连，使用电感的原因是在系统掉电后，电感释放储蓄的电能保证VRH任然维持在5V一段时间。

启动电路很简单，如图2.4。单片机读取模拟输入PE3端口电压值判断，按钮松开时PE3的电压值保持为0，直到按钮按下使得PE3的电压值抬高至VCC，判断为启动成功。

图2.3 单片机及时钟电路原理图

图2.4启动电路原理图

3.3.2.3 MC68HC11E1CFN2单片机的功能管脚分配

单片机的管脚分配及对应的功能如表3.1。

表3.1 单片机管脚分配

管脚号管脚名称功能

1 VSS 接地，单片机电源供应端之一

2、3 MODB、MODA 单片机工作模式选择

4 STRA 接入地址锁存器，作为地址使能LE

5 E 输出为总线时钟2MHz

6 STRB 接入32K的RAM作为写控制

7、8 EXTAL、XTAL 接入8MHz晶振电路

9-16 PC0-PC7 数据总线D0-D7

17 RESET- 低电压复位

18 VPPE/XIRQ- 非可屏蔽中断置高

19 IRQ- 引出至功能扩展接口，作为功能扩展卡的中断请求

20、21 PD0/RXD、PD1/TXD 串口通信的接收与发送

22、23 PD2/MISO、PD3/MOSI 左右红外传感器发射控制端

SPI通信端口

24、25 PD4/SCK、PD5/SS- 控制电机转向

26 VDD 接入5V，单片机电源供应端之一

27、34 PA7、PA0 左右编码器脉冲信号输入端

28、29 PA6、PA5 左右电机PWM信号

30 PA4 LCD使能控制信号

31 PA3 扬声器、单极性直流电机、伺服电机驱动信号

32、33 PA2、PA1 功能扩展接口的输入捕捉口

35-42 PB7-PB0 高8位地址线A15-A8

43、45 PE0、PE1 左右光敏传感器信号采样输入

44 PE4 红外传感器红外线接收端信号输入

46、48、50 PE5、PE6、PE7 功能扩展接口模拟输入端

47 PE2 麦克风模拟信号输入端

49 PE3 碰撞传感器信号输入端、启动信号输入端

51、52 VRL、VRH 模拟输入参考电压

3.3.3 直流电机驱动

直流电机的驱动采用的是PWM控制方式。电路的设计是使用芯片SN754410等效。

3.3.3.1 SN754410介绍

SN754410芯片是专用于直流电机驱动的芯片，能够实现半桥和全桥驱动，其管脚定义如图3.1。

图3.1 SN754410芯片管脚定义

12EN、34EN：输出使能控制端；

nA、nY：输入和输出信号；

（在使能端为高电平时，输入为高则输出为高，输入为低则输出为低。）

VCC、GND：电源、地线。

3.3.3.2 直流电机驱动及编码器接口电路原理图及分析

左右轮直流电机驱动电路如图3. 2。其中LPWM1、LPWM2引出作为左轮直流电机供电，RPWM1、RPWM2引出作为右轮直流电机供电。单片机产生的PWM信号从PA5、PA6引出至EN、EN2。U7-10、U7-2分别U7-15、U7-7逻辑取反，如图3.8.4。U7-10、U7-2接连单片机的PD4、PD5，分别控制左右电机的转向。

图3. 2直流电机驱动电路原理图

编码器的接口和电机接口设计在一起，和机器人上的电机与编码器排线匹配，如图3. 2。其中PA0和PA7接入单片机的PA0和PA7端，作为左右两个编码器传来的脉冲输入捕捉端口。

图3. 2 直流电机及编码器接口电路

3.3.4 红外传感器电路

红外传感器主要用于探测周围障碍物或障碍物的距离。 3.3.4.1 红外传感器及其工作原理介绍

在机器人的控制电路板前端的左右角上装设红外传感器发送端的接入接口，外接两只红外发射管（波长970nm ）；电路板前端的中间装设红外传感器接收端的接入接口，外接红外接收模块（接收滤波器的中心频率为38KHz ，可以检测的距离为10-80cm ）。红外传感器在机器人上的布局如图4.1。发射端向外以60度的散射角发射红外光。遇到有障碍物时，红外光线发射回来，到达接收端。机器人在一个检测周期内，左端发射红外光线，然后检测是否有左端反射回来的红外光，接着右端发射红外光线，然后检测是否有右侧反射回来的红外光。可见接收端是分时复用的，可以把两次结果记录下来，在一个周期内可以检测到机器人周围的障碍物及其大致的方向。

障碍物

发射端

接收端

发射端

60°

图4.1 红外传感器的工作原理

3.3.

4.2 红外传感器电路原理图及分析

由于红外接收模块内部有一个38KHz 的带通滤波器，因此需要将红外发送端的信号调制在38KHz 左右，因此需要38KHz 的载波信号发生电路，如图

4.2

图4.2 载波发生器电路原理图

其中U6-1通过74HC14P反相输出U6-2（波形整形为方波），U6-2与U6-4逻辑取反，如图4.3因此U6-4端为38KHz方波信号。红外线发射的控制如图4.4。U6-10和U6-12用来控制三极管Q3和Q4的开关（低电压开，高电压关），进而控制IRL和IRR接口上红外线发射管的工作。U2-22和U2-23连接单片机的PD2和PD3端。当单片机的PD2和PD3端输出低电平时，二极管D2和D3导通，U6-11和U6-13为低电平，U6-10和U6-12为高电平，三极管Q3和Q4关闭，发射端不工作；当单片机的PD2和PD3端输出高电平时，二极管D2和D3关闭，U6-11和U6-13的电位同U6-4为38KHz方波信号，进而通过反向器得到的U6-10和U6-12也是一个38KHz的方波信号，三极管Q3和Q4按38KHz的频率打开和关闭，这样发射端的工作频率亦为38KHz，实现将红外线信号调制在38KHz。

