自动捡球机器人机械结构设计(1)

自动捡球机器人机械结构设计(1) 目 录 1绪论.............................................................................................................1 1.1背景......................................................................................................2 1.2 本课题研究的内容..............................................................................2 1.3 论文的构成.......................................................................................... 2 总体 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 .............................................................................................2 2.1 行走方式..............................................................................................2 2.1.1 路线规划…………………………………………………………2 2.2 捡球方式..............................................................................................4 2.3 驱动和转向的方式.............................................................................4 2.4 主体材料的选择.................................................................................5 3 结构的设计................................................................................................5 3.1 驱动机构..............................................................................................5 3.1.1 电源的选择.......................................................................................5 3.1.2 电机的选择.......................................................................................6 3.1.3 车轮的确定......................................................................................7 3.1.4 驱动装置...........................................................................................8 3.2 捡球机构..............................................................................................8 3.2.1 捡球的总装置...................................................................................9 机器人的传感器.........................................................................................9 4 4.1 颜色传感器…………………………………………………………10 4.2 红外传感器(光分子探测器)…………………………………… 10 4.3 红外传感器(距离传感器)……………………………………….10 4.4 光电计数器…………………………………………………………………….10 5 设计的总效果与工作过程.........................................................................11 5.1 设计的总效果......................................................................................11 5.2 工作过程..............................................................................................12 6.经济分析 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ………………………………………………………………13 1 绪论 1.1 背景 机器人是一个自动执行某种动作的机械装置，它既可以接受人类指挥，又可以运 行预先编制的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务 是协助或取代人类工作的工作。它是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料 和仿生学的产物。现在，机器人在各行各业中，都有着广泛的应用，例如制造业、 建筑业，或是其它危险性的工作[1]。 要想设计出一个机器人，就必须要具备以下这些方面的能力。第一，电子学基础。 这部分内容包括模拟电路和数字电路理论，要学习电阻、电容器、晶体管以及其 他普通电子元器件等基础知识。第二，编程基础。先进的机器人都使用计算机或 微处理器(例如单片机)来控制自己运动的，这就需要靠编程来实现。第三，机 械基础。机器人也是一台机器，要靠运动来完成任务。要想设计一个机器人这就 需要设计一些相应运动的机械机构。 随着计算机技术和人工智能技术的高速发展，机器人在功能和技术上都取得了很大的提高。现在，即使在严峻的经济形势下，仍有很多面向各个新应用领域的机器人不断涌现出来。目前，机器人应用率的快速增长并非仅仅是一时的狂热，而是社会发展的必然趋势。许多枯燥、肮脏和危险的工作最终将由机器人代替人工来完成。随着机器人技术的高速发展，机器人竞技运动在世界各地蓬勃兴起。社会在不断地发展，对机器人的要求也越来越高[2]。 目前，我国也正掀起一股机器人的热潮。我国机器人的技术也取得了很大的进步。我国的机器人技术大致有如下发展趋势:(1)智能化。智能化不仅是对机器人系统的要求，也是对工作环境的要求。智能化的发展趋势，有效地提高机器人工作的效率和使用性能。(2)标准化和模块化。我国还没有统一的机器人标准。统一的标准和平台能够大大减少应用软件厂商的成本，并能优化服务机器人领域的体系结构，规范中间件，实现模块化[3]。 1. 2 本课题研究的内容 置自动识别并接收到运动员发出的捡网球命令后，采用图像识别技术自动识别网球落下的方位。然后，对网球的位置分布作一个最优的行程判断，再走到每个球落下的地方。最后，将网球捡起来，放进存放腔中。当机器人接收到由运动员发出送球指令后，再自动地把网球送到指定点，完成自动捡网球的一个工作流程。 本论文，主要涉及到的是机械结构部分的设计，采用3D软件构建出机器人的模型，并且对各个设计出的运动机构进行分析说明。 1.3 论文的构成 本论文主要分为以下几部分。第一部分，总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的设计。主要介绍设计的自动捡球机器人的基本构造、捡球的方法、驱动方式和主体制造材料的选择。第二部分，各运动机构的详细设计和各部分机构的工作原理，并对各个设计的机构进行简单的分析。第三部分，主要简单地介绍安装在自动捡球机器人的传感器和导航系统。第四部分，主要是对这几个月以来，做毕业设计的一些总结和 心得体会 决胜全面小康心得体会学党史心得下载党史学习心得下载军训心得免费下载党史学习心得下载 。 2 总体设计方案 2.1 行走方式 机器人行走机构的分类和各类的特点 行走方式 特点 轮式 最适合平地行走，安装简单，方便 履带式 可以在有些凸凹的地面上行走，可以跨越障碍物，能爬梯度不太高的台阶。 行走式 机器人的重心落在脚掌上，它一方面要取得准静态平衡，另一方面要稳定步行。因此，它的控制比较复杂。 由于网球赛场一般都比较宽敞，且地面比较平整，所以选择轮式会比较合理。