機(jī)械手-智能巡線機(jī)器人設(shè)計(jì)
機(jī)械手-智能巡線機(jī)器人設(shè)計(jì),機(jī)械手,智能,機(jī)器人,設(shè)計(jì)
前 言 四 川 理 工 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書題 目 智能巡線機(jī)器人設(shè)計(jì) 學(xué) 生 彭 進(jìn) 秀 系 別 機(jī)電工程系 專 業(yè) 班 級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化機(jī)電03.3班學(xué) 號(hào) 030110528 指 導(dǎo) 教 師 李 開 世 四 川 理 工 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書設(shè)計(jì)(論文)題目: 智能巡線機(jī)器人設(shè)計(jì) 系: 機(jī)電系 專業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化(機(jī)電一體化) 班級(jí): 2003級(jí)3班 學(xué)號(hào): 030110528 學(xué)生: 彭進(jìn)秀 指導(dǎo)教師: 李開世 接受任務(wù)時(shí)間 2007/3/5 教研室主任 (簽名)系主任 (簽名)1畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容及基本要求 1.總體方案設(shè)計(jì); 2機(jī)械整體設(shè)計(jì); 3.控制設(shè)計(jì); 4編寫設(shè)計(jì)說明書;2指定查閱的主要參考文獻(xiàn) 1.機(jī)器人控制電子學(xué) 2.機(jī)器人探索 3.機(jī)器人的創(chuàng)意設(shè)計(jì)與實(shí)踐 4MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機(jī) (電子和機(jī)械方面的書)3進(jìn)度安排設(shè)計(jì)(論文)各階段名稱起 止 日 期1查閱和搜集設(shè)計(jì)資料,在此基礎(chǔ)上指定設(shè)計(jì)方案2007.3.52007.3.252進(jìn)行整體方案設(shè)計(jì)2007.3.252007.4.23機(jī)械整體設(shè)計(jì)2007.4.22007.5.34控制設(shè)計(jì)2007.5.32007.5.225編寫設(shè)計(jì)說明書2007.5.222007.5.296檢查2007.5.292007.6.2 前 言 第3頁摘 要近年來機(jī)器人的研究和應(yīng)用已經(jīng)不僅僅局限于軍用領(lǐng)域。許多應(yīng)用于軍用機(jī)器人上的成功技術(shù)已經(jīng)在民用機(jī)器人中得到了一定的應(yīng)用。在工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上,運(yùn)用了傳感器技術(shù)和單片機(jī)智能控制技術(shù),設(shè)計(jì)出了一種能自動(dòng)運(yùn)送貨物的職能巡線機(jī)器人。論文首先對(duì)智能巡線機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行敘述,闡述其各要素的工作原理,然后就整個(gè)智能巡線機(jī)器人系統(tǒng)劃分為五個(gè)模塊,分章節(jié)對(duì)各個(gè)模塊設(shè)計(jì)制作進(jìn)行闡述。機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)部分,通過分析常用的車輪驅(qū)動(dòng)配置方式,擇優(yōu)選擇了前排安裝兩個(gè)萬向輪、后排安裝兩個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)輪的設(shè)計(jì)方案,充分考慮到了巡線的簡(jiǎn)易性和穩(wěn)定性。機(jī)器人傳感器接口與驅(qū)動(dòng)電路部分,詳細(xì)闡述了光電傳感器檢測(cè)信號(hào)原理,敘述了設(shè)計(jì)所采用的光電傳感器接口電路詳細(xì)設(shè)計(jì)方案,分析了傳感器采用該種布局方案的原因。針對(duì)機(jī)器人的機(jī)械特性和速度要求,選用了L298N驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī),分析了它的優(yōu)缺點(diǎn)和可行性。機(jī)器人主控系統(tǒng)硬件部分闡述了主控芯片選型,主控電路設(shè)計(jì)方案,以及相應(yīng)的接口說明。軟件部分在MSP430平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的巡線方法。關(guān)鍵詞: 機(jī)器人;巡線;光電檢測(cè);PWM驅(qū)動(dòng)。AbstractIn recent years, research and design of robot has not been limited just in military field. Many technologies, which had been used in the military field cuccessfully, have been used in the field of civilian robot. Based on the industrial robot, and by applying sensor interface control and SCM intelligent control, this project has designed one kind of biranpower line walking robot that is able to carry the goods by itself. In this thesis, the overall design of autonomous line-tracking robot and principle of each essential element have been described. The robot system has been divided into five parts as fellow.The autonomous line-tracking arithmetic is the key of this project research. The relative position relationship between the robot and the