图4.4 红外传感器信号处理原理图

变阻器AR1和AR2可以控制发射管的发射强度，如图4.5，引出端相当于是分压。三极管Q3、Q4的基极电压越大，分配在发射管上的电压就越小，发射功率越小，实现红外发射强度的调整。接受端接口引出电源下拉电阻和地线作为能源供给。接收端的信号线接入单片机模拟口PE4，供单片机采样。

图4.5红外传感器发射端和接收端接口原理图

3.3.5 光敏传感器电路

3.3.5.1 光敏传感器及其工作原理

光敏传感器的原理基于光敏电阻的阻值随光线强度变化而变化的特性。其阻值在很暗的环境下为几百千欧，室内照度下几千欧，阳光或强光下几十欧姆。利用阻值变化这个特性，可以将其转化为电压信号的变化，给单片机模拟输入端口读取。在实验用机器人的控制电路板的左上角和右上角有光敏传感器的接入接口，两个引线接光敏电阻的两端。

光敏传感器电路因其原理本身简单，因此电路的设计也简单，如图 5.1。可以看到左右两个传感器的光敏电阻与10千欧的电阻串联分压。PE1和PE0端接连单片机的模拟输入口PE1和PE0，它们的电压即为两个光敏电阻的电压，该电压值随着光敏电阻大小变化而分压发生变化。

图5.1 光敏传感器电路原理图

3.3.6 碰撞传感器电路

3.3.6.1 碰撞传感器及其工作原理

电路原理如图6.1。中间四个箭头即碰撞开关，未碰撞时接地，电位输出0。当发生机械碰撞时，开关跳变，接连到右侧的回路中，电位输出端电压即发生了变化。这样根据对电位输出端电压值读取，即可得知那个碰撞开关发生碰撞，也就知道了该碰撞开关所在方位发生碰撞。

VCC

电位输出46.7K

46.7K

3.9K

2.2K

图6.1 碰撞传感器工作原理

3.3.6.2 碰撞传感器电路原理图及分析

碰撞传感器原理图的设计就是按照图6.1设计的。电路原理图如图6.2。这里需要解释的是由碰撞开关至电位输出端的四个电阻采用排阻的方式，RP1即为排阻接口。PE3为电位输出端，接入单片机的PE3模拟输入口。BP1、BP4、BP7、BP10接连碰撞开关的固定端。BP2、BP5

、BP8、BP11接连碰撞开关碰撞接入端。

图6.2 碰撞传感器及接口电路原理图

3.4 实验用移动机器人控制电路的PCB图

上面几节已经分模块介绍各个功能模块的电流原理图，最后在Protel软件平台上绘制了实验用移动机器人控制电路的PCB图，如图3.4

图3.4 实验用移动机器人控制电路的PCB图

4 机器人控制电路的调试

上面完成了对电路设计的介绍，本章将对成品进行调试。调试使用到的工具包括万用表、示波器。调试使用的软件平台是交互式C语言（JC）。

4．1 直流电机功能调试结果

4.1.1 调试方法

利用JC编程实现电机不同转速下的正反转。记录正反转在100%、50%、25%、0%的PWM 占空比下，单片机控制端口（PA5、PA6）的输出波形以及直流电机端口电压波形及其平均值。

4.1.2 调试结果

直流电机端口的电压平均值随着单片机产生的不同占空比PWM信号的变化如表1.2。可见电机接口两端的电压在正转时取正，反转时取负，停止时取值基本为0（测得的平均电压受噪声干扰），并且电压的大小随PWM占空比单调变化。

仿人型机器人设计说明书

目录 1前言 (1) 1.1仿人机器人的概念........................................................ 错误!未定义书签。 1.2课题来源 (1) 1.3技术要求 (1) 1.4国内外研究现状及发展状况[] 2........................................ 错误!未定义书签。 1.4.1 国内研究现状 (1) 1.4.2 国外研究现状 (2) 1.4.3 发展趋势 (3) 1.5本课题要解决的主要问题及解决方案 (4) 2 总体方案设计 (6) 2.1仿人机器人臂手部结构的确定 (6) 2.2仿人机器人上身尺寸的确定 (6) 2.3结构的设计 (6) 2.4仿人机器人自由度的确定 (6) 2.5电机的选择 (7) 3 机器人驱动装置的设计 (8) 3.1 肩部步进电机的选择 (9) 3.2 肘部步进电机的选择 (9) 3.3 腕部及头部电机选择 (10) 4.仿人机器人机械传动件的设计 (11) 4.1齿轮的设计 (11) 4.1.1 肩部齿轮的设计与校核 .............................................. 错误!未定义书签。 4.1.2 肘腕部齿轮设计 (13) 4.1.3 头部齿轮的设计 (14) 4.2轴的设计与计算 (15) 4.2.1 轴的结构设计........................................................... 错误!未定义书签。 4.2.2 轴的强度计算 (16) 5. 仿人型机器人连接板的设计及校核 (21) 5.1肩部连接板的设计与校核 (21) 5.2电机支撑板的设计与校核 (22) 6. 仿人型机器人三维造型及运动仿真 (23) 6.1仿人型机器人三维造型 (23) 6.2仿人型机器人运动仿真 (24) 6.3仿人型机器人舞蹈运动分析 (24) 6.4仿人机器人重力分析 (25) 7 结论 (26) 参考文献 (27) 致谢 (29) 附录 (30)

