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中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
劉博若
學(xué)號(hào)
05208320
專業(yè)班級(jí)
08機(jī)制03班
指導(dǎo)教師
耿宏偉
職稱
講師
單 位
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
課題性質(zhì)
設(shè)計(jì)R 論文□
課題來(lái)源
科研□ 教學(xué)□ 生產(chǎn)□ 其它R
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目
控制機(jī)器人行走設(shè)計(jì)
一、研究的目的、意義
目的：研制機(jī)器人的最初目的是為了幫助人們擺脫繁重勞動(dòng)或簡(jiǎn)單的重復(fù)勞動(dòng)，以及替代人到有輻射等危險(xiǎn)環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)，因此機(jī)器人最早在汽車制造業(yè)和核工業(yè)領(lǐng)域得以應(yīng)用。隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域、軍事、海洋探測(cè)、航天、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、林業(yè)也都開(kāi)始使用機(jī)器人。
本課題選用輪式作為機(jī)器人平臺(tái)設(shè)計(jì)研究，兩輪式機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外還處于剛剛起步階段，其前景廣闊，適用性較廣，在教學(xué)、科研、野外作業(yè)、民用運(yùn)輸方面有著廣泛的應(yīng)用前景，在反恐及其它尖端領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用價(jià)值。已經(jīng)初步做出了簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，解決了輪式機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)難題。
該輪式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)響應(yīng)迅速，具有高機(jī)動(dòng)的零半徑轉(zhuǎn)向能力，并且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不存在失穩(wěn)狀態(tài)。攝像頭的密封式結(jié)構(gòu)可以將內(nèi)部器件密封保護(hù)起來(lái)，免受外界環(huán)境的影響，非常適合在潮濕、多塵土、多輻射或有毒的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)。它具有廣闊的應(yīng)用前景，例如，通過(guò)搭載視覺(jué)傳感器或氣體傳感器等設(shè)備，它可以在缺少人干預(yù)的環(huán)境中進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)偵察、室內(nèi)或庫(kù)房的巡邏及行星探測(cè)等任務(wù)，也可以通過(guò)搭載聲光電等設(shè)備作為一種新穎的具有移動(dòng)性和交互性的兒童玩具。
意義：在當(dāng)今世界機(jī)器人已經(jīng)越來(lái)越廣泛的進(jìn)入人類的生活，在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)都有著機(jī)器人的利用，如機(jī)械制造，車輛運(yùn)用，冶金，醫(yī)療等等行業(yè)。在軍事上，隨著機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，世界各軍事大國(guó)也在加緊對(duì)軍用機(jī)器人的開(kāi)發(fā)，應(yīng)用。
遙控車輛的操作員一般通過(guò)無(wú)線電向車輛及其任務(wù)系統(tǒng)發(fā)出大部分指令和派遣任務(wù)。對(duì)于車輛所處的環(huán)境、活動(dòng)狀態(tài)等信息，則主要靠各種傳感器來(lái)獲得。遠(yuǎn)程車輛沒(méi)有地形分析能力，也不能進(jìn)行軍事機(jī)動(dòng)，更不能接收其它來(lái)源的信息，其所有認(rèn)知過(guò)程都由操作員負(fù)責(zé)。遠(yuǎn)程車輛可完成探雷、排雷、爆破、爆炸物處理、未爆物排除、物資處理及單兵偵察與監(jiān)視等任務(wù)。經(jīng)過(guò)初期的可行性研究，遙控車輛的研究集中于標(biāo)準(zhǔn)遙控系統(tǒng)的建立。標(biāo)準(zhǔn)遙控系統(tǒng)包括體系結(jié)構(gòu)的定義及各功能模塊的研制，目標(biāo)是不依賴于具體的車輛平臺(tái)、任務(wù)以及執(zhí)行硬件，而能夠根據(jù)需要快速實(shí)現(xiàn)車輛的遙控化。美國(guó)在波黑戰(zhàn)爭(zhēng)中就利用標(biāo)準(zhǔn)遙控系統(tǒng)快速地研制了Panther遙控掃雷車(在M60坦克底盤(pán)的基礎(chǔ)上)以及Mini flail小型掃雷車。遙控機(jī)器人車輛是較低級(jí)的機(jī)器人系統(tǒng)，必須由操作者進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，在目前的技術(shù)水平條件下，這種車輛的研制易獲成功，周期短，費(fèi)用低。我所進(jìn)行的設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)出一雙輪式的遠(yuǎn)程控制機(jī)器人，以實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)程的無(wú)人減少人員，經(jīng)濟(jì)的損失。并通過(guò)這次設(shè)計(jì)檢驗(yàn)自己在機(jī)械設(shè)計(jì)這一專業(yè)類所學(xué)知識(shí)的掌握情況，并進(jìn)一步的查漏補(bǔ)缺，完算自己的知識(shí)體系，為以后的工作生活打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
二﹑現(xiàn)狀：
國(guó)內(nèi)無(wú)人車輛的研究起步較晚，直到80年代末才開(kāi)始這方面的研究。在863高技術(shù)計(jì)劃中，把智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)研究作為一個(gè)研究項(xiàng)目，對(duì)路徑規(guī)劃、測(cè)距系統(tǒng)、圖像處理技術(shù)、自動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)等進(jìn)行了研究，并取得了許多成績(jī)，制成了無(wú)人駕駛的車輛。