leading line is divided into seven typical states; the adjustment strategy has been described respectively. An implementation principle to enable centerline approaching the leading-line gradually has been described by adjusting continuously chassis posture.In mechanical structure part, by analyzing the normal wheel drive configurations, it has been choiced that two universal wheels are installed in the front and two independent driving wheels are installed in the rear, which takes fully into account the simplicity and stability of the line-tracking. In sensor interface and drive circuit part, a detail explanation of photoelectric sensor and interface circuit has been discussed carefully. To adapt the robot mechanical properties and speed requirement, two motor driving circuits based on different principles have been designed and their advantages and feasibility analyied.In robot control system part, hardware and software have been discussed such as CPU choosing, control circuit designing, and hardware interface assigning, etc. Based on the MSP430, the speed difference from left and right wheel created by the Pulse-Width Modulation adjusts the position of the robot and leading line, which carries out the autonomous runs along with the leading line quickly, stably and accurately.Keywords: Robot; Line-tracking; Photoelectric Sensor; PWM. 前言機(jī)電一體化是綜合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及軟件編程技術(shù)等,機(jī)器人則是機(jī)電一體化的顯著代表。機(jī)器人根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo),以智力、動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和感知組成要素為基礎(chǔ),對(duì)各組成要素及其間的信息處理、接口耦合、運(yùn)動(dòng)傳遞、物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、能量變換機(jī)理進(jìn)行研究,使得整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合與綜合集成,并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制之下,形成物質(zhì)和能量的有規(guī)則運(yùn)動(dòng),在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗意義上實(shí)現(xiàn)各種技術(shù)功能組合以得到最佳功能價(jià)值的系統(tǒng)工程技術(shù)。機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一,自1960年代初問世以來,經(jīng)歷40年的發(fā)展已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。機(jī)器人的出現(xiàn)并高速發(fā)展是社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然,是為了提高社會(huì)的生產(chǎn)水平和人類的生活質(zhì)量,讓機(jī)器人代替人干那些人干不了、干不好的工作。在現(xiàn)實(shí)生活中有些工作會(huì)對(duì)人體造成傷害,比如噴漆、重物搬運(yùn)等;有些工作要求質(zhì)量很高,人難以長(zhǎng)時(shí)間勝任,比如汽車焊接、精密裝配等;有些工作人無法身臨其境,比如火山探險(xiǎn)、深海探密、空間探索等;有些工作不適合人去干,比如一些惡劣的環(huán)境、一些枯燥單調(diào)的重復(fù)性勞作等;這些都是機(jī)器人大顯身手的地方。服務(wù)機(jī)器人還可以治病保健、保潔保安;水下機(jī)器人可以幫助打撈沉船、鋪設(shè)電纜;工程機(jī)器人可以上山入地、開洞筑路;農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以耕耘播種、施肥除蟲;軍用機(jī)器人可以沖鋒陷陣、排雷排彈??梢哉f,機(jī)器人的應(yīng)用范圍非常之廣。據(jù)國(guó)外專家預(yù)測(cè),2l世紀(jì)將是機(jī)器人技術(shù)革命的世紀(jì),機(jī)器人作為全面延伸和擴(kuò)展人的體力和智力的手段將實(shí)現(xiàn)“當(dāng)代最高意義上的自動(dòng)化”。機(jī)器人的應(yīng)用和普及正在改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)方式、生活方式和作戰(zhàn)方式。 編者 2007.5 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第11頁目 錄摘要1Abstract2前言3第1章 緒論111 機(jī)電一體化技術(shù)簡(jiǎn)介11. 2智能巡線機(jī)器人的概況21. 