搬运码垛机器人毕业设计

搬运码垛机器人毕业设计 Prepared on 22 November 2020

目录1

1绪论研究背景及意义随着现代社会科技水平日新月异的变化，机器人技术已经渗透到人类生活中的方方面面，演着不可替代的角色。机器人是多个学科技术综合而成的产物，其应用程度已经逐渐宽广起来研究机器人已经成为了当今时代的趋势。机器人的应用状况已经可以作为权衡一个国家现化程度高低的重要因素。从机器人工作的环境来对机器人进行分类，大体上能划分成两种，就是工业机器人与特种机器人。工业机器人是一种具有良好性能的自动化机械装置，是典型的含有很高科技含量的机电一体化产品。它在提高产品质量、增加经济效益、提高生产率方面起着重要作用。同时工业机器人的发展情况也是日新月异的，所以研发工业机器人是一件刻不容缓的事情。码垛是随着物流产业的不断壮大而发展起来的一项高新技术，其思想是把物品按照一定规律码放在托盘上，从而能够使物品的存放、搬运、转移等活动变成单元化操作，从而大大提高物流运输的效率。在物料质量不大、尺寸不大、码垛速度要求不高的情况下，码垛工作都是通过人工来实现的。后来为了减轻工人在码垛时的工作强度，产生了托盘操作机、工业机械手等一些比较简单的机械设施。但是随着人们对码垛速度要求的不断提高，传统的人工码垛方式越来越难以达到人们的要求，这种情况下码垛机器人应运而生。作为工业机器人典型的一种，码垛机器人技术近几年有着非常快速的发展，这样的发展速度和当今世界制造业的小批量、多种类的发展模式是十分吻合的。码垛机器人有着工作能力强、运行速度快、体积比较小、抓取种类多、应用范围广等特点，从而在市场上备受青睐，正因为这些优点，才使得码垛机器人被普遍应用于制造业、码垛、装配、焊接等诸多操作中。近年来，袋装物品的需求和产量都十分巨大，进而对袋装物品进行运输的需求也在急剧增长。在我国有大量的袋装物品需要进行码垛、卸垛和运输。目前，对袋装物品的火车运输来讲，火车站台卸车、站台码垛、运输装车、运输卸车、库房码垛等工

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《机器人技术》课程项目智能涂胶避障装配多功能机器人姓名：尤振民、李明胡强强、布贺宁指导教师：姚建涛、李艳文、刘宝华 2014年10月

智能涂胶避障装配多功能机器人摘要机器人技术是一个集环境感知、轨迹规划、机械手应用等功能于一体的机电一体化系统。它是集中了计算机、机构学、传感技术、电子技术、人工智能及自动控制等多科而形成的高新技术。本次课程设计的装配机器人智能小车就是这种高新技术综合体的一种尝试。装配机器人智能小车主要由机械系统，环境识别系统，运动控制系统及机械臂控制系统组成。小车以单片机为核心，附以外围电路，采用光电检测器进行检测故障和循迹，并用软件控制小车及机械臂的运动，从而实现小车的自动行驶、转弯、寻迹检测、避障、停止及装配等功能的智能控制系统。机器人技术基础系统地介绍了机器人的基础理论和关键技术。主要内容包括：机器人的机构、位姿描述和齐次变换、操作臂运动学、操作臂的雅可比、操作臂动力学、轨迹规划、操作臂的控制、机器人语言和离线编程等。本书反映了机器人在规划、控制和编程方面近期所取得的成果。此外，书中还附有习题和编程练习。主要的项目分工情况如下：尤振民：机械手三维图形的制作及动画仿真李明：资料收集，机械手臂编程及调试胡强强：机械手臂的尺寸设计，轨迹规划布贺宁：机械手臂方案论证，项目报告，PPT a)比赛场地

目录 1前言 ....................................... 2设计方案的确定.............................. 3参数确定 ................................... 3.1机械手臂的设计...................................................... 3.2 位移分析................................. 3.3 机械手爪设计......................................................... 4工作空间分析................................ 4.1 运动学正解............................................................. 4.2 运动学反解............................................................. 5速度分析 ................................... 6轨迹规划 ................................... 7项目总结 ................................... 8心得体会 ................................... 9参考文献 ...................................

轮式移动机器人结构设计论文

轮式移动机器人的结构设计摘要：随着机器人技术在外星探索、野外考察、军事、安全等全新的领域得到日益广泛的采用，机器人技术由室内走向室外，由固定、人工的环境走向移动、非人工的环境。本课题是机器人设计的基本环节，能够为后续关于机器人的研究提供有价值的平台参考和有用的思路。本文介绍了已有的机器人移动平台的发展现状和趋势，分析操作手臂常用的结构和工作原理，根据选定的方案对带有机械臂的全方位移动机器人进行本体设计，包括全方位车轮旋转机构的设计、车轮转向机构的设计和机器人操作臂的设计。要求全方位移动机构转向、移动灵活，可以快速、有效的到达指定地点；机械臂操作范围广、运动灵活、结构简单紧凑且尺寸小，可以快速、准确的完成指定工作。设计完成后要分析全方位移动机构的性能，为后续的研究提供可靠的参考和依据。关键字：机器人移动平台操作臂简单快速准确

Structure design of wheeled mobile robots Abstract:with the robot technology in an alien exploration, field survey, military and security new areas to be increasingly widely adopted, robot technology by indoor, outdoor by fixed, to move towards artificial environment, the artificial environment. This topic is the basic link, robot design for the follow-up about robots can provide valuable reference and useful ideas platform. This article summarizes the existing robot mobile platform development status and trends of operating the arm structure and principle of common, According to the selected scheme of mechanical arm with ontology omni-directional mobile robots designed, including the design of all-round wheel rotating mechanism, wheel steering mechanism of design and the design of robot manipulator. Request to change direction, move the omni-directional mobile institution, can quickly and effectively flexible the reaches the specified location; Mechanical arm operation scope, sports flexible, simple and compact structure and size is small, can quickly and accurately completed tasks. The design is completed to analyze the performance of the omni-directional mobile institutions for subsequent research, provide reliable reference and basis. Keywords: Robot mobile platform manipulator simple accurate and quick

