L300MM智能機(jī)器小車設(shè)計(jì)【移動機(jī)器人】

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這里我們所研究的小車，可以應(yīng)用到多個領(lǐng)域如礦下探測，海底檢測等。這里以礦下探測為例：現(xiàn)在我國的大部分礦產(chǎn)都是采用人工井下作業(yè)的形式進(jìn)行的，這不但生產(chǎn)效率得不到保證，井下做業(yè)人員的人身安全也經(jīng)常會受到威脅。而如果應(yīng)用機(jī)器小車來進(jìn)行實(shí)時的檢測、生產(chǎn)和運(yùn)輸，必將大大的提高生產(chǎn)效率，其井下的探測功能也可以很大程度的降低安全問題的發(fā)生。 二 本課題的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 機(jī)器人這個概念其實(shí)是最近幾十年才產(chǎn)生的。但是人類對機(jī)器人的遐想早在幾千年前就產(chǎn)生了。人類希望制造一種像人一樣的機(jī)器，以便代替人類完成各種工作 　　西周時期，我國的能工巧匠偃師就研制出了能歌善舞的伶人，這是我國最早記載的機(jī)器人。 　　春秋后期，據(jù)《墨經(jīng)》記載，我國著名的木匠魯班曾制造過一只木鳥，能在空中飛行“三日不下”，體現(xiàn)了我國勞動人民的聰明智慧。 　　公元前2世紀(jì)，亞歷山大時代的古希臘人發(fā)明了最原始的機(jī)器人——自動機(jī)。它是以水、空氣和蒸汽壓力為動力的會動的雕像，它可以自己開門，還可以借助蒸汽唱歌。 　　1800年前的漢代，大科學(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動儀，而且發(fā)明了計(jì)里鼓車。計(jì)里鼓車每行一里，車上木人擊鼓一下，每行十里擊鐘一下。 　　后漢三國時期，蜀國丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了“木牛流馬”，并用其運(yùn)送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭。 　　1662年，日本的竹田近江利用鐘表技術(shù)發(fā)明了自動機(jī)器玩偶，并在大阪的道頓堀演出。 　　1738年，法國天才技師杰克·戴·瓦克遜發(fā)明了一只機(jī)器鴨，它會嘎嘎叫，會游泳和喝水，還會進(jìn)食和排泄。 　　在當(dāng)時的自動玩偶中，最杰出的要數(shù)瑞士的鐘表匠杰克·道羅斯和他的兒子利·路易·道羅斯。1773年，他們連續(xù)推出了自動書寫玩偶、自動演奏玩偶等，他們創(chuàng)造的自動玩偶是利用齒輪和發(fā)條原理而制成的。它們有的拿著畫筆和顏色繪畫，有的拿著鵝毛蘸墨水寫字，結(jié)構(gòu)巧妙，服裝華麗，在歐洲風(fēng)靡一時。由于當(dāng)時技術(shù)條件的限制，這些玩偶其實(shí)是身高一米的巨型玩具?，F(xiàn)在保留下來的最早的機(jī)器人是瑞士努薩蒂爾歷史博物館里的少女玩偶，它制作于二百年前，兩只手的十個手指可以按動風(fēng)琴的琴鍵而彈奏音樂，現(xiàn)在還定期演奏供參觀者欣賞，展示了古代人的智慧。 　　19世紀(jì)中葉自動玩偶分為2個流派，即科學(xué)幻想派和機(jī)械制作派，并各自在文學(xué)藝術(shù)和近代技術(shù)中找到了自己的位置。1831年歌德發(fā)表了《浮士德》，塑造了人造人“荷蒙克魯斯”；1870年霍夫曼出版了以自動玩偶為主角的作品《葛蓓莉婭》；1883年科洛迪的《木偶奇遇記》問世；1886年《未來的夏娃》問世。在機(jī)械實(shí)物制造方面，1893年摩爾制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驅(qū)動雙腿沿圓周走動。 　　進(jìn)入20世紀(jì)后，機(jī)器人的研究與開發(fā)得到了更多人的關(guān)心與支持，一些適用化的機(jī)器人相繼問世，1927年美國西屋公司工程師溫茲利制造了第一個機(jī)器人“電報(bào)箱”，并在紐約舉行的世界博覽會上展出。它是一個電動機(jī)器人，裝有無線電發(fā)報(bào)機(jī)，可以回答一些問題，但該機(jī)器人不能走動。1959年第一臺工業(yè)機(jī)器人（可編程、圓坐標(biāo)）在美國誕生，開創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。 　　現(xiàn)代機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)中期，其技術(shù)背景是計(jì)算機(jī)和自動化的發(fā)展，以及原子能的開發(fā)利用。 　　自1946年第一臺數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問世以來，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(shù)的進(jìn)展，其結(jié)果之一便是1952年數(shù)控機(jī)床的誕生。與數(shù)控機(jī)床相關(guān)的控制、機(jī)械零件的研究又為機(jī)器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，原子能實(shí)驗(yàn)室的惡劣環(huán)境要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國原子能委員會的阿爾貢研究所于1947年開發(fā)了遙控機(jī)械手，1948年又開發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手。 　　1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機(jī)器人進(jìn)行動作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?，F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。 　　作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人的控制方式與數(shù)控機(jī)床大致相似，但外形特征迥異，主要由類似人的手和臂組成。 　　