迎宾机器人总体设计
摘要
服务机器人系统是集机械工程、电子技术、计算机技术、传感技术、智能控制技术等技术的综合系统,在服务行业使用机器人,要求机器人服务技术含量高,对用户具有使用价值。首先从机器人发展现状出发,重点介绍了服务机器人国内外研究与应用现状。在分析现有服务机器人的基础上,提出利用新型数据处理芯片对迎宾机器人控制系统进行改进,能进行一定的人员与语音识别,实现人机交互,提高控制精度和响应速度。本文讨论了迎宾机器人的机械系统结构,对迎宾机器人从控制到驱动执行机构进行了研究,并设计了迎宾机器人的机械结构。同时还对机器人驱动系统进行了分析与设计,主要包括执行电机的选择以及选择相配的驱动器。采用性价比高,控制简单的步进电机驱动,通过混合式步进电机驱动器,以采用外部控制模式,控制了步进电机的脉冲与方向,从而带动机械本体完成行走运动。最后,本文设计出迎宾机器人眼部传感器设置,制作了热释电红外传感器装置,并进行了机器人胸前LED液晶显示器字幕显示,并对结果进行了对比分析。实验表明,所设计的机器人的机械系统和手部执行机构能够较好地满足迎宾机器人的运动控制要求。
关键字：迎宾机器人控制系统机械结构
Abstract
Service robot system is the same set of mechanical engineering, electronics technology, computer technology, sensor technology, intelligent control technology and other technology system, using robots, robots with high technical content, the user has a use value in the service sector. First, starting from the robot development status, focusing on domestic and foreign research and application of service robots. Based on analysis of existing service robots, the new data processing chip to improve the welcome robot control system, certain officers and speech recognition, to achieve human-computer interaction, and improve the control accuracy and response speed. This paper discusses the mechanical system structure of the welcome robot, welcome robot from the control to the actuator has been studied, and to design the mechanical structure of the robot Welcome. The robot drive system analysis and design, including the motor selection and select the drive to match. Cost-effective, simple control of the stepper motor drive, hybrid stepping motor drive to the external control mode, control of the stepper motor pulse and direction, so as to drive a mechanical body to complete the walking program. Finally, we design a welcome robot eye sensor set, produced a pyroelectric infrared sensor device, and the robot chest LED LCD display subtitles, and the results were compared. The experiments show that the design of the robot's mechanical systems and hand the implementing agencies to better meet the welcome robot motion control requirements.
Keywords： welcome robot control system mechanical structure
目录
摘要..................................................................... I Abstract .................................................................. II 目录 (1)
第1章绪论 (1)
1.1 迎宾机器人的定义和分类 (1)
1.2 迎宾机器人的设计前景 (1)
1.3 迎宾机器人的设计原理 (2)
1.4 结论 (2)
第2章总体结构的设计 (3)
2.1 开发目标和原则 (3)
2.1.1 机器人达到的目标动作 (3)
2.1.2 设计原则 (3)
2.2 参考方案 (4)
2.3 迎宾机器人整体的三维设计模型 (4)
2.4 运动手臂的三维设计模型 (5)
第3章方案详细设计 (6)
3.1 手臂的详细设计 (6)
3.1.1 基本要求的确定 (7)
3.1.2 手臂动作的基本参数 (7)
3.2 机器人驱动装置的一般要求 (7)
3.3 迎宾服务机器人的驱动方式 (8)
3.4 电机的选择 (8)
3.4.1 臂部直流电动机的选择 (8)
3.4.2 肘关节电动机的选择 (9)
3.4.3 腕部电机的选择 (10)
第4章机器人机械传动件的设计 (11)
4.1 传动轴的设计 (11)
4.1.1 主轴材料的确定 (11)
4.1.2 初步估算轴的直径 (11)
4.1.3 各轴段直径的确定 (11)
4.2 锥齿轮的设计 (12)
4.3 大齿轮的设计与校核 (13)
4.3.1 设计参数 (14)
4.3.2 布置与结构 (14)
4.3.3 材料及热处理 (14)
4.3.4 检查项目参数 (14)
4.3.5 强度校核数据 (15)
4.4 蜗轮蜗杆的设计 (16)
4.4.1 设计校核 (16)
4.4.2 蜗轮工作图 (17)
第5章壳体的设计 (18)
5.1 箱盒的设计 (18)
5.2 肩部连接板 (18)