3 課題的主要內(nèi)容2第2章 自動(dòng)巡線機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)421 機(jī)器人要素分析422 機(jī)器人總體分析52.2.1 場(chǎng)地分析52.2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)分析52.2.2控制系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)52.2.4運(yùn)動(dòng)姿態(tài)分析5第3章 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)731 移動(dòng)機(jī)器人的車輪驅(qū)動(dòng)配置73.1.1 機(jī)器人常用車輪驅(qū)動(dòng)配置介紹73.1.2 本系統(tǒng)所采用的車輪驅(qū)動(dòng)方式配置1032 機(jī)器人機(jī)械尺寸設(shè)計(jì)11第4章 傳感器接口電路設(shè)計(jì)1341 機(jī)器人對(duì)巡線傳感器的要求1342 超聲波傳感器134.2.1超聲波傳感器的原理134.2.2 超聲波的發(fā)射與接受電路1543 紅外光電反射式傳感器154.3.1 紅外光電反射式傳感器原理164.3.2 基于反射光強(qiáng)度測(cè)量的紅外光電反射式傳感器電路1744 紅外光電反射式傳感器布局19第5章 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)2151 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選用215.1.1電機(jī)減速器的選擇225.1.2 所選電機(jī)性能校核2352 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制2453 直流電機(jī)的速度控制2654基于L298的驅(qū)動(dòng)電路28第6章 智能巡線機(jī)器人之態(tài)調(diào)整方法3161 總體分析3162 姿態(tài)分析32第7章 主控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3671 主控制芯片的選型367.1.1 MSP430系列與89C51系列單片機(jī)367.1.2 選用的MSP430F449的原因387.1.3 MSP430F449的引腳3972 主控單元電路設(shè)計(jì)3973 MSP430實(shí)現(xiàn)巡線算法437. 4巡線改進(jìn)方法的實(shí)現(xiàn)467. 5轉(zhuǎn)彎分析51總結(jié)與展望56致謝57參考文獻(xiàn)58附件一:程序60附件二:元件76第1章 緒論本章首先從機(jī)器人的發(fā)展歷程引出機(jī)器人研究的發(fā)展趨勢(shì),再具體到本次設(shè)計(jì)針對(duì)的任務(wù)要求,明確了設(shè)計(jì)任務(wù)的主要內(nèi)容。11 機(jī)電一體化技術(shù)簡(jiǎn)介“機(jī)電一體化”源于“Mechatronic”,是一個(gè)新興的邊緣學(xué)科,國(guó)內(nèi)外都處于發(fā)展階段,她代表著機(jī)械工業(yè)技術(shù)革命的前沿方向。她是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最為活躍的領(lǐng)域之一。機(jī)電一體化是綜合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及軟件編程技術(shù)等,根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo),以智力、動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)、和感知組成要素為基礎(chǔ),對(duì)各組成要素及其間的信息處理、接口耦合、運(yùn)動(dòng)傳遞、物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、能量變換機(jī)理進(jìn)行研究,使得整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合與綜合集成,并在系統(tǒng)程序和微電子電路有序信息流控制之下,形成物質(zhì)和能量的有規(guī)則運(yùn)動(dòng),在高功能、高精度、高可靠性、低能耗意義上實(shí)現(xiàn)各種技術(shù)功能組合以得到最佳功能價(jià)值的系統(tǒng)工程技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展的根本原因在于社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,系統(tǒng)工程、控制工程和信息論是機(jī)電一體化的理論基礎(chǔ),是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論。半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的進(jìn)步則為機(jī)電一體化奠定了物質(zhì)基礎(chǔ),機(jī)電一體化技術(shù)的研究與應(yīng)用融合于學(xué)科交叉。機(jī)電一體化依賴于相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,同時(shí)也促進(jìn)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。目前世界上普遍認(rèn)為機(jī)電一體化可以分為兩大類:生產(chǎn)過程機(jī)電一體化和機(jī)電產(chǎn)品一體化。機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)電一體化是機(jī)電一體化的核心,是生產(chǎn)過程機(jī)電一體化的物質(zhì)基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的產(chǎn)品加上微機(jī)控制即可轉(zhuǎn)變?yōu)樾乱淮漠a(chǎn)品,而新產(chǎn)品較之舊產(chǎn)品具有功能強(qiáng)、性能好、密度高、體積小、重量輕、更可靠、更方便、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)電一體化產(chǎn)品小到兒童玩具、家用電器、辦公設(shè)備,大到數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線、航空航天器,因此,可以說機(jī)電一體化技術(shù)幾乎涉及到社會(huì)的各個(gè)方面。