搬运码垛机器人毕业设计

搬运码垛机器人毕业设计 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】

目录1

仿人机器人

听讲座《仿人机器人的发展和最新技术》心得首先江山老师通过一段精彩视频让我们对机器人有了大概的了解；接着江山老师对ALDEBARAN Robotics公司进行了简单介绍并从自由度、传感器两个方面向大家介绍了针对实物做硬件的过程；随后江山老师详细讲解了电子架构和软件环境的相关知识并介绍了世界机器人大赛的相关情况；在讲座的最后，江山老师还现场向我们展示了真实的机器人。这场讲座让人印象十分深刻。仿人机器人开始于20世纪60年代的双足步行机器人，迄今已成功研制出的各种能静态或动态步行的双足机器人样机及在双足机器人领域理论研究上的成果推动了仿人机器人的快速发展。加藤一郎于1973年，从工程角度研制出世界上第一台真正意义上的仿人形机器人WABOT-1。1980年出现WL-9DR(Dynam’s Refined)双足机器人，用步行运动分析及重复试验设计步态轨迹，用以控制机器人的步行运动。1986年，加藤实验室又成功研制了WL-12步行机器人，该机器人实现了步行周期2.6s、步幅30cm的平地动态步行。1996年11月公司首次展示了研制成功的第一台仿人机器人P2，它成为世界上第一台人性化自主双腿步行机器人。1997年10月HONDA公司又推出了仿人形机器人P3，是一台完全自立的人性化双腿步行机器人。在此基础上，ASIMO才得以诞生，2004年12月15日，日本本田技研工业株式会社推出了新一代“ASIMO”机器人，它是世界上首批遥控式双足直立行走机器人。仿人机器人步态模式可分为静态步行、准动态步行和动态步行。在静态步行中，机器人的质心在地面上的投影始终不超越支撑多边形的范围；而在动态步行中，质心的投影在某一时刻可以超越支撑多边形。研究表明，动态行走时关节驱动力矩较静态行走时小，是仿人机器人研究的必然发展方向和实现目标。仿人机器人步态规划不仅取决于地面条件、下肢结构、控制的难易程度，而且必须满足运动平稳性、速度、机动性和功率等要求。为提高仿人机器人的智能化，仿人机器人中安装了大量的传感器，如力传感器、力矩传感器、陀螺仪、视觉传感器、接近觉传感器、声学传感器等多种传感器。而六维力/力矩传感器具有可以同时测量3自由度力和3自由度力矩的优越性，使得常被安装在机器人脚底用于测量地面反力。机器人的控制从某种程度上，可以说是基于传感器的控制。仿人机器人是能够与人相互影响的最理想的机器人，它能够通过与环境的交互不断获得新知识，而且还能用它的设计者根本想象不到的方式去完成各种任务，它会自己适应非结构化的、动态的环境。开展仿人型机器人研究，不仅能够促进传感控制、人工智能等多学科发展，而且将大大提高我国机器人技术的系统集成能力和控制水平。通过提高机器人的智能化、机动性、可靠和安全性以及与人类环境的完美的融入性，使得仿人机器人融入人类的生活，和人类一起协同工作，从事一些人类无法从事的工作，以更大的灵活性给人类社会带来更多的价值。

机器人设计论文

绿化植树机器人设计摘要：这个机器人是针对大量绿色植树而设计的，利用机械四足作为其活动方式，机器人通过视频识别系统在有限范围内对地形与植被作出判断，然后通过自动行走系统移动到目标地点前面，再通过机械手取出携带的植物幼苗，通过这个可以360度旋转的机械臂进行种植工作，机械臂可以进行种植、培土、等工作。种植完成后还将用一层可分解的塑料薄膜覆盖植物幼苗，保证其在能够自行成长前的安全。关键词：绿化植树、四足行走、山坡作业、视频识别、机械臂操作设计背景：地球现在正面临着绿色植被在不断减少的危机，而人类也因为这样要面对日益严峻的环境问题。大量植树还原绿色植被是一个相当重要的手段来解决这个难题，但是依靠人力去做的话，效率始终不够高。所以在这里我想设计一个专门用于大作业量的绿化植树机器人。设计思路：这个机器人，是需要面对山坡这样的陡峭地形的，由于特殊的使用环境，机器人的活动方式要求能够灵活的应对颠簸不平的土地，机械四足需要能够根据不同的地势调整四足的高度，确保平稳的行走，这种活动方式才能使机器人轻松到达山崖大部分位置。移动起来必须十分的轻巧，以避免对其他植物的伤害。由于这个机器人对视频识别有着较高的要求，所以必须在这方面有所突破，同时当发现有杂草或者有害植物的时候，还可以通过高温蒸汽将其杀死，来保证种植的植物幼苗的生长。360度旋转的机械臂可以保证种植过程的顺利进行。详细具体设计方案：一．整体结构： 1.整个机器人分成上下两大部分，上部分是机械手臂，主要实现机器人的整个种植操作，下部是机器人的机身和四足，包括：植物幼苗存放仓、红外线距离测量仪、摄像头、电脑处理系统。 2.机器人是通过电力驱动的，所以必须携带储电池，也是安装在机身。二．中央处理系统：机器人的机身将安装一个中央处理系统，作为机器人的大脑，它主要调节机器人三大系统：机械四足行走系统、机器人视觉系统、机械臂控制系统。中央处理系统要接收和分析红外线距离测量仪、摄像头、机械臂传感器等反馈信息，以及控制四足的行进系统、机械臂操作等。三．机械四足行走系统： 1.机械四足的形状：一开始的时候，我曾经很困惑于如何把握行走稳定与行走速度之间的平衡，后来设想出仿人类四肢的关节加上圆形的脚盘这个方案，总体感觉可以满足行走的需要。 2.如何实现行进：参考了机械小狗的设计，将机械四足连接在机器人的中央处理系统而成为一个整体，接受中央处理系统的控制。每次改变一个机械足的位置，实现整个机器人的行