5.3 联轴器的选用 (19)
第六章控制部分设计 (20)
6.1 控制方案概述 (20)
6.2 手臂硬件需求分析 (21)
6.3 控制系统结构 (21)
6.4 控制芯片及I/O接口芯片的选型 (22)
6.4.1 8051单片机介绍 (22)
6.4.2 编码器 (24)
6.4.3 零位开关 (24)
6.4.4 电机驱动装置 (24)
6.4.5 热释电红外传感器 (25)
6.4.6 HD44780液晶显示器 (26)
6.5 控制软件设计 (29)
6.5.1 主程序流程 (29)
6.5.2 迎宾动作子程序 (31)
6.5.3 目标点控制子程序 (32)
6.5.4 关节归零子程序 (34)
6.6 控制回路整体测试 (36)
致谢 (37)
参考文献 (38)
第1章绪论
1.1 迎宾机器人的定义和分类
工业机器人。工业机器人主要应用于飞工业生产当中，是现阶段应用最为广泛，技术最为成熟的一类机器人，据不完全统计，世界范围内装备生产的工业机器人己经超过了120万台。其中，日本和美国是工业机器人的生产和应用大国，尽管日本曾因上世纪的金融危机一度丧失了机器人霸主地位，但随着近年来日本经济的迅速发展，在新安装的机器人台数方面，日本己经超过了美国。中国由于飞各种原因的影响，对于工业机器人的研究起步较晚，虽然己经研制出一系列的工业机器人样机，但只获得了小规模的生产和应用，尖端领域的机器人仍以进口为主。
服务机器人。服务机器人主要指那此在能够代替人们完成一定工作，或提供社会及家庭服务的机器人。目前，对于非制造领域的服务机器人的研究己经取得了丰硕的成果，各类收割机器人、除草机器人、嫁接机器人己经在日常的生产和生活中获得了非常广泛的应用外，代替人们完成高空及恶劣工作环境的焊接、涂覆、测量、检查的机器人也己经获得了一定程度的应用，并在不断的改进和完善当中
1.2 迎宾机器人的设计前景
感觉功能:在机器人的感觉功能方面将会通过多种传感器功能的融合来实现对复杂多变的外部环境的检测、判断和决策，这与人类的五官功能以及身体的综合感觉功能类似。需要研究的内容主要包括传感驱动一体化技术以及信息的采集与融合技术智能化控制:随着集成化、系统化生产的不断发展，人工神经网络技术、模糊控制技术以及基于PC的开放式控制系统将在对车间级机器人的控制中获得更多的应用，这种趋势在国内外举办的各类机器人展会和对抗赛中己经有了明显的体现
智能化移动:为了满足极限作业、多作业对象、大作业对象以及长距离搬运作业对于飞机器人的需求，世界各国都在积极开展对机器人智能化移动(如自动飞行、跳跃、爬行、行走、滚动和滑动)的研究。美国宇航局位于飞加利福尼亚州实验室的研究人员于飞近日表示，他们己经能够使机器人在模拟出的火星环境中完成搬运重物以及一些简单的施工，这意味着在不久的将来，人类的火星之旅将由这此机器人迈出那“一小步”。
人机合作:通过建立相应的生产系统来实现生产线上全部机器人的相互协调、群智和多机协作能力，并通过开发能够理解人类思想的“同事机器人”来实现人们对机器人的直接控制
自我修复:由于机器人的工作环境大多存在着许多不可预见的不稳定囚素，因此想要实现其智能化，首先就是要确保机器人的安全可靠，需要其具有对外界各种情况的应变能
力以及对自身软件的智能升级和智能诊断、修复
微型化:随着技术的不断进步，机器人必然会向着微型化方向发展，毫米级、甚至是纳米级的机器人将会泛的应用于医学、微加工、海洋和宇宙开发等领域。微型化的机器人能够适应价道、建筑废墟等复杂环境，并在其中自由移动。如果能对其运动进行更加精确的控制，还能将其应用到化工及核工业的价道以及人体器官中进行移动和作业
1.3 迎宾机器人的设计原理
迎宾机器人由机械结构和控制系统两大部分组成。
机器人语音识别系统是迎宾机器人头部的重要组成部分，迎宾机器人在应用上讲属于服务机器人，在技术进步角度上讲，属于智能机器人的一种。
一个智能机器人应该具备三大要素：感知、决策、行动。感知就是机器人具有能够感觉内部、外部的状态和变化，理解这些变化的某种内在含义的能力。决策要求机器人具有能够依据某种条件、状态、约束的限制自主目标，规划实现目标的具体方案、步骤的能力。行动需要机器人具备完成一些基本工作、基本动作的能力。在这三大要素的基础上，智能机器人通过感知辅助产生决策，并将决策付诸行动，在复杂的环境下自主的完成任务，形成各种智能行动。
在实际应用中，迎宾机器人根据不同环境可能放置在大门内或外、左或右等不同的位置，因采用了单片机软硬控制相结合的方法，机器人的硬件不需做任何变动，只要对软件程序进行简单的修改。机器人即可适应不同的环境，使用方便。另外，当迎宾机器人更换放置地方后，需要通过简单调节热释电红外探测电路的灵敏度电位器达到最佳接收效果。采用伺服电机作为动力源．并以脉宽调制信号(PWM)控制电机的动作，可使控制更为平稳。经过实践检验，设计的迎宾机器人结构简单、成本较低，可靠性和稳定性较好，具有一定的实际应用价值。
1.4 结论
机器人的时代已经来临，随着社会的发展, 科学技术的进步, 机器人技术的发展速度越来越快, 机器人产业也将逐步进入我们生活的每一个角落。工业机器人将继续占据机器人的主要市场。特殊机器人越来越收到重视, 市场份额将逐步增长。可以说，我们已经跨入了机器人时代！
第2章总体结构的设计
2.1 开发目标和原则
2.1.1 机器人达到的目标动作
本设计中的迎宾机器人具有以下功能：
1）外形与人手相似，包括肩、上臂、下臂、手腕及手等几部分；
2)双手可以做出各种简单的动作，如挥动、握手、鼓掌等动作；
3)根据不同场合，可以做出几套不同的迎宾动作；
在实现上面的基本功能之后，还可以给机器人加上以下扩展功能：
1)给机器人加上语音模块，使其能够接受语音指令的指挥，并根据不同的动作和情况发出不同的声音：可以接受语音指令，按照不同的指令执行不同的动作。
2)给机器人手臂加上视觉、触觉、温度、避障等各类传感器，使机器人具备一定的环境适应能力和各种特定的能力。
2.1.2 设计原则
本项目中的迎宾机器人，它不但具有人类的外形特征，手臂能实现各种不同的动作，它目前的设计目标还不能移动，它定位在迎宾服务上面，要求成本低廉，功能相对来说也比较单一，因此在保证性能的情况下，我们尽量不要采用高档的材料和元器件。基于以上的考虑，我们有下面几条设计原则：
1)经济性：在满足功能的前提下尽可能采用简单的方案，使用常见的、供应丰富的材料和元器件，以降低生产成本：
2)可靠性：机器人的使用环境比较恶劣，有电机启制动火花对无线通讯及控制系统的干扰，有可能遇到的碰撞以及关节被卡住造成电机堵转等各种情况，对机器人控制系统提出了一定的要求。
3)易维护性；包括机械维护和控制系统软硬件维护。机械上尽可能采用模块化设计方法，减少零部件种类，提高通用性，便于安装拆卸，同时也可以提高可靠性和经济性。控制系统软硬件设计同样采用模块化设计，便于检测调试。
4)强壮性：机器人的手臂都是由各个关节链接起来的，对刚性的要求比较高。在机械设计上，机器人应具有较好的刚性和较小的传动间隙，不至于发生严重的机械变形，各种接插件不能松动、脱落。[2]
