搜索
1各位评委：你们好！非常感谢大家在百忙之中抽空阅读这篇设计方案。此类活动为我们提供了解机器人、参与机器人设计制作的机会和条件，培养学生的实践动手能力、创新能力和理论与实际相结合的能力、以及团队协作交流精神。机器人的设计是一个复杂的工作，工作量大，涉及知识面很多，由于我们水平有限，且时间仓促，有许多纰漏和不足之处，请评委予以谅解，不吝批评指正。用机械语言秀出风采乘科技雄风谱写未来2一课题背景随着社会的不断发展，各行各业的分工越来越明细，尤其是现代化的大产业中，有的人每天只管拧一批产品的同一部位上的一个螺母，有的人整天就是接一个线头，就像电影《摩登时代》中演示的那样，人们感到自己在不断异化，各种职业病逐渐产生，于是人们强烈希望用某种机器代替自己工作，因此人们研制出了机器人，用以代替人们去完成那些单调、枯燥或是危险的工作。由此机器人便应用而生，特别是随着各种微电子技术的发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已经可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器、计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器，甚至A/D、D/A转化器等电路，这就很容易将计算机技术与测试技术结合起来，组成所谓的“智能化测量控制系统”。这促使机器人技术也有了突飞猛进的发展，现在人们已经可以设计并制造出具有某些特殊功能的具有一定智能机器人了。二方案设计2.1设计思想与总体方案本机器人能在比赛要求的场地中快速行进。行走部分采用履带式设计能平稳穿过D区高200mm的障碍物，执行部分采用机械手和升降机构联合设计，能快速准确地拾取并平稳运送目标物到指定地点，整个机器人采用电能作为动力，体现了绿色环保的理念，单片机通过编3写程序可以实现高智能、高效率、以及可靠性。2.2机械部分2.2.1抓取部分——机械手1、机械手简介机械手是一种新颖的、用于物料搬运及安装时省力操作的助力设备。它巧妙地应用力的平衡原理，使操作者对重物进行相应的推拉，就可在空间内平衡移动定位。重物在提升或下降时形成浮动状态。无需熟练的点动操作，操作者用手推拉重物，就可以把重物正确地放到空间中的任何位置。2、机械手的工作原理用机械手来拾取目标物的不对称抓手，当马达停止时，因蜗轮蜗杆传动机构是单向传动的，故利用此机构可以防止机械手松开物体，它可以带动其他齿轮运动，而其它齿轮不能带动它运动。马达的失速会损坏马达，因此，不能持续的旋转马达来紧固物体，需采取一些方法来避免马达的损坏，当目标物是具有弹性的软性体时，只需停止马达，让齿轮间产生的摩擦力来夹紧物体机械手原理图43、机械手臂工作原理（1）可实现不同重量物料的重力平衡状态，适用于物料的精确移载操作。（2）空载、满载及处理不同工件时，系统可感知其重量变化，并实现载荷在三维空间中的浮动状态，便于精确定位。（3）全程平衡、运动顺滑等特点，使得操作者可以很便捷地实现工件的搬运、定位、装配等操作。（4）刚性手臂可使机械手带工件越过障碍；水平臂可满足物料在相关场所进行动作要求。（5）系统可始终保持机械手头部的水平，发挥高作业性。（6）关节刹车装置，具有多个回转关节，以实现广域范围内的物料取置；配备有刹车装置，操作者可在操作过程中随时中断机械手的运动。（7）平台小车下法兰连接硬臂式机械手。使整个设备在轨道行程内平稳行走，强度、精度高。5机械手臂原理图4、机器人的腰部机器人的腰部，仿照挖掘机，用图示齿轮加上电机的正反转来实现，从而使机械手能在一平面内进行圆周运动，保证机械手的一个自由度。2.2.2运载平台运载平台主要是由液压升降器构成的，它是靠剪刀式支承架的展开与折叠来完成货物平台的升降，其动力是通过油缸的伸缩来推动剪刀的展开与折叠。由于油缸的伸缩速度是由油泵的流量决定的，我们在设计时将油缸速度时速度很慢，其速度为200mm/分钟，且与油缸相连的进油管直径为Φ6mm。万一油管断裂，液压油也只能从Φ6mm的进油口回油，所以下降速度也是很慢，因此不会造成破坏与损失，更不是常规的钢绳吊笼提升机断绳后的自由落体运动。液压升降平台上升与下降都是平稳运动，即使断管，也是慢速下降，仅仅浪费液压油而已。所以液压升降平台是一种十分安全、故障率低、维护费用低的升降工具。用运载平台和机械手配合工作，实现可靠、稳定地抓取物体并平稳运输。62.2.3行走部分1、结构特点机器人由6个履带单元及变速箱等部分组成。采用模块化设计,按左右对称式结构布局,分为左、右2个主履带单元,前右、前左、后右、后左4个摆臂单元和体,如图示。中间箱体可以装载各种探测仪器和设备,用于完成各项侦查任务,是机器人的运载平台,在运动中一般保持水平姿态。2个主履带单元用于提供机器人主驱动力,4个摆臂单元可有各自动力源（马达）提供动力，绕各自回转中心轴转动,给机器人提供额外辅助运动,提高地形适应能力，6个单元都是运动单元，各运动可独立控制。