轮式移动机器人课程设计

江苏师范大学连云港校区海洋港口学院课程设计说明书课程名称专业班级学号姓名指导教师

年月日

摘要轮式移动机器人是机器人家族中的一个重要的分支，也是进一步扩展机器人应用领域的重要研究发展方向。自上世纪九十年代以来，人们广泛开展了对机器人移动功能的研制和开发，为适应各种工作环境的不同要求而开发出各种移动机构。其中全方位轮可以实现高精确定位、原地调整姿态和二维平面上任意连续轨迹的运动，具有一般的轮式移动机构无法取代的独特特性，对于研究移动机器人的自由行走具有重要愈义。本文主要是介绍了技术较为成熟的麦克纳姆全方位轮的运动原理结构，分析了由四个麦克纳姆轮全方位轮组成的全向移动机构的运动协调原理。并将其运用到轮腿复合式的机器人身上，使机器人移动能力更强。设计的主要方面包括（1）移动方式的选择；（2）机器人结构的设计；（3）机器人移动原理的分析；（4）对移动机器人控制系统的简单设计。关键词: 轮式移动机器人，轮腿复合式，四足

目录摘要 (1) 1 移动机器人技术发展概况 (1) 1.1 机器人研究意义及应用领域 (1) 1.1.1 机器人的研究意义 (1) 1.1.2 机器人的应用领域 (2) 1.2 移动机器人的发展概况 (2) 1.2.1 移动机器人的国内发展概况 (3) 1.2.2 移动机器人的国外发展概况 (4) 2 轮式移动机器人的结构设计 (7) 2.1轮式移动机器人系统结构 (7) 2.1.1移动方式的选择 (7) 2.1.2机器人移动原理构想 (8) 2.1.3机器人轮子的选择 (9) 2.1.4机器人腿部结构的设计 (10) 2.2轮式移动机器人主要结构 (11) 3 轮式移动机器人的控制系统 (12) 3.1 控制系统硬件选型与配置 (12) 3.1.1 驱动电机的选型 (12)

小型仿人机器人系统设计的方法

小型仿人机器人系统设计的方法摘要：小型仿人机器人是近几年的研究热点，一个小小的仿人机器人中涉及了多种学科领域例如电子工程、仿生学、信息工程、机械工程等，目前研制出与人类相似度较高、功能相对完善的机器人一直是科学家的目标。本文主要探究仿人机器人的设计原理以及设计方法，对一些程序进行详细分析，为以后的科技制造提供参考意见。关键词：小型；仿人机器人；系统设计；方法小型仿人机器人凭借着与人类相似的外表、行为等一些外在特征以及经济化、人性化的功能，更容易激起科技界的研究欲望，这种情况下，很容易推动我国科学技术与信息技术的发展。 1.分析小型仿人机器人的设计理念 1.1分析仿人机器人的智能系统从宏观方面来看，小型仿人机器人的智能系统必须拥有较高的运行速度，因为机器人在启动的时候，视频采集系统、命令发送系统、显示系统、发音系统以及信息处理系统都得同时运行，因此，对CPU内核的速率要求较高；小型仿人机器人做出的所有行为都是以采集的视频信息为基础的，所以智能系统的研究重点是视频处理系统，综上所述，仿人机器人的智能系统所具备的程序功能比较完善，需要的内存空间也比较大，因此，保障智能系统的运行速度，能更好的推广仿人机器人的使用。从微观方面来看，小型仿人机器人的智能系统必须具备音频、通信、摄像头、A/D、多路IO以及显示屏等设备[1]。 1.2分析智能系统的硬件设备上文中分析了智能系统宏观方面的需求，对于控制器，常见的DSP以及单片机等系统是不能满足其需求的，因此，可以在CPU处理器的基础上添加外围功能电路，这样既解决了运行空间不足、运行速度较慢的缺陷，又实现了低成本的目的。 1.3分析组织层的硬件设备本次研制的小型仿人机器人，其关节被设置成了19个自由节，在之后的使用过程中肯定会提高其关节自由度，进而更好的实现手臂功能、行走功能、俯身功能等一系列仿人运动。综上所述，一个仿人机器人的关节自由度至少为19个。此外，组织层还得确保小型仿人机器人运动过程中的稳定性，当组织层接收到运动信号时，必须将信号输送给每一个关节，共同展开运动。 1.4A/D转换电路在当前的设计过程中，由于CMOS数模转换器的高效性，可以将模拟信号同步输进八个通道中，同时还能将信号转换成二进制模式。在这种情况下，很好的保障了小型仿人机器人的运行效率。 2.分析控制系统的硬件执行层硬件，其主要功能是发布信息、采集信息、控制小型仿人机器人运动、转换电源等，这也是控制系统的外围电路。发布信息时，控制系统会自动连接智能系统，借助发音器、显示器等一些机械设备，将信息输送给外界；采集信息时，智能系统中的摄像头、传感器、电位计均是获取信息的来源；控制小型仿人机器人运动时，当每一个关节得到运动指令后，会有控制系统协调完成，确保机器人活动过程中的稳定性；转换电源时，控制系统会将电源输送给每一个部件，保障智能系统、组织层均能正常运行。 3.小型仿人机器人中控制系统的设计原理及组成 3.1控制系统中的软件功能框图此次研制小型仿人机器人时，研究人员的设计理念为模块化程序设c1-思想，通过程序的编写、翻译、检验，机器人便可开始使用。控制系统中的软件功能框图为下图1，其主要包括摄像头、视频处理器、通信设备、语音输出设备、A/D采样设备、主程序控制器等。