2.2 参考方案
本设计主要运动部分在手臂，本实用新型涉及一种适用于服务场所的塔式机器人手臂和手爪，包括手臂和手爪，手臂和手爪相连接，手臂由前臂、后臂、肩部和腰部组成，前臂、后臂、肩部依次连接，腰部上端穿过肩部并与其连接;手爪由腕部、爪部和指部组成，爪部和指部上下并列设置，并分别与腕部连接，腕部与手臂的前臂连接。通过机械手臂和机械手爪的一系列配合动作可以对家庭等服务环境中的多种物品通过相应的操作方式完成抓取、传递和操控等动作。
如下参考图片
图2-1 迎宾机器人图2-2 机器人手臂
2.3 迎宾机器人整体的三维设计模型
本设计的迎宾机器人为垂直关节型机器人，综合考虑了降低成本与功能灵活性方面的要求，设计了一种机械结构简单而实用、成本低廉和控制灵活的迎宾机器人，为减轻整体重量，零件所选材料均为硬铝。
图2-3 迎宾机器人
2.4 运动手臂的三维设计模型
手臂的设计完全是按照人体的比例进行设计，是主要的运动部位，要有多个运动自由
度。
图2-4 迎宾机器人手臂
第3章方案详细设计
3.1 手臂的详细设计
经简化后手臂拥有4个自由度，分别由4个舵机驱动，如表3-1机器人手臂自由度所示。分别是：肩部向前抬手臂、肩部侧向抬手臂、肘部弯曲、腕部转动。
表3-1 机器人手臂的自由度
部位运动机能自由度选用电机/数量
肩部肩部向前抬手臂 1 1 台
大臂侧向抬手臂 1 DynamixelRX64 1 台
小臂肘部弯曲 1 Futaba-S9156 1 台
腕部腕部转动 1 MG-995 1 台
各关节传动原理如图3-1各关节传动原理图所示
图3-1 各关节传动原理图
表3-2传动路线
关节传动路线
1 关节电机1-行星齿轮箱-传动轴1-Z1/Z2-传动套筒
2 关节电机2-行星齿轮箱-Z3/Z4-传动轴2-Z5/Z6-传动轴4
3 关节电机3-行星齿轮箱-z8/Z7-轴5
4 关节电机4-行星齿轮箱-轴-键-传动件
5 关节电机5-行星齿轮箱-蜗杆-蜗轮-手抓
各级齿轮的传动比
Z1/Z2=1:2 Z3:Z4=1:2 Z5:Z6=1:1 Z8:Z7=1:1 蜗杆/蜗轮=14.5
3.1.1 基本要求的确定
四个自由度包括大臂回转、外展和小臂俯仰、旋腕。为了使机器人的手臂转动，所需要的最大转矩是当手臂呈水平状态，设各部分的尺寸如图3-2
关节位置示意图所示。
图3-2 关节位置示意图
3.1.2 手臂动作的基本参数
表3-2 迎宾机器人的基本参数
动作范围基座回转θ1 320o
肩关节俯仰θ2 250o30o/s 肘关节俯仰θ3 270o60o/s 转腕θ4 360o
3.2 机器人驱动装置的一般要求
对机器人驱动装置的一般要求如下:
a.驱动装置的重量尽可能要轻，单位重量的输出功率(即功率/重量比)要高，效率也要高；
b.反应速度要快，即要求力/重量比和力矩/惯量比要大；
c.动作平滑，不产生冲击；
d.控制尽可能灵活，位移偏差和速度偏差要小；
e.安全可靠；
f.操作和维护方便；
g.对环境无污染，噪声要小；
h.经济上合理，尤其是要尽量减少占地面积。
3.3 迎宾服务机器人的驱动方式
电动机驱动是利用各种类型的电动机经过机械传动驱动机器人操作机以获得各种运动。电力驱动因有不需能量转换、控制灵活、使用方便、噪声较低、启动力矩大等优点而在机器人中广泛选用。
3.4 电机的选择
3.4.1 臂部直流电动机的选择
设两臂及手腕绕各自重心轴的转动惯量分别为JG1、JG2、JG3，根据平行轴定理可得绕第一关节轴的转动惯量为:
2333222221111l m J l m J l m J J G G G +++++= (3-1)
1m ,2m 3m 前面已经说明，分别为3kg 、2kg 、2kg 。1l 、2l 、3l 分别为重心
到第一关节轴的距离，其值分别为100mm 、250mm 、500mm ，在式中2111l m J G <<、
2222l m J G <<、2
333l m J G <<故1G J 、2G J 、2G J 可忽略不计。所以绕第一关节轴的转动惯量为：
2
332222111l m l m l m J ++= (3-2)
J1 =330.12 + 230.252 +230.52
=1.155kg.m2 同理可得小臂及腕部绕第二关节轴的转动惯量:
2
532422l m l m J += =230.12 +230.252
=0.145 kg.m2
式中：4l ——小臂重心距第二关节轴的水平距离 mm 。
5l —— 腕部重心距第二关节轴的水平距离 mm 。
设大臂速度为?30/s ，则旋转开始时的转矩可表示如下
T J =?? (3-3) 式中：T ——旋转开始的转矩 m N ?
?——角加速度 2
/s r a d 使机器人大臂从0?=到30?=/s 所需时间为0.1s 则
T1=J13?
ω=1.15533.14/6=12.09Nm
若考虑绕机器人手臂的各部分重心轴的转动惯量及摩擦力矩，则旋转
开始时的启动转矩可假定为13N 2m
电动机的功率可按下式估算
根据 η
LP LP m P Ω≈M )5.25.1(～ (3-4) 式中：m P ——电动机功率 W ；
LP M ——负载力矩 m N ?；
LP Ω——负载转速 s r a d /；
η ——传动装置的效率，初步估算取0.8；
系数1.5～2.5为经验数据，取2.5
Pm ≈2.531333.14/630.8≈21.45W
估算m P 后就可选取电机，使其额定功率r P 满足下式：
r P ≥m P
选择RE-Max 29 石墨电刷电机 见表 3-3直流电动机技术数据
表3-3 直流电动机技术数据
功率（W ） 额定电压（V ） 额定转速（r/min ） 额定转矩
60 24 7680 26.9
选择行星齿轮箱 GP32A 直径32mm 0.75-4.5 减数比为 411：1。
肩关节外展电机的选择
选择RE-Max 29 石墨电刷电机 见表3-4
表3-4 直流电动机技术数据 功率（W ） 额定电压（V ） 额定转速（r/min ） 额定转矩
60 24 7680 26.9
选择行星齿轮箱 GP32A 直径32mm 0.75-4.5 减数比为913:1
3.4.2 肘关节电动机的选择
使机器人小臂从?=00ω到?=60ω/s 所需时间为0.05秒则：
T1=J13?ω=1.5333.14/330.05=1.6N 2m
ηLP LP m P Ω≈M )5.25.1(～
Pm ≈1.530.14533.14/630.8=1.57w
根据式 r P ≥m P
选择RE25 稀有金属电刷CLL 118746号 见表 3-5
表3-5 直流电动机技术数据
功率（W）额定电压（V）额定转速（r/min）额定转矩
10 24 4150 28.8
行星齿轮箱 GP32A 减数比为706 ：1
3.4.3 腕部电机的选择
RE 13 稀有金属电刷 2.5Watt 见表4-6直流电动机技术数据
3-6直流电动机技术数据
功率（W）额定电压（V）额定转速（r/min）额定转矩