并且，轮式的机器人设计和制作的过程相对其它类型的机器人较为简单，在控制系统的设计方面的处理也比较容易。 2.1.1 路径规划研究现状 路径规划方法有:可视图法、栅格法、人工势场法以及模糊逻辑控制方法等。随着研究的发展，路径规划系统的控制目标和控制方法都产生了很大变化。 研究初期，路径规划系统的控制目标为系统的最优性。例如行驶路程最短，耗时最少等。路径规划一般采用经典控制方法。经典控制方法基于系统状态方程，其算法表现出高度的精确性。这种路径规划方式有许多局限性。由于小车在行驶过程中，环境往往存在许多未知因素，因此很难用精确的数学模型来描述这一过程。即使拥有精确的环境地图能够规划出最优行驶轨迹，由于AGV运动系统和路面状况的复杂性等原因，也很难控制车辆按理想轨迹行驶。此外，基于状态方程的精确控制方法在面对复杂系统时计算量巨大，这会导致消耗大量系统软硬件资源，影响系统实时性。随着研究的深入，人们逐渐 认识到机器人对环境的“适应性”相对“最优性”而言是更为基础， 规划目标: 控制方法: 经典控制方法 最优性 人工智能 实时性，智能性，自适应性 更为重要的指标。因此系统的设计目标开始朝着实时性、智能性、自适应性方向发展。系统的控制方法则朝着人工智能方向发展。人工智能技术涵盖面很广，它的研究目标是使机器能拥有类人的智能。目前，AGV路径规划问题上涉及最多人工智能技术是遗传算法、神经网络和模糊控制技术。 遗传算法以自然遗传机制和自然选择等生物进化理论为基础,构造一类随机化搜索算法。它利用选择、交叉和变异来培养控制机构的计算程序,在某种程度上对生物进化过程做数学方式的模拟。它不要求适应度函数是可导或连续的,而只要求适应度函数为正,同时作为并行算法,它的隐并行性适用于全局搜索。多数优化算法都是单点搜索算法,很容易陷入局部最优。而遗传算法却是一种多点搜索算法,因而更有可能搜索到全局最优解。由于遗传算法的整体搜索策略和优化计算不依赖于梯度信息,所以解决了一些其它优化算法无法解决的问题。遗传算法的缺点是运算速度不快,进化众多的规划要占据较大的存储空间和运算时间。 神经网络和模糊技术都是模拟人类智能的技术。但是它们分属两个截然不同的研究领域。模糊技术从人的思维外特性，即语言和对世界认识的概念上去模仿人类智能，而神经网络则是从人脑的物理结构上去研究人类智慧的产生和形成。两者机理不同，特点不同，但殊途同归都从不同程度上构造了具有一定人类智能特性的控制系统。 神经网络模拟了人脑神经元活动的过程，它具有并行化、自组织、自学习等特点。利用神经网络可对小车的行驶行为和环境进行学 习，从而使得小车具有自主行驶能力。模糊技术具有人类智能的模糊性和推理能力。 它可将人的经验融入控制中，从而提高系统的鲁棒性和自适应性。在路径规划中，模糊推理的应用主要体现在基于行为的导航方式上。所谓基于行为的导航，就是将机器人的运动过程分解为避障、边界跟踪、调速、目标制导等基 本行为,各基本行为的激活由不同的机构分别控制，机器人的最终操作由高层控制机构对基本行为进行平衡后作出综合反应。传感器数据用模糊逻辑进行融合后，可以确定是否激发低层行为，然后再利用模糊推理对存在冲突的低层行为进行优先权判别，从而决定实际操作。模糊控制方法将信息获取和模糊推理过程有机结合，从控制目标上看，它以自适应性取代最优性，从控制手法上看它以模糊性取代精确性。这种控制方法的优点在于不依赖机器人的动力学、运动学模型，系统控制融入了人类经验，同时计算量小，构成方法较为简单，节省系统资源，实时性好。 2.2 捡球方式 对于捡球方式有两种方案。 第一种方法就是设计一个机械手，直接将乒乓球抓取，并且将乒乓球放到存放腔中，比较复杂而且效力太低了。 另一种方法就是扫入机器人身上，特点简单快捷高效。因此，捡球的方式选用这个方式。 2.3 驱动和转向的方式 机器人采用24V/380转 60瓦 RE30 瑞士大功率空心杯电机/伺服电机/马达，并且用前轮驱动、后轮导向方式。导向采用的是万向轮，万向轮可以由厂家直接生产制造出来，不必另外设计，而且比较容易获得，使用起来也比较方便。导向轮安装在脚轮轮子的支架能在动载或者静载中水平360度旋转，起到导向的作用 用以实现机器人转向的方法有很多。常用到的有以下几种: (1)差动型转向。对于轮式和履带式机器人的转向来说，差动法是最为常用的方法。当转向时，机器人一侧的轮子或履带停止前进或反向运动，另一侧的则继续向前运动，从而使机器人向轮子或履带停止或反向运动的一侧转向。 (2)汽车型转向。汽车型转向虽然没有差动型转向的机动性好，但它适用于室外路况，特别是不平坦的路面。采用此种转向方式的机器人转向圆圆心是在轮子的外侧，而不是在两轮之间，因此可以获得更大一些的牵引力。 (3)三轮车型转向。差动型转向的最大缺点就是当驱动机器人两侧车轮的电机中一个速度略微慢一点，机器人所行进的路径就会变成曲线。使用三轮车型转向的机器人，必须合格证其用于转向的电机定位，否则无法保证机器人能进行直线运动。 (4)全方位型转向。这种方式要求机器人具备三个具备转向功能的驱动轮，而这些车轮需要两个电机，一个用于转向，另一个用于驱动车轮运转。全方位机器人有很强的灵活性，并且转向准确，但技术实现比较困难[2]。 本设计主要采用差动方式进行转向。在机器人的两侧在相对应位置各安装一个相同的电机，分别驱动两个车轮，并且实现差动驱动。机器人的两个轮子以相等的速度和相同的方向转动时，可以实现机器人的向前和向后的运动;当左轮停转或者反转时，可以实现机器人的左转向;当右轮停转或者反转时，可实现机器人的右转向;当两轮以相同速率地正转或者反向转动时，机器人将会原地转向，从而实现机器人的原地左转或者原地右转。 综上可知，设计的整个机器人总共需要三个轮子。装在前面的两个车轮是驱动轮，起到驱动的作用，并且两轮独立驱动。装在后面一个轮是万向轮，起到导向的作用。 2.4 主体材料的选择 制作机器人常用的材料主要有以下几种。 (1)木材。选用木材的最大优点是它的价格低廉，加工方便，可直接用手工锯进行加工。但是，它在零件接头的地方比较容易损坏，而且比较容易磨损。 (2)塑料。塑料的种类较多，可以根据机器人不同的功能，选择出不同的塑料。 第一，热固性塑料。这种塑料较坚硬。它只能这主要有以下三种塑料可以选择。 通过切削来定型，它一般用于硬塑料玩具、电器产品和其他对结构强度有一定要求的产品中。第二，弹性塑料。它具有很高的弹性，它和热固性塑料一样，不能通过加热的方法来定型。第三，热塑性塑料。它可以作不同用途、不同厚度的材料使用。常用的塑料材料有ABS(丙烯腈-丁二烯)、丙烯酸塑料、纤维素塑料、环氧树脂、尼龙、酚醛塑料、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚亚氨酯、PVC(聚氯乙烯)、硅树脂。 (3)金属材料。这种材料的强度较大，而且来源广泛，通常选用碳钢和铝合金。选用这种材料一个是加工简单，便宜，本设计中只要用到了钣金加工，CNC加工。 1]。 (4)有机玻璃。这种材料比较难获得，而且价格相对其它材料也比较昂贵[由于制作的自动捡球机器人体积较小，要求的重量也较轻。因此，主体的制造材料选为环氧树脂塑料。该材料是一种非常耐用而且干净的塑料，通常用作玻璃纤维的黏合剂。它在大多数情况下成液态，被用于灌注到别的零件或者玻璃纤维基体上。干燥后，环氧树脂可以切割、钻孔和抛光。 因此，选该塑料和钣金作为机器人的主体材料比较合适。 3 结构的设计 3.1 驱动机构 3.1.1 电源的选择 机器人常用的电池有以下几种类型。 (1)干电池。由于干电池属于一次性使用的，成本也相对较高，并且干电池的内阻一般都比较大。因此，当负载比较大的时候，电压会下降得很厉害，无法实现大电流的连续工作。因此，干电池并不是机器人系统的理想电源。 (2)铅酸蓄电池。它的最大的特点是价格较低、过充电的承受能力受强，大电流放电能力和可靠性高。但是，它的质量比较大，维护起来相对比较困难。 (3)镍镉/镍氢电池。它具有良好的大电流放电特性、耐过充和放电的能力强、维护简单等优势。但是，其最致命的缺点是:在充放电过程中，如果处理不当，会出现严重的“记忆效应”，使得电池容量和使用寿命大大地缩短。此外，镉是 一种有毒金属，因而镍镉电池不利于环境的保护，废弃后必须严格地进行回收。由于众多的缺点，使得镍镉电池在机器人的应用中越来越少。 上所学到的知识应用到日常生活中去，这对我的知识提高与积累起到了很大的帮助作用。这一次做毕业设计的时候，发现自己在课堂上所学的知识是有限的，以后还要不断地学习相关的专业知识，提高自己的专业知识技能。本次的毕业设计，让我掌握了 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 设计的一般程序和方法，锻炼了我综合运用知识的能力和创新的思维。 在设计的过程中，对于一项设计，我们要综合考虑到各个方面的因素。例如，在这次自动捡球机器人结构的设计中，我们要考虑以下几个方面的问题。第一，可行性的问题。机器人要实现自动捡球的功能，就必须要设计出相应的运动机构。在理论上，实现这个功能的方案往往会比较多，但不是所有的方案都行得通。第二，工艺性的问题。在现有的条件下，设计出来的机器人要便于加工制作。第三，经济性的原则。在满足各个使用功能的前提下，要用最低的成本将机器人制造出来。这对以后在市场上的推广也是非常必要的，也符合经济性的原则。 