其中,生產(chǎn)過程的機(jī)電一體化包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、裝配、檢測(cè)的自動(dòng)化,生產(chǎn)過程自動(dòng)化,經(jīng)營(yíng)管理自動(dòng)化等。當(dāng)傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品引入電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)時(shí),就形成所謂的新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品。典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品體現(xiàn)了機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的有機(jī)結(jié)合,幾種多種高新技術(shù),并把多種功能集成在一起,在市場(chǎng)上具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。機(jī)電一體化是機(jī)械、微電子、控制、計(jì)算機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合,起發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。其主要發(fā)展方向?yàn)閿?shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。機(jī)電產(chǎn)品高性能一般包含高速、高精度、高效率和高可靠性,人工智能在機(jī)電一體化技術(shù)中的研究日益得到重視,機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是機(jī)電一體化技術(shù)的重要應(yīng)用。1.2智能巡線機(jī)器人的概況智能巡線機(jī)器人的產(chǎn)生已有20多年的歷史,它被人們關(guān)注于機(jī)器人賽事?,F(xiàn)在各種機(jī)器人賽事,范圍普及世界。截止到2000年共有20余項(xiàng)公認(rèn)的機(jī)器人賽事,如機(jī)器人足球世界杯比賽、微機(jī)器人世界杯錦標(biāo)賽、日本相撲機(jī)器人大賽、機(jī)器鼠比賽等。這些機(jī)器人賽事有些就是巡線機(jī)器人。把比賽的尋線機(jī)器人和玩具機(jī)器人進(jìn)行一定的改進(jìn),使它具有一定的承載能力,能夠被運(yùn)用于工業(yè)的機(jī)器人。1.3 課題的主要內(nèi)容針對(duì)機(jī)器人的巡線特征,設(shè)計(jì)出能夠自動(dòng)巡線的智能巡線機(jī)器人,內(nèi)容包括機(jī)器人機(jī)械外形的設(shè)計(jì)、傳感器設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、智能巡線的控制設(shè)計(jì)。具體工作是:1、 根據(jù)一定要求設(shè)計(jì)出機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)。該機(jī)器人可以用于不同場(chǎng)合的循跡,但是必須是引導(dǎo)線的顏色與地面的顏色成鮮明對(duì)比。由于考慮到傳感器的使用比較多,所以該次設(shè)計(jì)的機(jī)器人主要是用于10cm50cm寬的引導(dǎo)線循跡。2、選擇辨色傳感器,必須可靠地識(shí)別出淺色引導(dǎo)線和深色地板。傳感器是機(jī)器人的眼睛,需要選擇幾種效果很好的傳感器,通過比較,擇優(yōu)選擇當(dāng)前條件下最好的傳感器,才能給機(jī)器人一雙明亮的眼睛。辨色傳感器需要識(shí)別淺色引導(dǎo)線和深色地板,能夠很好將檢測(cè)到的高低電平傳送給控制系統(tǒng)。3、傳感器的布局策略制定。在布置傳感器的過程中,需要考慮到機(jī)器人底盤的外形和驅(qū)動(dòng)方法,充分考慮到機(jī)器人在行進(jìn)時(shí)可能遇到的各種情況,在調(diào)整過程中是否可能會(huì)讓所有傳感器偏離出檢測(cè)物體,使得巡線失敗。要考慮機(jī)器人直走和轉(zhuǎn)彎等狀態(tài)可能產(chǎn)生的各種情況。4、選擇合適的電機(jī)。由于是載重機(jī)器人,電機(jī)不僅要有足夠大的力矩驅(qū)動(dòng)機(jī)器人動(dòng)作,速度也要快。5、選擇驅(qū)動(dòng)芯片。芯片要求能夠同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電機(jī),且能夠?qū)崿F(xiàn)速度控制。6、選擇適合本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)型號(hào),設(shè)計(jì)制作性能良好的主控制板。選型是根據(jù)單片機(jī)輸入量的個(gè)數(shù)和輸出量的個(gè)數(shù),還要合理留出備用端口方便擴(kuò)展使用。輸入量除了用于巡線的光電傳感器信號(hào)以外,還包括用超聲波傳感器檢測(cè)有無障礙物和是否到達(dá)目的地;輸出量主要是所有電機(jī)需要提供的控制信號(hào)的個(gè)數(shù)。除了端口選擇的要求外,還應(yīng)該滿足單片機(jī)的運(yùn)行速度較高,處理信息及時(shí)穩(wěn)定,友好的開發(fā)環(huán)境,易于在市場(chǎng)上購得等條件。采用主-從式控制或是單-單片機(jī)控制都需要在試驗(yàn)中驗(yàn)證可靠性和簡(jiǎn)易性。7、設(shè)計(jì)穩(wěn)定準(zhǔn)確快速的巡線方法。這是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)問題,在傳感器檢測(cè)機(jī)器人所在位置的基礎(chǔ)上,制定穩(wěn)定、快速的行進(jìn)方法。第2章 智能巡線機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)完整的機(jī)器人系統(tǒng)就是一個(gè)移動(dòng)的測(cè)控系統(tǒng),包括檢測(cè)部分、控制部分以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)部分。