2.5 24 7790 2.84
行星齿轮箱GP13k 减数比为275 ：1
第4章 机器人机械传动件的设计
4.1 传动轴的设计
4.1.1 主轴材料的确定
由于主轴传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求，故选常用材料45钢，调质处理。
4.1.2 初步估算轴的直径
轴受转矩作用时，其强度条件为
[]T T T d n P W T
ττ≤?==362.01055.9 (4-1)
写成设计公式，轴的直径为: []3362.010
55.9n P C n P d T =?≥τ
mm
d 317508
.0106?≥
mm d 17.8≥
现确定肩传动轴的设计 如下图4-1肩关节传动轴示意图所示
图4-1 肩关节传动轴
4.1.3 各轴段直径的确定
初估轴径后，就可按轴上零件的安装顺序，从dmin 处开始逐段确定直径。轴段1通过轴承轴承端盖来确定，轴段2由实际安装空间来确定，轴段3是通过键和齿轮宽确定，轴段
4根据选用轴承和所需轴承端盖来确定，轴段5根据安装实际空间来确定，轴段六通过所选圆锥滚子轴承的宽度来确定，轴段7是安装轴承挡圈和套筒定位，轴承8 通过齿轮宽确定。
肩关节的传动轴轴端有螺纹孔用于锥齿轮的轴向定位。轴段上有一个103?的键用于锥齿轮的周向定位。
为保证轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据轴承手册推荐，取轴肩圆角半径为0.6mm 。为方便加工，其它轴肩圆角半径均取1mm 。根据标准GB6403.4-1986，轴的左右端倒角均为1345°。其它各部分的轴也如此确定。
4.2 锥齿轮的设计
如图4-2大锥齿轮示意图所示
4-2 大锥齿轮
肩关节大锥齿轮的参数如下： 表4-1 肩关节大锥齿轮
名称
代号 计算公式 分度圆直径
d d=mz=2×36=72 齿顶高
a h 221*=?==m h h a a 齿根高
f h 5.1275.0)(**=?=-=m c h hf a 齿顶圆直径
a d 745.02272cos 2=??+=+=δa a h d d 齿根圆直径
f d 5.705.05.1272cos 2=??-=-=δhf d d f 分度圆锥角 δ '
246325.40236
22arcsin ?=??===arc R mz
arc R r
arc δ
分度圆齿厚
s 14.32==m s π 锥距
R δδsin 2sin mz r R ===40.25
齿宽
b 075.1225.403.0=?=b 取12 与此相啮合得小锥齿轮2m = 18z = 传动比为1：2
如下图4-3小锥齿轮示意图所示
图4-3 小锥齿轮
4.3 大齿轮的设计与校核
大齿轮工作示意图如下图4-4大齿轮工作示意图所示
图4-4 大齿轮
用机械设计手册（软件版）v3.0 中的渐开线圆柱齿轮传动设计程序 设计结果输出如下：
4.3.1 设计参数
传递功率P=0.05(kW)，传递转矩T=12(N2m)，齿轮1转速n1=40(r/min)，齿轮2转速n2=20.00(r/min) ，传动比i=2，原预定寿命H=10000(小时)。
4.3.2 布置与结构
结构形式ConS=开式，齿轮1布置形式 ConS1=对称布置，齿轮2布置形式ConS2=对称布置。
4.3.3 材料及热处理
齿面啮合类型：GFace=软齿面
热处理质量级别 Q=ML
齿轮1材料及热处理 Met1=34CrNi3Mo<调质>
齿轮1硬度取值范围 HBSP1=269～341
齿轮1硬度 HBS1=305
齿轮1材料类别 MetN1=0
齿轮1极限应力类别 MetType1=5
齿轮2材料及热处理 Met2=45<正火>
齿轮2硬度取值范围 HBSP2=162～217
齿轮2硬度 HBS2=190
齿轮2材料类别 MetN2=0
齿轮2极限应力类别 MetType2=7
4.3.4 检查项目参数
齿轮1齿距累积公差 Fp1=0.03783
齿轮1齿圈径向跳动公差 Fr1=0.03250
齿轮1公法线长度变动公差 Fw1=0.02731
齿轮1齿距极限偏差 fpt(±)1=0.01446
齿轮1齿形公差 ff1=0.01053
齿轮1一齿切向综合公差 fi'1=0.01499
齿轮1一齿径向综合公差 fi''1=0
齿轮1齿向公差 Fβ1=0.01160
齿轮1切向综合公差 Fi'1=0.04836
齿轮1径向综合公差 Fi''1=0.04550
齿轮1基节极限偏差 fpb(±)1=0.01359
齿轮1螺旋线波度公差 ffβ1=0.01499
齿轮1轴向齿距极限偏差 Fpx(±)1=0.01160
齿轮1齿向公差 Fb1=0.01160
齿轮1x方向轴向平行度公差 fx1=0.0116
齿轮1y方向轴向平行度公差 fy1=0.00580
齿轮1齿厚上偏差 Eup1=-0.05783
齿轮1齿厚下偏差 Edn1=-0.23133
齿轮2齿距累积公差 Fp2=0.04978
齿轮2齿圈径向跳动公差 Fr2=0.03776
齿轮2公法线长度变动公差 Fw2=0.03058
齿轮2齿距极限偏差 fpt(±)2=0.01506
齿轮2齿形公差 ff2=0.01105
齿轮2一齿切向综合公差 fi'2=0.01567
齿轮2一齿径向综合公差 fi''2=0
齿轮2齿向公差 Fβ2=0.00630
齿轮2切向综合公差 Fi'2=0.06083
齿轮2径向综合公差 Fi''2=0.05287
齿轮2基节极限偏差 fpb(±)2=0.01415
齿轮2螺旋线波度公差 ffβ2=0.01567
齿轮2轴向齿距极限偏差 Fpx(±)2=0.00630
齿轮2齿向公差 Fb2=0.00630
齿轮2x方向轴向平行度公差 fx2=0.00630
齿轮2y方向轴向平行度公差 fy2=0.0031
齿轮2齿厚上偏差 Eup2=-0.06025
齿轮2齿厚下偏差 Edn2=-0.24099
中心距极限偏差 fa(±)=0.02102
4.3.5 强度校核数据
齿轮1接触强度极限应力σHlim1=594.4(MPa)
齿轮1抗弯疲劳基本值σFE1=465.6(MPa)
齿轮1接触疲劳强度许用值 [σH]1=734.1(MPa) 齿轮1弯曲疲劳强度许用值 [σF]1=831.4(MPa) 齿轮2接触强度极限应力σHlim2=427.1(MPa)
齿轮2抗弯疲劳基本值σFE2=311.1(MPa)
齿轮2接触疲劳强度许用值 [σH]2=527.5(MPa) 齿轮2弯曲疲劳强度许用值 [σF]2=555.5(MPa)
接触强度用安全系数 SHmin=1.00
弯曲强度用安全系数 SFmin=1.40
接触强度计算应力σH=581.3(MPa)
接触疲劳强度校核σH[σH]=不满足
齿轮1弯曲疲劳强度计算应力σF1=76.7(MPa)
齿轮2弯曲疲劳强度计算应力σF2=71.2(MPa)
齿轮1弯曲疲劳强度校核σF1≤[σF]1=满足
齿轮2弯曲疲劳强度校核σF2≤[σF]2=满足