1965年，MIT的Roborts演示了第一個具有視覺傳感器的、能識別與定位簡單積木的機(jī)器人系統(tǒng)。 　　1967年日本成立了人工手研究會（現(xiàn)改名為仿生機(jī)構(gòu)研究會），同年召開了日本首屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會。 　　1970年在美國召開了第一屆國際工業(yè)機(jī)器人學(xué)術(shù)會議。1970年以后，機(jī)器人的研究得到迅速廣泛的普及。 　　1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一臺由小型計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人，它是液壓驅(qū)動的，能提升的有效負(fù)載達(dá)45公斤。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，使機(jī)器人在功能和技術(shù)層次上有了很大的提高，移動機(jī)器人和機(jī)器人的視覺和觸覺等技術(shù)就是典型的代表。由于這些技術(shù)的發(fā)展，推動了機(jī)器人概念的延伸。80年代，將具有感覺、思考、決策和動作能力的系統(tǒng)稱為智能機(jī)器人，這是一個概括的、含義廣泛的概念。這一概念不但指導(dǎo)了機(jī)器人技術(shù)的研究和應(yīng)用，而且又賦予了機(jī)器人技術(shù)向深廣發(fā)展的巨大空間，水下機(jī)器人、空間機(jī)器人、空中機(jī)器人、地面機(jī)器人、微小型機(jī)器人等各種用途的機(jī)器人相繼問世，許多夢想成為了現(xiàn)實(shí)。將機(jī)器人的技術(shù)（如傳感技術(shù)、智能技術(shù)、控制技術(shù)等）擴(kuò)散和滲透到各個領(lǐng)域形成了各式各樣的新機(jī)器——機(jī)器人化機(jī)器。當(dāng)前與信息技術(shù)的交互和融合又產(chǎn)生了“軟件機(jī)器人”、“網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人”的名稱，這也說明了機(jī)器人所具有的創(chuàng)新活力。 90年代以來，以研制高水平的環(huán)境信息傳感器和信息處理技術(shù)、高適應(yīng)性的移動機(jī)器人控制技術(shù)和真實(shí)環(huán)境下的規(guī)劃技術(shù)為標(biāo)志，開展了移動機(jī)器人的更高層次的研究。現(xiàn)在機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣，種類也越來越多，但大體上可分為輪式機(jī)器人和足式機(jī)器人。智能小車就是輪式機(jī)器人中的一種，雖然是最基本的機(jī)器人雛形，但其中已包含了大部分功能，綜合國內(nèi)外專家解釋，機(jī)器人是具有一些類似人的功能的機(jī)械電子裝置或者叫自動化裝置，它仍然是個機(jī)器。它有三個特點(diǎn)：一個是有類人的功能，比如說作業(yè)功能；感知功能；行走功能；還能完成各種動作，它還有一個特點(diǎn)是根據(jù)人的編程能自動的工作，這里一個顯著的特點(diǎn)，就是它可以編程，改變它的工作、動作、工作的對象和工作的一些要求。它是人造的機(jī)器或機(jī)械電子裝置，所以這個機(jī)器人仍然是個機(jī)器。但是目前還沒有一個統(tǒng)一的有關(guān)機(jī)器人定義，美國工程師協(xié)會認(rèn)為機(jī)器人是計(jì)算機(jī)控制的可以編程的目前能夠完成某種工作或可以移動的自動化機(jī)械，但日本和其他國家也對機(jī)器人有不同的看法，他們認(rèn)為從完整的更為深遠(yuǎn)的機(jī)器人定義來看，應(yīng)該更強(qiáng)調(diào)機(jī)器人智能，所以人們又提出來機(jī)器人的定義是能夠感知環(huán)境，能夠有學(xué)習(xí)、情感和對外界一種邏輯判斷思維的這種機(jī)器。這也將是未來機(jī)器人的只要的發(fā)展趨勢。 三 本課題研究的關(guān)鍵問題及方法 根據(jù)任務(wù)書的要求及收集的資料，本課題的關(guān)鍵問題在于機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)。搭載機(jī)械手的移動機(jī)器人本體為四輪萬向輪小車，它具備自主導(dǎo)航能力。在遇到物體時，可遠(yuǎn)程控制并操作機(jī)械手抓取。車載機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)3大部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械臂、機(jī)械手爪與基座的總稱。驅(qū)動機(jī)構(gòu)有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機(jī)械驅(qū)動。目前專用機(jī)械手采用電氣驅(qū)動方式的較多。手部安裝與手臂前端是用來抓持工件(或工具)的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。手臂的作用是引導(dǎo)手指精確地抓住目標(biāo)物體，并運(yùn)送到所需要的位置上去，故手臂的位置需精確定位。手臂由以下幾部分組成：①動作元件，帶動手臂運(yùn)動的動力裝置，在本車載機(jī)械手中為兩臺直流無刷伺服電機(jī)，驅(qū)動手臂運(yùn)動；②導(dǎo)向裝置，保證手臂的正確方向及承受由于目標(biāo)物體重量所產(chǎn)生的彎曲和扭轉(zhuǎn)力矩；③手臂，承接和承受外力作用的部件，手臂上的零部件都裝在手臂上。 機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)還需要從其自由度出發(fā)，結(jié)合材料、動力、抓取的物品的形狀等方面，保證其能在特殊環(huán)境下準(zhǔn)確的夾取指定的物品。 參考文獻(xiàn)： [1] 徐炳輝。氣動手冊[M]，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2005. 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