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一種爬梯機械人的設(shè)計
[摘要]
在日常生活和生產(chǎn)中經(jīng)常要將重物搬上樓梯，傳統(tǒng)的方法基本是靠人力搬運完成，有時由于重物太重或人手不足而無法搬運，本課題就是為克服這個難題而設(shè)計的。本論文主要對爬樓機器人星型輪的傳動機構(gòu)及控制系統(tǒng)進行詳細設(shè)計。首先介紹了國內(nèi)外爬樓機器人研究現(xiàn)狀，闡明本課題研究的目的、意義。然后進一步介紹了本爬樓機器人總體結(jié)構(gòu)。在深入分析爬樓機構(gòu)及其攀爬對象的基礎(chǔ)上，設(shè)計了相對優(yōu)勢較明顯的輪組結(jié)構(gòu)爬樓機器人。對機器人小車的運動學(xué)模型進行分析，論證小車實現(xiàn)任意曲線運動所包含的自轉(zhuǎn)、直線前進、圓弧前進三個基本運動單元的可行性。引入虛擬樣機技術(shù)，通過Pro/Engineer三維建模并進行模擬運動仿真。文章最后研究設(shè)計了在各種環(huán)境下，以單片機 C8051F310 為核心的爬樓控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中，采用超聲波傳感器的對稱排列，獲取了自主上樓梯所必須地兩個關(guān)鍵參數(shù)θ和 q；對驅(qū)動大功率電機的電路進行分析，設(shè)計了更適合大功率，更安全的電機驅(qū)動電路，直流馬達配合高功率MOSFETⅡ型驅(qū)動器。
關(guān)鍵詞：爬樓機器人；三星輪； MOSFET驅(qū)動電路；單片機 C8051F310
Abstract
Abstract
Moving weight from up and down is required in our daily activities and productivities, and it was done by hand. While it is too heavy or short –handed to finished in some times. This thesis is designed to overcome the obstacles and it gives a detailed designing on transmission device and control system of star-like wheel of stair-climbing robot. Firstly ,it introduced a current situation of stair-climbing robot at home and abroad, clarified the purposes and meanings, introduced a overall structure of stair-climbing robot. After deeply analysis the stair-climbing frame and the object, designed a wheelsets stair-climbing robot with more advantages than others . Analyzed the kinematics model of the robot car,and demonstrate the available of achieving any curve movement with the rotation, straight forward, and arc forward . Robot can achieve track controlling based on speed matching. With the aid of virtual prototyping technology, through the 3D software of Solid Works, the dynamic analysis of the stair-climbing robot is carried out in ADAMS. At last, the thesis design the controller system with the core of C8051F310 based on rule environment ，In the control system, with the help of arranged ultrasonic sensors, get the two key parameters θ and q which import for climbing staircase Analyzed the circuit of high-power motor driving, design a more suitable circuit than IC L298N.Which is dc generator with highly efficient driving MOSFETⅡ.
Key words：Stair-climbing robot；Three–star wheels；MOSFET driving circuit；Single chip microcomputer C8051F310
目錄
目錄
[摘要] I
Abstract II
第一章 引言 1
1.1 課題研究的目的和意義 1
1.2 移動機器人的發(fā)展概況 1
1.3 爬樓梯機器人目前的研究狀況 4
1.4 論文研究的主要內(nèi)容 6
第二章 爬樓機器人的總體設(shè)計 8
2.1 爬樓機器人的設(shè)計要求 8
2.2 爬樓機器人的總體方案 8
第三章 爬樓機器人傳動、輪組及轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計 11
3.1爬樓梯機器人小車的執(zhí)行電機選擇 11
3.1.1技術(shù)指標(biāo) 11
3.1.2電機選型 11
3.2爬樓機器人的機構(gòu)設(shè)計 13
3.2.1 機器人小車傳動機構(gòu)設(shè)計 13
3.2.2傳動部件的設(shè)計與校核 15
3.2.3爬樓機器人轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計 19
3.2.4機器人小車結(jié)構(gòu)設(shè)計 20
3.3爬樓機器人小車三維實體建模 22
3.3.1 Pro/E軟件介紹 22
3.3.2三維實體建模 22
3.4 爬樓機器人小車行駛性能分析 23
3.4.1可跨越最大垂直障礙高度 23
3.4.2最小轉(zhuǎn)彎半徑 24
第四章 爬樓機器人控制系統(tǒng)設(shè)計 26
4.1 機器人爬樓梯的控制目標(biāo) 26
4.2 機器人的體系結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)組成 26
4.3控制系統(tǒng)主要硬件的選擇 28
4.3.1單片機的選型 28
4.3.2傳感器的選擇 29
4.4機器人控制系統(tǒng)的程序編制 31
第五章 總結(jié)與展望 38
5.1全文總結(jié) 38
5.2展望 38
致 謝 III
參考文獻 IV
第一章 引言
自盤古開天辟地，人類誕生以來，人們就一直用智慧開辟著完美的生活！進入新的 21世紀(jì)，人類除了致力于自身的發(fā)展外，還十分關(guān)注機器人、外星人和克隆人等問題。機器人正是本論文研究的對象。