4.4 蜗轮蜗杆的设计
4.4.1 设计校核
用机械设计手册（软件版）v3.0 中的普通圆柱蜗杆传动计算设计程序，设计结果输出如下：
蜗杆输入功率：0.025kW，蜗杆类型：阿基米德蜗杆(ZA型)，蜗杆转速n1：145r/min，蜗轮转速n2：10r/min ，使用寿命：8000小时，理论传动比：14.5，蜗杆头数z1：2，蜗轮齿数z2：29，实际传动比i：14.5。
蜗杆材料：45
蜗杆热处理类型：淬火
蜗轮材料：ZCuSn10P1
蜗轮铸造方法：离心铸造
疲劳接触强度最小安全系数SHmin：1.1
弯曲疲劳强度最小安全系数SFmin：1.2
转速系数Zn：0.904 寿命系数Zh：1.21
材料弹性系数Ze：147N^0.5/mm
蜗轮材料接触疲劳极限应力σHlim：425N/mm^2
蜗轮材料许用接触应力[σH]：422.293N/mm^2
蜗轮材料弯曲疲劳极限应力σFlim：190N/mm^2
蜗轮材料许用弯曲应力[σF]：158.333N/mm^2
蜗轮材料强度计算
轮轴转矩T2:19.1N.m
蜗轮轴接触强度要求:m^2d1≥34.385mm^3
模数m:2mm
蜗杆分度圆直径d1:22.4mm
蜗轮材料强度校核：
迎宾机器人介绍
迎宾机器人介绍 随着人们生活水平的提高，人们在追求物资享受的同时，再在追求精神生活的提高。科技馆不光但负责人们了解当今科技前沿，还是培养学生们学习科学技术的摇篮！ 由北京智能佳科技有限公司研发的迎宾机器人，不仅可以完成迎宾接待的任务，还是一个优秀的科技馆场馆解说员，企业形象的宣传大使，还是一个很好的科学研究移动平台。 迎宾机器人 北京智能佳科技有限公司研发的迎宾机器人拥有超酷的外形，它具备人机交互功能,开放式语言模式，它能进行动作表演,可以完成摇头、做欢迎、拥抱、握手、再见等动作。不仅如此,它还具有渊博的知识，可以与人进行语音聊天、问答、学习等互动活动，还可以唱歌、背诗、跳舞等功能。并且还可以遥控类人双足机器人各种动作。 迎宾机器人功能 1.行走：3组双排全向轮自由行走，启动时有3秒钟加速过程，运动速度： 0.5m/s-1.0m/s，转弯半径：0cm；最大爬坡角度：30度。 2.定位与导航：实现基于Monte Carlo算法的机器人自主定位，并结合视觉信 息和其他传感器信息对定位结果进行校正，实现定位精度在20cm以内； 利用激光、声纳等多种传感器信息融合，实现对周围环境的地图构建。
机器人可以根据地图信息，在指定起点和终点的轨迹上自主导航，到达 各教室完成解说。机器人行走过程中实现自主避障，躲避行人、固定物 体等障碍物，避障半径达到2m。机器人融合多种传感器信息，认知外界 环境，并通过人工智能算法决定机器人的迎宾动作。 3.语音交流：可进行非特定人群的自然语言交互（中文或英文），将记录声音 并转化为数字信号，操纵机器人各种运动，利用强大的计算机处理功能 和先进的语音识别技术，可与机器人交流“奥运知识”、“航天知识”等 科技问答题，机器人可以语音介绍工作环境内的的基本情况并播放相应 的视频或图片，并可以自主的介绍各个工作场景内容。 4.人体感应技术：机器人自动检测到游客的到来，主动迎接参观的观众并问好。 当游客在机器人面前停留数秒后，机器人会主动热情地伸出手与游客握 手，同时会说：“亲爱的朋友，见到您真高兴！请问您有什么需要我帮忙 的？”同时系统自动进入语音识别状态。 5.人脸识别：自动存储人脸信息，实现对有效范围内的人脸识别，判断人的身 份信息，可识别100人以上，识别准确率大于50%。 6.手臂功能：每个手臂具有5个自由度。具有3个手指，可以抓取轻小的物体。 7.表演：机器人不仅可以唱歌、舞蹈、背诵诗词歌赋等，也可以作为指挥家， 控制微型类人机器人跳各种舞蹈。 8.照相功能。迎宾机器人可以用数码相机为游客照相，合成为机器人与人的合 影后后打印出来，游客能够立刻取到相片。 9.当游客离开1.5米的视线时，迎宾机器人会举手然后摆手说：“欢迎下次再 来！ 10.控制系统硬件参数：主控器采用嵌入式PC，主频在1.5G以上。1G内存，32G 硬盘；从控制器不限数量和种类，以分布式多任务结构为原则。外部接 口：2个USB2.0接口、2个COM232接口、1个RJ45以太网接口等。 11.传感器：配有12个超声波测距传感器、5个红外传感器、1个激光传感器、 1个电子罗盘、1个摄像头。通信方式支持wifi（IEEE802.11g）无线通 信局域网、Ethernet以太网、Zigbee无线遥控。头部面板配有LED阵列，内置双音箱（可合声）、降噪麦克风。
工业机器人设计(大四机器人课设作业)(DOC)
“工业机器人”设计大作业 作品题目：货物装卸机器人 专业：机械设计制造及其自动化 姓名：班级：学号： 姓名：班级：学号： 姓名：班级：学号： 指导教师：陈明
1 前言 货物装卸作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。货物装卸机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件货物装卸工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的货物装卸机器人愈10 万台，被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛货物装卸、集装箱等的自动货物装卸。部分发达国家已制定出人工货物装卸的最大限度，超过限度的必须由货物装卸机器人来完成。装卸货物装卸是物流的功能要素之一，在物流系统中发生的频率很高 2 设计方案论证 本课题通过对货物装卸机器人工作对象及工作场所的分析研究，深入了解其工作是 如何进行，各部分零部件应该如何运行以及如何紧密配合，先确定其总体结构再对主要 零部件进行设计计算确定其尺寸大小以及确定电机型号。 2.1 基本思想 （1）设计要考虑要求和工作环境的限制。 （2）考虑到货物装卸货物时所需要精确度不是很高，为了简化结构，境地成本，采用 角铁焊接结构。 （3）为了满足设计要求，须设计三个独立的电机驱动系统，各部分之间通过计算 机控制、协调工作。 （4）本次设计只是该题目的机械部分，而对应控制部件的考虑较少。 3 仓库货物装卸机器人的设计计算 3.1 货物装载伸缩装置的设计 3.1.1 确定传动方案 我们所学的传动方式有以下几种：带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动和钢 丝绳传动等，一般地说，啮合传动传递功率的能力高于摩擦传动；蜗轮传动工作的发热 情况较为严重，因而传动的功率不宜过大；摩擦轮传动由于必须有足够的压紧力，故而 在传递同一圆周力时，其压轴力比齿轮传动的大几倍，因而不宜用于大功率传动。带传
机器人技术报告
《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 ...................................