码垛机器人设计_毕业设计说明书

码垛机器人设计_毕业设计说明书目录第一章绪论 (1) 1.1课题的背景、来源及意义 (1) 1.2码垛机器人的发展进程及发展趋势 (2) 1.3课题的设计内容 (2) 第二章码垛机器人总体结构设计 (4) 2.1方案的确定 (4) 2.2总体设计思路 (6) 第三章码垛机器人腕部和腰部设计 (7) 3.1码垛机器人腕部设计 (7) 3.1.1 减速机的计算与选型 (7) 3.1.2联轴器的计算与选型 (8) 3.1.3轴承的选型 (10) 3.2码垛机器人腰部设计 (11) 3.2.1腰部电机选型 (11) 3.2.2腰部联轴器计算选型 (12) 3.3本章小结 (13) 第四章码垛机器人手臂结构及其驱动系统设计 (14) 4.1平面机构受力分析 (14) 4.2手臂关节轴承的选型与校核 (15) 4.3销轴校核 (16) 4.3.1 后大臂与支架销轴联接校核 (16) 4.3.2 后大臂与小臂销轴联接校核 (17) 4.3.3 前大臂与支架销轴联接校核 (17) 4.3.4 前大臂与小臂销轴联接校核 (18) 4.3.5 其它销轴联接校核 (18) 4.4竖直滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (19) 4.4.1 最大工作载荷的计算 (19) 4.4.2 最大动载荷的计算 (19) 4.4.3 初选滚珠丝杠副型号 (20) 4.4.4 传动效率计算 (20) 4.4.5刚度的验算 (21)

内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 4.4.6压杆稳定性校核 (22) 4.5水平滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (23) 4.5.1最大工作载荷的计算 (23) 4.5.2最大动载荷的计算 (23) 4.5.3初选滚珠丝杠副型号 (24) 4.5.4 传动效率计算 (24) 4.5.5刚度的验算 (24) 4.5.6压杆稳定性校核 (26) 4.6水平滚动导轨副的计算选型 (26) 4.6.1滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选择 (26) 4.6.2额定行程寿命的计算 (28) 4.7竖直滚动导轨副的计算选型 (30) 4.7.1滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选择 (30) 4.7.2.额定行程寿命L的计算 (30) 第五章 PRO/E建模和仿真 (32) 5.1主要部件建模及其简介 (32) 5.1.1轴承建模的主要过程 (32) 5.1.2 机器人的主要部件及装配模型 (35) 5.2三维机构运动仿真的基本介绍 (37) 5.2.1 机构运动仿真的特点 (37) 5.2.2 机构运动仿真的工作流程 (37) 5.2.3 机构仿真运动装配连接的概念及定义 (37) 5.2.4 机构的仿真运动 (38) 第六章 ANSYS有限元分析 (40) 结论 (46) 参考文献 (47) 谢辞 (48)

仿人机器人

仿人机器人仿人形机器人是机器人以其外观等,在此基础上,人体的互动,让made-for-human工具或环境。在一般仿人机器人的头部有一个躯干,两臂和两条腿,虽然有些形式的仿人机器人可以模型只身体的一部份,例如,腰部以上。一些仿人机器人也许还有一个'面子',用“眼睛”和“口”。机器人是机器人,从美学的角度,就像一个人类建造的。介绍 TOSY的TOPIO,仿人形机器人,可以打乒乓球。[1] 仿人形机器人是一个机器人,因为它可以适应它环境的改变或本身并继续达到它的目标。这是最主要的区别和其他种类的人形机器人。在此背景下,一些仿人形机器人的能力方面,其中可能包括: (如充电?自我维持自身) 自主学习(了解或?获得了新的能力,没有外界援助的基础上,调整战略环境和适应新环境,新情况) 避免有害的情况下人们0.9%,财产,本身互动?安全人类和环境像其他机械的机器人,人形参阅以下基本元件,工作太:感觉和计划和控制。因为他们尽量的模拟人类的结构和行为,他们是仿人机器人的自主系统,通常是复杂多其他种类的机器人。

这影响到所有的机器尺度复杂性(机械、空间、时间、功率密度、系统和计算复杂性),但这也较明显的在功率密度和系统复杂性鳞片。首先,目前多数的人形不够结实的话甚至跳,这一切发生的时候,因为功率/重量比,不如在人体内。动态平衡德克斯特能跳,但是差到目前为止。另一方面,有很好的算法人形建设几个方面,但它是非常困难的,合并所有成一个有效率的系统(该系统技术的计算复杂性高)。如今,这些是主要的困难,仿人机器人的发展要处理。仿人机器人的设置是为了模仿一些相同的体力劳动和脑力劳动,人类经历日报。科学家和专家来自许多不同的领域,包括工程,认知科学,语言和语言学结合他们的努力创造一个机器人为类人是不可能的。他们的创造者的目标是:有一天机器人将能够彼此都清楚人类智力,原因和表现得像人类。如果机器人都有能力这样做,他们最终可能工作在凝聚力和人类创造出一个更有生产力及高质量的未来。另一个重要的好处是理解的发展,机器人的人体生物、心理过程,从看似简单的行为的概念走到意识和灵性。目前有两种方法来创建一个机器人。第一个模型机器人像一套刚性连接,互联的关节。这种结构是一个类似,可以发现,在工业机器人。虽然这种方法用于大部分的仿人机器人的出现,一个新开展的研究工作,在一些使用在生物力学中获取的知识。在此一,仿人形机器人的底线是很相似的人类骨骼。目的