对于自动捡机器人的结构设计，在一定的程度上，体现出了创新的能力。第一，采用简单的原理捡取网球。现有应用在网球场上的机器人，大多数都是设计一个机械手直接抓取存放，这不但会使设计的过程变得更加繁琐，而且控制系统的设计也较为复杂，制造的成本也会相应地增加。这明显不利于在市场上的推广与应用。第二，采用了更多的传感器使机器人更加智能，靠性比较高、实用性也比较强，而且制作起来也比较容易。 但是，由于本人的知识有限，在设计的过程中难免会有很多的错漏和一些设计得不够合理的地方，有很多的地方还需要完善。再加上由于时间的限制，我们只是在理论上将自动捡球机器人设计出来，未能将具体的实物模型加工出来，无法进行具体调试，这是一个遗憾。然而，理论与实际总是有点差距的。希望下一届的同学可以将这个自动捡球机器人的课题继续做下去，不断完善自动捡球机器人的各项设计，并且还可以增加其它的一些功能(例如可以自动识别已经损坏的网球) 致 谢 在做这个课题之前，我机器人的了解几乎是零。经过XXX老师的悉心指导，最后把该课题做好了。在这，我对XXX老师表示衷心的感谢。 毕业设计是大四下学期的主要任务，因此毕业设计相对来说是个漫长且是个艰辛的工作，在这段时间可以上自己是遇上了太多太多的不懂和麻烦。正所谓在绝境中“柳岸花明又一村”，在期间我需要感谢太多太多的人，特别是我的老师XXX。XXX平易近人，和蔼可亲。在此期间，XXX老师不仅在毕业设计帮助我，而且还关心我的毕业后的打算，可以说是难见的好教师。毕业设计中自己对公差，总体设计方案等都是存在比较懵懂的状态，而且好多细节都是比较模糊，不知道自己怎么动手好，若不是付老师指导我真的不知道怎么才能完成毕业设计。 大学里虽说学的是比较纯的理论性，实际运用能力比较少这也是大学学习缺陷，但是没有这些理论学习，可以说很多工作我都无从下手。毕业设计是对学习机械设计专业学生四年的一个学习成果归纳，也是一次全面的总结。可以说毕业设计是这大学四年来一点一滴积累起来的。在大学四年里，我要感谢教过我的老师，帮助过我的同学，是他们让我从无到有，从空白到现在开始有些拥有。同时，我要感谢我的 同学，是他们帮助我的成长，帮助我学的更多，让我百明白更多。 参考文献 [1]熊有伦.机器人技术基础[M]. 武汉:华中科技大学出版社，1997. [2](美)Gordon McComb,(美)Myke Predko著.庞明,王晓宇译.机器人设计与实 现[M].北京:科学出版社，2008. [3]王楷.移动服务机器人室内运动规划研究[D].重庆:重庆大学，2009. [4]成都新为诚科技.微型真空泵相关[EB/OL].[5]沈阳蓄电池研究所.蓄电池网[EB/OL].www.batteryinf.com. [6]李乃夫.电机与控制[M].北京:高等教育出版社，2002. [7]红旗山电子.万向轮产品[EB/OL].[8]朱孝录.齿轮传动设计手册[M].北京:化学工业出版社，2005. [9]成都新为诚科技.抽气、打气两用型微型真空泵-中流量、中真空、高正压FAA 系列[EB/OL].[10]武进继电器厂.微型电磁铁[EB/OL].[11]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].北京:高等教育出版社，2005. [12]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社，2005. [13]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社，2005. [14]Ribo M,Pinz A.A comparison of three uncertainty calculi for building sonar based occupancy grids[J].Robotics and autonomous systems,2001,35:201-209( [15]Barbara Zitova Jan Flusser.La ndmark recognition using invariant features[J]( Pattern Recognition Letters,1999,20(5):541-547( [16]Reid D.An algorithm for tracking multiple targets.IEEE Transactions Oil Automatic Contr01,1979,24(6):843-854( [17]胡选子,贺定修,谢存禧.一种移动机器人的路径规划方法[P].中国专利: 2010. CN201010230039.4，