机器人餐厅创业策划报告
重庆交通大学大学生就业创业指导服务中心 《大学生创业基础》课程期末考核评阅 题号一二三四五六七八九十总分 得分 创业计划书 项目 机器人餐厅 名称 所在 年级专业 学院 序号姓名学号分工及撰写章节本人签名1 2 3 4 5 6 7 8 9
一、项目摘要（10分） 随着我国人口红利渐失，人工成本明显增高，餐饮企业面临着高成本经营风险。智能互联网时代，餐饮行业要如何改变、创新、颠覆？随着智能机器人、人工智能浪潮的到来，机器人和餐厅的有机结合将为餐饮行业另辟蹊径。 当前，整个餐饮行业已经从1.0时代的吃饱、2.0时代的吃好、3.0时代的好看好吃好玩等基本诉求，转向4.0时代的场景化体验需求。为应对互联网浪潮的冲击，众多餐饮企业开始迈出升级改造的步伐，借助互联网手段的创新应用，力求把智能创新升级的核心融入到品牌的血液中，以博取在行业中立于不败之地。 1.1 产品与服务 机器人餐厅，是以机器人为主题，餐厅为核心的一种经营模式，由机器人来提供完成点餐，上菜，结账，清洁的特色服务。 1.2 管理团队 本项目团队设定一名主要负责人，带领创业团队走向战略性创新与服务，结合财务，营销，机器人技术部，人力及后勤生产五个部门，以负责人占大头股份的股份制，多劳多得制管理和激励创业人员共同努力。 1.3 行业及市场 2015年，中国餐饮业的整体市场规模已经超过了两万亿元大关。但是，随着我国劳动力价格的上升，餐饮业的利润下降。越来越多的餐厅不再考虑如何大肆扩张，而是努力控制成本，提高效率，使利润回升。在我国劳动力成本逐渐增长，劳动力出现结构性短缺的当下，机器人代替人工从做“人做不到的事情”到做“人不愿意做的事情”已经成为一种趋势。 1.4 营销策略 餐饮部在盈利的前提下，处理好美食的高品位和低价位的问题。 1.5 财务计划及分析 由于政策支持，大学生创业三年免税，故税收成本不计算在内。 主要成本为：房屋租金，装修费用，员工工资，机器人租用费用，用具费用，宣传费用，水电费，原材料费等。主要收入：顾客消费。 1.6 风险因素 包括市场风险，技术风险，团队管理风险，财务风险，现金流风险等。
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
迎宾机器人成稿版
《电子技术》课程设计报告课题：商店迎宾机器人电路 班级电气11xx班学号xxxxxx 学生姓名xxx 专业电气信息类 系别电子与电气工程学院 指导老师电子技术课程设计指导小组 淮阴工学院 电子与电气工程学院 2014年5月
一．设计目的： a）培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。 b）学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。 c）进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。 d）培养学生的创新能力。 二．设计要求： 1. 能判断顾客进门与出门，在有顾客进门时“欢迎光临”，出门时“谢谢光临”。 2. 能实时统计来访人数及当前店内人数，并用数码管显示出来。 3. 电路设计要求有抗干扰的措施。 4. 统计误差不超过一人。 5. 电路设计不能使用MCU，只能应用普通中小规模集成电路芯片。成本控制在20元内。
. 图1 原理框图
图2机器人光电数字显示电路 原理： （1）光电输人电路 该电路由红外发射管和光电三极管组成。在该电路中，红外发射管VD 1 是由 9V直流电源通过R 1的限流直接驱动的，这是因为在该电路中，发射管与接收管
固定安置且距离较近。因此红外发射管既不需要通过脉冲驱动来提高发射功率和增大发射距离，又不需要通过改变频率来区分控制频道。这种电路结构既满足了电路工作的需要，又使电路结构变得简单。 （2）光电三极管接收电路 光电三极管3DU12将发射管发送来的红外光接收后转化为信号电压，并进行一级放大后输出。由光电三极管的特性可知，当它受光照射时，集电极输出为低电平；当光被阻挡时，集电极输出立即变为高电平，阻挡物过后输出又变为低电平。这就是说，当一个物体从光电三极管与红外发光管之间通过时，光电三极管的输出端会输出一个正向的脉冲电压，该脉冲的宽度与物体通过的速度有关。 （3）脉冲形成电路 该电路由两级电压比较器、光耦合器和晶体管开关电路等组成。电压比较器 IC 1A 、IC 1B 由四电压比较器(LM339)组成，它的两个同相端作为比较基准端，并且 被R 3、R 4 分压后偏置于V DD /2，即4.5V，作为比较器的参考电压。 电压比较器在电路结构上相当于一个增益不可调的运算放大器，它有一个同 相输人端（＋）、一个反相输入端（一）和一个输出端。如果以同相输入端作为比较基准端，则当反相输人端的电压小于基准端的参考电压时输出端为高电平，当反相输入端的电压大于参考电压时输出端为低电平。 在该电路中，光电三极管的输出端与第一电压比较器IC 1A 的反相输入端（一）相连，第一电压比较器的输出端与第二电压比较器的反相输入端（一）相连。平时，光电三极管受光的照射，输出端为低电平，这一低电平远小于参考电压 （4.5V），所以IC 1A 输出高电平。这一高电平加至IC 1B 的反相端并且高于参考电 压，使IC 1B 输出低电平。IC 1B 的输出端接光耦合器发光管的负极，使发光管发光， 光耦合器4N35中的光电三极管导通，流过光电三极管的电流在R 9 上形成较高的 电压降。这一电压经R 9与R 10 分压后加至VT 2 的基极，使VT 2 导通，其集电极输出 低电平。当接收光电管被物体遮挡后，它的输出端变为高电平，通过两级电压比 较器及光耦合器的变换使VT 2 截止，它的输出端输出高电平。阻挡物移走过后， VT 2 又导通，其集电极又变为低电平。这样，每当光电三极管被物体阻挡一次， VT 2 的输出端就会形成一个由低变高、再由高变低的过程。当这个（由高变低的）过程发生后，开关管VTZ的集电极就会输出一个脉冲电压，这个脉冲的下降沿就
六自由度工业机器人设计
六自由度工业机器人 对于工业机器人的设计与大多数机械设计过程相同;首先要知道为什么要设计机器人机器人能实现哪些功能活动空间（有效工作范围）有多大了解基本的要求后，接下来的工作就好作了。 首先是根据基本要求确定机器人的种类，是行走的提升（举升）机械臂、还是三轴的坐标机器人、还是六轴的机器人等。选定了机器人的种类也就确定了控制方式，也就有了在有限的空间内进行设计的指导方向。 接下来的要做的就是设计任务的确定。这是一个相对复杂的过程，在实现这一复杂过程的第一步是将设计要求明确的规定下来;第二步是按照设计要求制作机械传动简图，分析简图，制定动作流程表（图），初步确定传动功率、控制流程和方式;第三步是明确设计内容，设计步骤、攻克点、设计计算书、草图绘制，材料、加工工艺、控制程序、电路图绘制;第四步是综合审核各方面的内容，确认生产。 下面我将以六轴工业机器人作为设计对象来阐明这一设计过程： 在介绍机器人设计之前我先说一下机器人的应用领域。机器人的应用领域可以说是非常广泛的，在自动化生产线上的就有很多例子，如垛码机器人、包装机器人、转线机器人;在焊接方面也有很例子，如汽车生产线上的焊接机器人等等;现在机器人的发展是非常的迅速，机器人的应用也在民用企业的各个行业得以延伸。机器人的设计人才需求也越来越大。 六轴机器人的应用范筹不同，设计形式也各不相同。现在世界上生产机器人的公司也很多，结构各有特色。在中国应用最多的如：ABB、Panasonic、FANUK、莫托曼等国外进口的机器人。 既然机器人的应用那么广泛，在我国却没有知名的生产公司。对于作为中国机械工程技术人员来说是一个值得思考的问题！有关机器人技术方面探讨太少了从业人员还不能成群体虽然在很多地方可以看到机器的论术，可是却没有真正形成普及的东西。 即然是要说设计，那我就从头一点一点的说起。力求讲的通俗简明一些，讲得不对的地方还请各位指正！ 六轴机器人是多关节、多自由度的机器人，动作多，变化灵活;是一种柔性技术较高的工业机器人，应用面也最广泛。那么怎样去从头开始的设计它呢工作范围又怎样去确定动作怎样去编排呢位姿怎样去控制呢各部位的关节又是有怎么样的要求呢等等。。。。。。