智能机器人设计报告

智能机器人设计报告参赛者：庆东肖荣于腾飞班级：级应用电子技术指导老师：远明日期：年月日一、元器件清单：，，，，，，，蜂鸣器，光敏电阻，光敏三极管，电阻、电容若干，超亮及普通发光管。二、主要功能：本设计按要求制作了一个简易智能电动车，它能实现的功能是：从起跑线出发，沿引导线到达点。在此期间检测到铺设在白纸下的薄铁片，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。电动车到达点以后进入“弯道区”，沿圆弧引导线到达点继续行驶，在光源的引导下，利用轻触开关传来的电信号通过障碍区进入停车区并到达车库，完成上述任务后能够立即停车，全程行驶时间越少越好。本寻迹小车是以有机玻璃为车架，单片机为控制核心，加以减速电机、光电传感器、光敏三极管、轻触开关和电源电路以及其他电路构成。系统由通过口控制小车的前进后退以及转向。寻迹由超亮发光二极管及光敏电阻完成，避障由轻触开关完成，寻光由光敏三极管完成。并附加其他功能：．声控启动．数码显示．声光报警三、主体设计车体设计左右两轮分别驱动，后万向轮转向的方案。为了防止小车重心的偏移，后万向轮起支撑作用。对于车架材料的选择，我们经过比较选择了有机玻璃。用有机玻璃做的车架比塑料车架更加牢固，比铁制小车更轻便，美观。而且裁减比较方便！电机的固定采用的是铝薄片加螺丝固定，非常牢固，且比较美观。轮子方案在选定电机后，我们做了一个万向轮，万向轮的高度减去电机的半径就是驱动轮的半径。轮子用有机玻璃裁出来打磨光华的，上面在套上自行车里胎，以防止打滑。万向轮当小车前进时，左右两驱动轮与后万向轮形成了三点结构，这种结构使得小车在前进时比较平稳。

轮式移动机器人结构设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告题目轮式移动机器人的结构设计专业名称机械设计制造及其自动化班级学号学生姓名指导教师填表日期2011 年 3 月 1 日

一、毕业设计（论文）依据及研究意义：随着机器人技术在外星探索、野外考察、军事、安全等全新的领域得到日益广泛的采用，机器人技术由室内走向室外，由固定、人工的环境走向移动、非人工的环境。移动机器人已经成为机器人研究领域的一个重要分支。在军事、危险操作和服务业等许多场合得到应用，需要机器人以无线方式实时接受控制命令，以期望的速度、方向和轨迹灵活自如地移动。其中轮式机器人由于具有机构简单、活动灵活等特点尤为受到青睐。按照移动特性又可将移动机器人分为非全方位和全方位两种。而轮式移动机构的类型也很多，对于一般的轮式移动机构，都不能进行任意的定位和定向，而全方位移动机构则可以利用车轮所具有的定位和定向功能，实现可在二维平面上从当前位置向任意方向运动而不需要车体改变姿态，在某些场合有明显的优越性；如在较狭窄或拥挤的场所工作时，全方位移动机构因其回转半径为零而可以灵活自由地穿行。另外，在许多需要精确定位和高精度轨迹跟踪的时候，全方位移动机构可以对自己的位置进行细微的调整。由于全方位轮移动机构具有一般轮式移动机构无法取代的独特特性，对于研究移动机器人的自由行走具有重要意义，成为机器人移动机构的发展趋势。基于以上所述，本文从普遍应用出发，设计一种带有机械手臂的全方位运动机器人平台，该平台能够沿任何方向运动，运动灵活，机械手臂使之能够执行预定的操作。本文是机器人设计的基本环节，能够为后续关于机器人的研究提供有价值的平台参考和有用的思路。二、国内外研究概况及发展趋势 2.1 国外全方位移动机器人的研究现状国外很多研究机构开展了全方位移动机器人的研制工作，在车轮设计制造，机器人上轮子的配置方案，以及机器人的运动学分析等方面，进行了广泛的研究，形成了许多具有不同特色的移动机器人产品。这方面日本、美国和德国处于领先地位。八十年代初期，美国在DARPA的支持下，卡内基·梅隆大学（Carnegie Mellon university,CUM）、斯坦福（Stanford）和麻省理工（Massachusetts Institute of Technology,MIT）等院校开展了自主移动车辆的研究，NASA下属的Jet Propulsion Laboratery(JPL)也开展了这方面的研究。CMU机器人研究所研制的Navlab-1和Navlab-5系列机器人代表了室外移动机器人的发展方向。德国联邦国防大学和奔驰公司于二十世纪九十年代研制成VaMoRs-P移动机器人。其车体采用奔驰500轿车。传感器系统包括：4个小型彩色CCD摄像机，构成两组主动式双目视觉系统；3个惯性线性加速度计和角度变化传感器。SONY公司1999年推

轮式移动机器人结构设计开题报告

100KG四自由度码垛机器人底座设计及分析.