上海大學(xué)談士力教授等科研人員經(jīng)過(guò)3年多時(shí)間的協(xié)作攻關(guān)，研制成功球形壁面爬行機(jī)器人。經(jīng)專家鑒定，這種機(jī)器人的爬行、吸附機(jī)理和機(jī)構(gòu)的應(yīng)用研究，為實(shí)用化提供了理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并具創(chuàng)新性，其性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。球形壁面爬行機(jī)器人可用來(lái)代替人工進(jìn)行的一些危險(xiǎn)操作，進(jìn)行各種儲(chǔ)存有毒有害介質(zhì)的球形儲(chǔ)存罐的檢修工作。其中包括核工業(yè)和城市石化工業(yè)球形儲(chǔ)液罐的視覺(jué)檢查、超聲側(cè)厚和焊縫探傷等作業(yè)。 球形壁面爬行機(jī)器人采用了縮放機(jī)構(gòu)原理、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、真空吸附的六足移動(dòng)方案，具備在最小曲率半徑為2至5米的球形壁面上完成任意方向的直線移動(dòng)和原地轉(zhuǎn)向的能力，可采用多種步態(tài)行走，并能跨越300毫米高的條形障礙，其球面吸附機(jī)構(gòu)采用具有真空傳感功能的鉸接式橡膠真空吸盤(pán)，機(jī)器人的移動(dòng)速度可達(dá)每分鐘10米。該機(jī)器人的控制系統(tǒng)采用上下微機(jī)控制方式，實(shí)現(xiàn)了18個(gè)關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)控制，具備自動(dòng)行走和手動(dòng)遙控動(dòng)能。
北京郵電大學(xué)以孫漢旭教授為首的研究小組承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的研究，經(jīng)過(guò)幾年的艱苦努力，開(kāi)發(fā)出了擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、國(guó)內(nèi)首創(chuàng)且具有國(guó)際先進(jìn)水平的球形機(jī)器人。北京大學(xué)相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)球形機(jī)器人進(jìn)行了全面查新，結(jié)果表明，目前該結(jié)構(gòu)的球形機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外尚無(wú)先例，屬創(chuàng)新性研究球形機(jī)器人是20世紀(jì)90年代機(jī)器人研究界提出的一個(gè)嶄新課題。北京郵電大學(xué)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室研制的球形機(jī)器人采用了一種全新、高效的內(nèi)驅(qū)動(dòng)方式，球形機(jī)器人能自如地完成直線、圓弧運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了3m/s，能夠爬上20度的斜坡，并且能夠?qū)崿F(xiàn)原地自轉(zhuǎn)。在靜止?fàn)顟B(tài)下球形機(jī)器人能夠沿任意方向啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)?！?
近些年來(lái)，隨著航天事業(yè)的飛速發(fā)展，我國(guó)開(kāi)始了月球車系統(tǒng)的研究。月球車即月球探測(cè)機(jī)器人，分為有人駕駛和無(wú)人遙控兩種。我國(guó)研究的重點(diǎn)在后者，這是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到機(jī)械、機(jī)器人的遙控作業(yè)、空間技術(shù)、通訊和信號(hào)處理、加工自動(dòng)化和人工智能等諸多學(xué)科和領(lǐng)域。主要任務(wù)是：從遙感數(shù)據(jù)驗(yàn)證天文學(xué)推理的各種科學(xué)理論與事實(shí)，對(duì)特定地區(qū)進(jìn)行探測(cè)，判斷月球上的水溫、火山、峽谷、月球表面生成與進(jìn)化過(guò)程，對(duì)月球表面的太陽(yáng)輻射線、太陽(yáng)風(fēng)、隕石等的活動(dòng)情況進(jìn)行探測(cè)，對(duì)月球上的巖石進(jìn)行全面的調(diào)查與分析，對(duì)月球上所有區(qū)域的資源數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，為建立天文臺(tái)做地盤(pán)的調(diào)查，做各種元素的加熱實(shí)驗(yàn)及氦－3的抽樣實(shí)驗(yàn)。月球車的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其研究涉及到許多學(xué)科和領(lǐng)域，如機(jī)械、機(jī)器人的遙控作業(yè)、空間技術(shù)、通訊和信號(hào)處理、加工自動(dòng)化和人工智能等。
3、 設(shè)計(jì)內(nèi)容
結(jié)合輕型機(jī)器人平臺(tái)的研究，本文主要圍繞輕型雙輪式機(jī)器人的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。對(duì)機(jī)器人的整體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算并校核機(jī)器人的軸部件，并對(duì)機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。
四、進(jìn)度安排
1. 查閱資料，完成開(kāi)題報(bào)告； 2011.12.10—2011.12.20
2. 結(jié)合課題進(jìn)行外文資料閱讀，完成英文翻譯； 2011.12.21—2011.12.31
3. 學(xué)習(xí)、了解相關(guān)的知識(shí)，完成文獻(xiàn)綜述； 2012.1.1—2012.1.20
4．設(shè)計(jì)并繪制設(shè)計(jì)的整體圖； 2012.1.21—2012.2.1
5. 設(shè)計(jì)并繪制控制系統(tǒng)的電路圖； 2012.2.2—2012.3.20
6．對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行修改； 2012.3.21—2012.4.20
7．整理資料，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；準(zhǔn)備答辯。 2012.4.21—2012.5.5
五、參考文獻(xiàn)
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10．小栗富士雄，小栗達(dá)男，機(jī)械設(shè)計(jì)禁忌手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，2003
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
教研室意見(jiàn)：
審查結(jié)果： 同 意□ 不 同 意□
教研室主任簽名：
年 月 日