让我们带着众多的疑问慢慢的往下走吧！ 首先我们设定：机器人是六轴多自由度的机器人，手爪夹持二氧气体保护焊标准焊枪;完成点焊、连续焊等不同要求的焊接部件，工艺要求、工艺路线变化快的自动生线上。最大伸长量：1700mm;转动270度;底座与地平线水平固定;全电机驱动。 好了，有了这样的基本要求我们就可以做初步的方案的思考了。 首先是全电机驱动的，那么我们在考虑方案的时候就不要去考虑液压和气压的各种结构了，也就是传动机构只能用齿轮齿条、连杆机构等机械机构了。 机器人是用于焊接方面的，那么我们就去考察有人工行为下的各种焊接手法和方法。这里就有一个很复杂的东西在里面，那就是焊接工艺;即然焊艺定不下来，我们就给它区分一下，在常用焊接里有单点点焊、连续断点点焊、连续平缝焊接、填角焊接、立缝焊接、仰焊、环缝焊等等。。。。。。 搞清了各种焊方法，也就明白了要实现这些复杂的动作就要有一套可行的控制方式才行;在机械没有完全设计出来之前可以不做太多的控制方案思考，有一个大概的轮廓概念就行了，待机械结构做完，各方面的驱动功率确定下来之后再做详细的程序。 焊枪是用常用的标准的焊枪，也就是说焊枪是随时可以更换下来的，也就要求我们要做到对焊枪的夹持部分进行快速锁定与松开。
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。
迎宾机器人
福州大学电气工程与自动化2010级电子技术综合实验报告 迎宾电路的设计与分析 学号 姓名 指导老师杨晶菁 实验时间2012.06.15
一实验任务 1 设计一个迎宾电路，能识别进出，并用指示灯表示 2 能统计“进店人数”和“店内人数”并用数码管显示 3 统计范围在0~99人 4 要有复位键 二实验目的 1 掌握电路板焊接技术 2 学习调试系统电路，提高实验技能 3 熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理 4 了解迎宾电路的工作原理及其结构 三器件清单 元件名称型号规格数量定时发生器NE555 \ 2 反相器74LS00 \ 1 计数器(加) 74LS161 \ 2 计数器（加减）74LS192 \ 2 电阻\ 500K/200 2/1 电容\ 3.3uF 2 焊板\ 9X15 1 导线若干
四管脚图 74LS192引脚图管脚及功能表 74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示： （a）引脚排列 (b) 逻辑符号 图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出 端， 为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，为 清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。 其功能表如下： 输入输出 MR P 3P 2 P 1 P Q 3 Q 2 Q 1 Q 1×××××××0000 00××d c b a d c b a 011××××加计数011××××减计数 表5-2 74LS192的功能表
74ls161引脚图与管脚功能表资料 74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能，： <74ls161引脚图> 管脚图介绍： 时钟CP和四个数据输入端P0~P3 清零/MR 使能CEP，CET 置数PE 数据输出端Q0~Q3 以及进位输出TC. (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET) 输入输出 C R CP L D EP ET D3D2D1D0Q3 Q2Q1Q0 0 Ф Ф Ф Ф Ф Ф Ф Ф 0 0 0 0 1 ↑ 0 Ф Ф d c b a d c b a 1 ↑ 1 0 Ф Ф Ф Ф Ф Q3 Q2Q1Q0 1 ↑ 1 Ф 0 Ф Ф Ф Ф Q3 Q2Q1Q0 1 ↑ 1 1 1 Ф Ф Ф Ф 状态码加1
机器人课程设计报告
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
智能化机器人设计报告
上海应用技术学院Shanghai Institute of Technology 组长：王文博 组员：严格，熊祚强 指导教师：周文 项目工期：2014年6月10日——2015年6月15日
摘要：本项目研发智能家庭监督机器人是基于智能手机平台之下所应用的， 在借助于ug三维建模设计，机械设计以传动设计，及嵌入式硬件的插入，成功地实现了人远距离分身控制并监督家庭情况，能够随时随地掌握家庭环境的变化，为家庭安全的保障提供了基础，并且解决了目前市场家政机器人价格昂贵的现象。 前言: 随着物联网，智能家居以及智能手机的兴起，针对国内的市场环境， 本项目研发出的一系列四款智能家庭服务机器人，本项目研发的机器人管家是一种远程交互型机器人家政机器人采用低功耗WIFI技术连接互联网及手机终端通过强大智能手机及网络云服务器的数据计算处理能力对机器人进行智能化控制，从而降低了机器人的所需硬件成本，使得家政机器人能被国内消费者所接受。此机器人装配了红外，433射频的家电控制系统，实现了远程家电控制功能，并解决了目前智能家居家电设备接口协议不统一，传统家电难以兼容的问题。此外，机器人本身留有各种传感器接口，通过采用本项目研发的红外热式，温湿度，甲醛以及PM2.5传感器机器人能够实现远程家庭环境监控，家居安防的功能。能够解决目前家庭服务类机器人依赖进口，售价高昂的市场现状。 正文：（建模方面）
如上图所示，主观三视图，以及大致轮廓视图，外观视图上采取了全新的外观设计，底部以正六棱柱作为底座，并且采用抽壳技术，扩大内部空间，方便内部嵌入传动系统，机械设计等等，并且为以后的硬件电子设施提供了空间基础，上部采用圆弧拉伸，同样扩大内部空间，便于齿轮，马达等传动设施插入，放手机的补位，采用加盖模式，内部设有弹簧等设施，加紧设备。具体如下： 一：底轮 底轮采用一般的轮胎设计，圆弧效果便于运动，轮胎表面加拉伸效果，增加抓地，增大摩擦，内部增加五角星设计，省材料， 增加美观 二：转向轮： 由于底面为正六棱柱，两个轮子不能稳定行走，并且转向不方便，故在底面加上两个可以自由旋转的转向轮，转向轮 采用平常滑板上的轮子，这样的轮，自由性比较大，可以随 意转向，而传统的车轮，自由性较低，两者互相结合，既可 以自由转向，又可以稳抓底面。建模设计上主要采用了草图 拉伸方式。 三：滚轴：
迎宾机器人设计
1引言 1.1设计目的 机器人可以干人不愿意干的事，把人从有毒的、有害的、高温的或危险的，这样的环境中解放出来，同时机器人可以干不好干的活，比方说在汽车生产线上我们看到工人天天拿着一百多公斤的焊钳,一天焊几千个点，就重复性的劳动，一方面他很累，但是产品的质量仍然很低；另一方面机器人干人干不了的活，这也是非常重要的机器人发展的一个理由，比方说人们对太空的认识，人上不去的时候，叫机器人上天，上月球，以及到海洋，进入到人体的小机器人，以及在微观环境下，对原子分子进行搬迁的机器人，都是人们不可达的工作。 机器人是一个具有有类人的功能，比如说作业功能；感知功能；行走功能；还能完成各种动作，还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是可以编程，改变工作、动作、工作的对象和工作的一些要求。是人造的机器或机械电子装置，所以这种机器人仍然是个机器。但是目前还没有一个统一的有关机器人定义，一般来说认为机器人是计算机控制的可以编程的目前能够完成某种工作或可以移动的自动化机械，这是美国工程师协会定的一个定义，但日本和其他国家也对机器人有不同的看法，从完整的更为深远的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，所以又提出来机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。那么这给机器人提出来更高层次的要求，所以要求设计出机器人。 1.2设计背景 首先我介绍一下机器人产生的背景，机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，也同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中，各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。 另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，那么人类的发展随着人们这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。 “迎宾机器人”是一个机电结合的制作。在现实当中，当客人来到门口时，会向客人热情的说一句“欢迎光临”，同时记下进入人数，同样当有客人从门口离
