機器人履帶行走系統設計(含CAD零件裝配圖)

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資料介紹:

機器人履帶行走系統設計(含CAD零件裝配圖)(任務書,開題報告,外文翻譯,設計說明書12400字,CAD圖9張)
摘  要
機器人技術在如今的應用中越來越廣泛,其中集營救于一體的救援機器人又是研究中的新方向。典型的機器人由行走系統、作業系統、驅動系統、運動傳感與控制系統等組成。機器人行走系統的選擇關乎到整個機器人的運動,是機器人完成設定任務的基礎。行走系統設計如今主要有輪式移動和履帶式行走。履帶式行走系統在較惡劣環境下具有更優異的表現。履帶接觸面積大,接地比壓小,動力強勁,克服障礙性能好等優勢。
通過對不同機構特點的研究,對關節式履帶機器人進行分析論證。此類機器人在不同環境中通過改變關節的位置關系通過障礙。論文主要討論了此類機器人的結構設計,控制原理并對機器人越野機動性能進行分析。在結構設計中,先對行走機構轉向進行了物理分析,加入了雙流向機構使得轉彎更加平穩,靈活。在特定物理條件下,對機器人主軸,齒輪等主要零部件進行尺寸設計,初步得到機器人結構參數。在控制系統設計中,考慮到履帶式機器人的工作環境,利用PC機無線通訊控制單片機,單片機控制相應步進電機完成指定動作。與此同時PC機可以接受單片機的反饋調節行走機構的姿態。最終本文還對機器人的各項性能指標進行了分析,主要針對溝壑跨越,爬坡行駛和階梯翻越三種特殊環境進行研究。根據運動中重心變化等指標,增大履帶臂與機體的距離,對機構尺寸給出了最優設計方案。
最后對機器人未來發展進行展望,未來世界一定會因為科技的進步,機器人技術的發展而更加美好。

關鍵詞:機器人技術;履帶行走系統;性能指標

1.3主要研究方向
1.3.1履帶式行走系統內部結構研究
初步設計的關節式履帶行走機構是利用步進電機驅動,該機構包含運動履帶和臂履帶。兩履帶用關節連接。而關節可以不斷調整姿態以適應不同環境障礙。機器人這種關節式設計可以基本滿足大多數運動要求。當然,設計中也存在不足,首先,履帶式行走機構在轉向時速度較高一側會出現滑轉現象而速度較低一側會產生滑移。轉向時,內外側履帶的實際速度與理論的速度不同,這樣還會帶來轉向半徑與轉向角度的變化。由于車輛轉向還會引起功率增大,當然這與地面路況和機器人接夠有直接關系。另一方面,由于長期使用導致履帶形變,破壞,磨損。最終使得機器人在直線行駛時兩履帶速度不一致。這種現象稱為自偏駛現象。為解決這類缺陷,我們在將雙流轉向機構應用在行駛傳動系統中。這種機構將動力分為變速分路與轉向分路,功率整合后加載到驅動輪。次機構不僅平衡兩側功率流提高了功率效率還消除了因為電機而造成的偏駛誤差。設計中,我們安放了轉向電機,用來滿足轉向時功率增大的需求。
1.3.2行走系統控制設計
    機器人控制系統核心就是單片機,這次選用一個主單片機和四個從單片機。從單片機是用來控制步進電機的,單片機控制步進電機完成相應的行走動作。這四個電機分別為行駛驅動電機和轉向電機以及兩個關節驅動電機。單片機作為控制的核心,十分重要。因此,要合理調試單片機與電機之間的配合,使得電機能理想驅動機器人完成相應動作。
1.3.3行走系統越障分析
    本文對所設計的履帶行走機器人實用穩定性進行研究。在相應數學及物理模型下,通過計算得到相關運行數據,分別對機器人穩定性和相應的越障可行性進行分析。得到相應的理想設計數據。經過分析,在設計方案基礎上獲得最優方案。

工作內容與需要提供的基礎資料
(1)工作內容
(a)履帶式行走系統機構與機械結構設計;
(b)履帶式行走系統控制方案設計;
(c)履帶式行走救援機器人越野與機動性能分析;
(d)履帶式行走救援機器人靜態穩定性分析與負載能力分析。
(2)基本傳動方案
以能穿越復雜環境(如臺階、樓梯、斜坡、壕溝、障礙等)到達指定場所實施多種救援任務為目標,構建救援機器人履帶式行走系統實現方案。
(3)原始條件及數據
(a)最大進退速度:20m/min;
(b)最大行進坡度角:25°;
(c)最大越障高度:100mm;
(d)最大跨越寬度:150mm;
(e)最小轉彎半徑:600mm;
(f)最大負載能力:15kg;
(g)最大外形尺寸:700mm(長)×300mm(寬)×300mm(高)。
 

機器人履帶行走系統設計(含CAD零件裝配圖)
機器人履帶行走系統設計(含CAD零件裝配圖)
機器人履帶行走系統設計(含CAD零件裝配圖)
機器人履帶行走系統設計(含CAD零件裝配圖)


目   錄
摘   要    I
Abstract    II
第一章  緒論    1
1.1 選題背景與意義    1
1.1.1 選題背景    1
1.1.2 各類行走機構特點    1
1.2履帶式移動機器人的研究現狀    2
1.3主要研究方向    3
1.3.1履帶式行走系統內部結構研究    3
1.3.2行走系統控制設計    4
1.3.3行走系統越障分析    4
第二章 機器人結構設計    5
2.1簡介    5
2.2履帶機器人力學分析    5
2.2.1履帶機器人行走分析    5
2.2.2機構轉向原理    5
2.3傳動結構    9
2.3.1履帶式行走機構    9
2.3.2履帶機器人關節方案設計    12
2.4基本結構設計    12
2.4.1軸類零件參數尺寸    12
2.4.2剩余部件設計    13
第三章  機器人控制系統    15
3.1 簡述    15
3.2 控制系統選取    15
3.2.1 主要原件選取    15
3.2.2 控制原理設計    15
第四章  越野機動性能分析    17
4.1 概述    17
4.2履帶機器人穩定性分析    17
4.3.1 溝壑跨越    18
4.3.2 爬坡行駛    18
4.3.3 臺階翻越    19
第五章 結論與展望    21
5.1結論    21
5.2展望    21
致    謝    22
參考文獻    23

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