100KG四自由度码垛机器人底座设计及分析（……，…….，……..，…….）摘要：本文主要设计和研究了一个抓重为100KG的四自由度的码垛机器人，用于企业生产中的码垛物品。首先对机器人的整体方案和具体的结构按要求进行了分析，接着主要设计了机器人底座和腰部结构并进行了建模和装配。最后,利用分析软件（UG）对机器人底座和腰部进行有限元仿真分析。关键词：码垛机器人；结构设计；建模；有限元分析 Design and Analysis of 100KG 4-dof Palletizing Robot Base … … … （School of Transportation，Institute of Transportation Mechanical Design Manufacturing and Automation，jixieben1104 ， 20112814726） Abstract:In this paper, the design and research of a catch weight of 100KG of 4-dof palletizing robots for the production of stacking items.At first, the overall program and the specific structure of the robot were analyzed according to the requirements, then the main work is to design the base and waist of the robot and carry on the modelling and analyze.Finally, this paper uses the analysis software (UG) to make finite element analysis of it. Key words: Palletizing robot；Structural Design；Modeling；Finite Element Analysis 1引言随着科技的不断发展和进步，企业越来越重视自动化生产。[1]在这种背景下，机器人的使用越发普及，码垛机器人就是其中之一。效率高，适用性强，能耗低，占地面积少等诸多优势让它在各个领域大放异彩。 2课题的设计内容本设计主要是研究码垛机器人的结构设计，尤其是底座和腰部设计，主要工作内容有以下几点: 1.了解码垛机器人发展近况以及未来发展方向，并掌握码垛机器人的基本构成部

机器人课程设计报告

智能机器人课程设计总结报告姓名：组员：指导老师: 时间:

一、课程设计设计目的了解机器人技术的基本知识以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等相关技术。初步掌握机器人的运动学原理、基于智能机器人的控制理论，并应用于实践。经过学习，具体掌握智能机器人的控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。基本要求：要求设计一个能走迷宫(迷宫为立体迷宫)的机器人。要求设计机器人的行走机构，控制系统、传感器类型的选择及排列布局。要有走迷宫的策略（软件流程图）。对于走迷宫小车控制系统设计主要有几个方面：控制电路设计，传感器选择以及安放位置设计，程序设计二、总体方案 2.1 机器人的寻路算法选择将迷宫看成一个m*n的网络，机器人经过传感器反馈的信息感知迷宫的形状，并将各个节点的与周围节点的联通性信息存储于存储器中，再根据已经构建好的地图搜索离开迷宫的路径。这里可选择回溯算法。对每个网格从左到右，每个网格具有4个方向，分别定义。并规定机器人行进过程中不停探测前方是否有障碍物，同时探测时按左侧规则，进入新网格后优先探测当前方向的左侧方向。探测过程中记录每个网格的四个方向上的状态：通路、不通或未知，探测得到不同状态后记记录，同时记录当前网

格的四个方向是否已被探测过。若某网格四个方向全部探测过则利用标志位表示该网格已访问。为了寻找到从起点到终点的最佳路径，记录当前网格在四个方向上的邻接网格序号，由此最后可在机器人已探测过的网格中利用Dijkstra算法找到最佳路径。并为计算方便，记录网格所在迷宫中行号、列号。并机器人探索过程中设置一个回溯网格栈记录机器人经过的迷宫网格序号及方向，此方向是从一个迷宫网格到下一个迷宫网格经过的方向。设置一个方向队列记录机器人在某网格内探测方向的顺序。设置一个回溯路径数组记录需要回溯时从回溯起点到回溯终点的迷宫网格序号及方向。考虑到迷宫比较简单，且主要为纵横方向的直线，可采用让小车在路口始终左转或者始终右转的方法走迷宫，也就是让小车沿迷宫的边沿走。这样最终也能走出迷宫。本次课程设计采用此方法。即控制策略为机器人左侧有缺口时，向左进入缺口，当机器人前方有障碍是，向右旋转180°，其余情况保持前进。 2.2 传感器的选择由于需要检测机器人左侧和前方是否有通路，采用红外传感器对机器人行进方向和左侧进行感知。红外避障传感器是依据红外线的反射来工作的。当遇到障碍物时，发出的红外线被反射面反射回来，被传感器接收到，信号输出引脚就会给出低电平提示信号。本机器人系统的红外避障信号采用直接检测的方式进行，直接读取引脚电平。传感器感应障碍物的距离阈值能够经过调节

轮式移动机器人课程设计 (2)

目录目录 (1) 摘要 (2) 1.移动机器人技术发展概况 (3) 1.1机器人研究意义及应用领域 (3) 1.1.1机器人的研究意义 (3) 1.1.2 机器人的应用领域 (3) 1.2移动机器人的发展概况 (4) 1.2.1移动机器人的国内发展概况 (4) 1.2.2移动机器人的国外发展概况 (4) 2.轮式移动机器人的结构设计 (7) 2.1移动机器人的系统结构 (7) 2.2轮式移动机器人主要结构 (7) 3.轮式移动机器人的控制系统 (11) 3.1控制系统硬件选型与配置 (11) 3.1.1驱动电机的选型 (11) 3.1.2伺服电机的选型 (12) 3.1.3轮毂电机的选型 (13) 3.2轮式移动机器人控制系统框架 (15) 4.结论和总结 (17) 致谢 (18) 参考文献 (19) 附录 (21)

摘要移动机器人是机器人家族中的一个重要的分支，也是进一步扩展机器人应用领域的重要研究发展方向。自上世纪九十年代以来，人们广泛开展了对机器人移动功能的研制和开发，为适应各种工作环境的不同要求而开发出各种移动机构。论文内容包括四个部分：简要介绍了移动机器人研究现状、对所设计移动机器人系统进行了描述、视觉导航轮式移动机器人底层硬件设计和视觉轮式移动移动机器人的底层控制。论文详细地介绍了移动机器人底层硬件系统元件的选型和原理电路图的设计。我们选用PIC16F877单片机作为下位机接收上位机传来的命令和产生驱动信号。步进电机的驱动电路采用两个步进电机驱动器-L298，驱动程序写入PIC16F877单片机，通过程序控制步进电机的转速和转向。采用Propel 设计了底层控制系统的原理图和PCB版图，采用Proteus进行程序和硬件系统的仿真。仿真结果表明：步进电机运行稳定、可靠性高，实现了对步进电机的预期控制。关键词：移动机器人；运动控制；PIC16F877；步进电机