机器人设计与制作报告
中国矿业大学徐海学院 双足竞步机器人设计与制作技术报告 队名：班级： 成员： 题目：双足竞步机器人的设计与制作（交叉足） 任课教师： 2015 年1月
双足竞步机器人设计与制作任务书班级学号学生姓名任务下达日期：2014年11 月24 日 设计日期：2014年11月24日至2015年1 月8 日设计题目：双足竞步机器人设计与制作（交叉足） 设计主要内容和完成功能： 1、双足竞步机器人机械图设计； 2、双足竞步机器人结构件加工； 3、双足竞步机器人组装； 4、双足竞步机器人电气图设计； 5、双足竞步机器人控制板安装； 6、整机调试 7、完成6米的马拉松比赛。 教师签字：
摘要 文章介绍了一个六个自由度的小型双足机器人的设计加工、调试与最后实现。设计过程包括机械结构设计、电路设计与制作，机器人步态规划算法研究，利用Atmega8芯片实现了对六个舵机的分时控制，编写VC上位机软件,通过串口通信对双足竞步机器人进行调试，通过人体仿生学调试出机器人的步态规划。实现了双足竞步机器人稳定向前行走、立正、向前翻跟头、向后翻跟头。 关键词：机器人，串口通信，步态规划，舵机
目录 一、系统概述 (5) 1.1 机器人的简述 (5) 1.2 机器人的组成 (5) 1.2.1执行机构 (5) 1.2.2驱动装置 (5) 1.2.3检测装置 (5) 1.2.4控制系统 (5) 二、硬件设计 (6) 2.1硬件设计的整体分析 (6) 2.2舵机的介绍 (6) 三、软件设计 (7) 四、系统调试 (8) 4.1步态的规划 (8) 4.2软件调试 (8) 五、结束语 (8) 六、参考文献 (8) 七、附录 (9) 程序代码 (9)
迎宾机器人小常识m
迎宾机器人小常识m 卡特迎宾机器人是指能为某种产品做其相应详细清晰解说对话讲解接待的机器人，顾客可自主选择，机器人带有丰富的表情，时常灵活的动作这些都能提升顾客的兴趣从而达到一个更好的效果。讲解机器人可按设定的路线自主行走，并且能自主的躲避障碍物，遇到障碍物时，机器人能发出语音提醒，感应性强。可根据语音控制行走引导，导游接大堂经理功能兼备。kt02 迎宾机器人的配置： 定位方式：循磁 速度：0-1米/秒 定位精度：±10mm 自主壁障距离：200mm-3000mm可调 整体重量：70KG以内 设备材质：玻璃钢 迎宾机器人关键元器件配置 1、循磁技术，避免了光电技术存在的易受干扰,使用寿命短等问题，可以方便地识别多工位和路径分支、环境适应性更佳等诸多优点； 2、模块化组件，方便维护，维修简便(卡特迎宾机器人)； 3、综合避障系统，点云式传感器布局，对障碍物进行远、中、近多次识别，并作出相应反应，超高安全系数避免设备在运行中造成不必要的损失，多路非接触式避障传感器的应用，确保机器人运行过程中的自身安全以及对周围环境和人员的安全(想联系手机前面是185中间是537后面为15607)； 4、高防护等级，适应性强，不需要为机器人设定特定运行环境； 5、运行灵活：差速驱动方式使机器人转弯半径小，可以实现原地转向以及掉头； 6、PWM调速方式使车体可在0-3米/秒的范围内无极调速，并根据设定在不同的路段采用不同的速度行驶，兼顾了工作效率与安全性能； 7、续航时间长：大容量电池的配备使得机器人可以长时间工作； 8、机器人可以完全智能自主运行； 9、语音模块：可设置发出多条语音，根据文档播报语音。
工业机器人课程设计
河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一
步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势
机器人课程设计报告材料
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。通过学习，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，机器人通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
工业机器人课程设计--多功能机械手-精品
《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 2014 年10 月1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15)
一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，
机器人实验报告
机器人学基础 实验报告 中南大学机电工程学院机械电子工程系 2016年10月
一、实验目的 1．了解四自由度机械臂的开链结构； 2．掌握机械臂运动关节之间的坐标变换原理； 3．学会机器人运动方程的正反解方法。 二、实验原理 本实验以SCARA 四自由度机械臂为例研究机器人的运动学问题.机器人运动学问题包括运动学方程的表示,运动学方程的正解、反解等,这些是研究机器人动力学和机器人控制的重要基础,也是开放式机器人系统轨迹规划的重要基础。 机械臂杆件链的最末端是机器人工作的末端执行器(或者机械手)，末端执行器的位姿是机器人运动学研究的目标，对于位姿的描述常有两种方法：关节坐标空间法和直角坐标空间法。 关节坐标空间： 末端执行器的位姿直接由各个关节的坐标来确定，所有关节变量构成一个关节矢量，关节矢量构成的空间称为关节坐标空间。图1-1是GRB400机械臂的关节坐标空间的定义。因为关节坐标是机器人运动控制直接可以操纵的，因此这种描述对于运动控制是非常直接的。 直角坐标空间： 机器人末端的位臵和方位也可用所在的直角坐标空间的坐标及方位角来描述，当描述机器人的操作任务时，对于使用者来讲采用直角坐标更为直观和方便（如图1-2）。 当机器人末端执行器的关节坐标给定时，求解其在直角坐标系中的坐标就是 正向运动学求解（运动学正解）问题；反之，当末端执行器在直角坐标系中的坐 图1-1 机器人的关节坐标空间 图1-2 机器人的直角坐标空间法
标给定时求出对应的关节坐标就是机器人运动学逆解（运动学反解）问题。运动学反解问题相对难度较大，但在机器人控制中占有重要的地位。 机器人逆运动学求解问题包括解的存在性、唯一性及解法三个问题。 存在性：至少存在一组关节变量来产生期望的末端执行器位姿，如果给定末端执行器位臵在工作空间外，则解不存在。 唯一性：对于给定的位姿，仅有一组关节变量来产生希望的机器人位姿。机器人运动学逆解的数目决定于关节数目、连杆参数和关节变量的活动范围。通常按照最短行程的准则来选择最优解，尽量使每个关节的移动量最小。 解法：逆运动学的解法有封闭解法和数值解法两种。在末端位姿已知的情况下，封闭解法可以给出每个关节变量的数学函数表达式；数值解法则使用递推算法给出关节变量的具体数值，速度快、效率高，便于实时控制。下面介绍D-H 变化方法求解运动学问题。 建立坐标系如下图所示 连杆坐标系{i }相对于{ i ?1 }的变换矩阵可以按照下式计算出，其中连杆坐标系D-H 参数为由表1-1给出。 齐坐标变换矩阵为： 其中描述连杆i 本身的特征；和描述连杆i?1与i 之间的联系。对于旋转关节，仅是关节变量，其它三个参数固定不变；对于移动关节，仅是关节变量，其它三个参数不变。