7履带视图2、自由度行走部分共有6个自由度,即2个平动自由度和4个摆动自由度。机器人通过箱体内的两台主驱动电机,减速后通过履带驱动轮,直接驱动6个履带进行卷绕运动,产生2个平动自由度,实现机器人前进和后退。位于箱体内的另外4个摆臂驱动电机分别驱动4个摆臂,以各自回转中心轴为轴心实现转动,产生4个旋转自由度.3、机器人越障如下图示，机器人利用摆臂形成前攻角进行越障,可爬越高于自身高度的障碍物。由于机器人摆臂能把车体抬起,当障碍物高度超过摆臂主从动轮中心距时依然可效的动作序列来越过,图表示机器人越过高障碍物的一般过程,履带在借助齿形对障碍物的抓爬力来实8现不断地向上攀爬,与此同时后摆臂向下摆动以使车体抬升,当摆到与地面垂直时后摆臂停止摆动。当主履带爬到障碍物上面时,前摆臂向前向下摆动并支起车体,机器人继续前进,以使其重心越过台阶。重心越过台阶之后,前摆臂向前向上摆动直到与地面贴合为止,同时后摆臂向后向上摆动与车体成一后攻角为止,此时机器人已顺利越上台阶。整个过程中,履带始终向前爬行。机器人可顺利越过200mm高度的障碍物。机器人越障示意图2.2.4动力部分机器人共有6条履带,每侧为一组,每组由安装在箱体中的独立主驱动电机驱动,电机经减速器后,通过锥齿轮啮合驱动履带轮,单侧履带同时同向运动两侧履带实现机器人的移动和转向;而每个摆臂单元各由1台摆臂电机独立驱动旋转,实现绕内轴轴心360°正反向转动,机器人后端传动设计如图所示。去掉后端传动结构中的主驱动电机及其减速器、编码器、啮合锥齿轮,9即可转换成机器人前端传动结构。2.3机器人传动设计的特点:(1)6个电机按平行履带方向放置可缩小机器人宽度,使机器人形体更小更紧凑,更容易通过窄小空间;(2)将所有电机、编码器、减速器以及电池、控制器等集中布置在箱体内,一可缩小整体尺寸，二有外壳的保护，设备将不砸伤，提高局部安全性。(3)箱体采用密封、防水设计，可以防止灰尘、水和杂质进入箱体内部,提高了机器人整体安全性能;(4)对称式布局的6个单元采用独立传动设计,实现了机器人模块功能化。独立控制的摆臂可实现同时动作或单独动作,即可协调机器人运动的平稳性,又可强化机器人的越障能力;(5)在机器人的6个运动单元中,除了履带的旋转驱动外,还有摆臂绕驱动轴的摆动。由于摆动自上实现2个运动的传递。设计中采用了内外套轴的传动形式,使摆臂的摆动与履带轮的转动互不影响、相互独立,使传动设计结构简单化。10机器人后端传动设计图2.4控制部分PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械生产过程。利用红外、超声波检测控制，红外和超声波是机器人智能化运动中运用较为广泛，实现起来起来也比较简便的方法，它的原理就是利用红外和超声的物理性质探测路径上的障碍物，将信号传入PLC，然后输出信号，实现路径方向的自动控制。11·定位控制定位控制用地理信息系统（GIS）来实现，这种方式适应于所处环境不变且标志较为明显的情况。模仿巡航导弹的制导方式，将机器人完成任务所要经过的路径的地理信息进行收集处理制作底层数据库，在机器人运行过程中，通过红外装置对对象进行扫描，与源数据进行比对，比对成功后，将结果输出，从而对机器人进行自动化操作，使机器人完成预定任务。12三方案设计创新点3．1机械部分1．利用平面图形的组合化成空间运动的机械2．增加调节部分扩大或转化机械的功能与性能的调节3．总体机构具有运动的互反功能4．利用所学知识通过力偶转向更快能达到要求的快捷要求3．2控制部分1．单片机通过编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性。2．单片机是实现实时控制计算机，能很好的实现现场控制，有较强的抗干扰能力，而且陈本低廉。四应用及推广前景我们设计的这款机器人的车体和核心控制机构稍加改动就可以做出其他用途的机器人。比如把车上搭载的机械手改成喷漆手臂等，这为了避免危险恶劣的工作环境导致的工伤事故和职业病，保护工人的身心安全，提供了一种选择，对一些特种工种，如焊接，铸造等通过劳动法强制采用工业机器人来代替，这样可以大大提高工业机器人的需求数量。因此我们有理由相信这款机器人的需求数量。因此我们有理由相信机器人的应用前景相当看好。五结论本装置的设计成功，凝聚着我们长期的付出。通过这次活动，13我们的动手实践能力，专业技能，综合素质，创新能力都有所提高。我们每位为队员也真正体验到了团队协作精神的重要意义。在整体方案的设计、实施与修改过程中，我们把所学的专业知识应用到课外实践，加深了对知识的理解，尤其是对刚学完的《机械原理》，正在学的《电子技术》有了更深的体会，也感谢各位老师在百忙之中为我们的作品点评，由于我们水平有限，作品中会有许多不足，诚恳各位老师、同学批评指正。完！！！谢谢！！！