這幾個(gè)部分是彼此相互關(guān)聯(lián)的,檢測(cè)部分根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)選擇合理的檢測(cè)手段,驅(qū)動(dòng)部分根據(jù)任務(wù)要求和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路,控制部分則需從機(jī)械結(jié)構(gòu)、檢測(cè)手段、驅(qū)動(dòng)方法綜合考慮。21 機(jī)器人要素分析智能巡線機(jī)器人裝備包含以下幾個(gè)要素:機(jī)械機(jī)構(gòu)、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測(cè)試單元以及信息處理與控制單元五個(gè)部分。這五個(gè)基本組成要素可以與人體的五大要素進(jìn)行對(duì)比,如圖2-1所示。圖2-1 機(jī)器人設(shè)備與人體五大要素比較圖機(jī)械機(jī)構(gòu)的作用類似于人體的骨骼。包括工作模塊以及裝備所有功能元素的機(jī)械支持結(jié)構(gòu)以及機(jī)身、框架、連接等。機(jī)械機(jī)構(gòu)要在結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝性以及幾何尺寸等方面可靠、小型、輕量、美觀等要求。傳感與測(cè)試單元的作用相當(dāng)于人體的五官,對(duì)裝備本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),并將其變換成可識(shí)別信號(hào),傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?。它由各種類型的傳感器和信號(hào)處理電路或測(cè)試儀表構(gòu)成。傳感器與測(cè)試單元的主要問題在于提高可靠性、靈敏度和精密度。而提高可靠性的關(guān)鍵在于提高抗干擾能力。傳感器包括光電傳感器(巡線和計(jì)數(shù))、超聲波傳感器(檢測(cè)是否到達(dá)目標(biāo)和有無障礙物)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)相當(dāng)于人體的手和足。它根據(jù)控制單元的指令,快速高精度地完成要求的動(dòng)作。目前常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電磁式、液壓式和氣動(dòng)式機(jī)構(gòu)。此外,還有一些新型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)如超聲波驅(qū)動(dòng)器、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要根據(jù)機(jī)器人裝備的匹配性要求,考慮改善性能,如何提高精度和快速性,減輕重量,實(shí)現(xiàn)組件化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化,提高系統(tǒng)整體的可靠性。動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)單元相當(dāng)于人體的內(nèi)臟或肌肉。它在控制單元作用下,提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成要求的動(dòng)作和功能。機(jī)器人裝備一方面要求驅(qū)動(dòng)的高效率和快速反應(yīng)特性,同時(shí)要求對(duì)水、油、溫度、塵埃等外部環(huán)境的適應(yīng)性和可靠性。智能巡線機(jī)器人的動(dòng)力單元包括步進(jìn)和直流電機(jī)。信息處理與控制單元相當(dāng)于人體中的頭腦。將來自傳感器與測(cè)試單元的檢測(cè)信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、存貯、分析、加工,根據(jù)信息處理結(jié)果和預(yù)設(shè)的控制算法,發(fā)出相應(yīng)的指令控制整個(gè)系統(tǒng)有目的地運(yùn)行。一般由計(jì)算機(jī)、可編程控制器(PLC)和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備等組成。機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)控制和信息處理單元的基本要求是:提高信息處理速度,提高可靠性,增強(qiáng)抗干擾能力以及完善系統(tǒng)自我診斷功能,實(shí)現(xiàn)信息處理智能化和小型、輕量、標(biāo)準(zhǔn)化等。22 機(jī)器人總體分析221 場(chǎng)地分析智能巡線機(jī)器人是在針對(duì)特定的場(chǎng)地,找到適合自身機(jī)械特點(diǎn)的定位方法,通過不斷調(diào)整到達(dá)目標(biāo),最終完成設(shè)定的任務(wù)。如何采用簡(jiǎn)潔、快速、穩(wěn)定的控制方法和檢測(cè)設(shè)備是機(jī)器人的關(guān)鍵。它是在深色地板上放置白色引導(dǎo)線,特點(diǎn)是地面必須與引導(dǎo)線呈鮮明對(duì)比。機(jī)器人通過傳感器循跡,實(shí)時(shí)反映巡線信息直到CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求停止循跡。一般的工廠不可能絕對(duì)無障礙物,為了避免機(jī)器人碰撞損傷,機(jī)器人需具有蔽障能力和終點(diǎn)停止的功能。222 機(jī)械結(jié)構(gòu)分析智能巡線機(jī)器人是用于運(yùn)送貨物,它的承載能力為150kg。將機(jī)器人設(shè)計(jì)為小車形式,這樣運(yùn)送貨物就更加的方便。為滿足運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性,避免在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候因慣性而偏出路線導(dǎo)致巡線失敗,所以機(jī)器人的自身重量 F2 時(shí),驅(qū)動(dòng)輪才不至于打滑或空轉(zhuǎn)。初定驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)雙輪承受重力的60%,兩個(gè)萬向輪承受其余的40%,取驅(qū)動(dòng)輪輪胎與地面間的摩擦系數(shù)=0.02,驅(qū)動(dòng)輪直徑=15cm,支撐輪直徑D2=4cm.單個(gè)驅(qū)動(dòng)輪承受的正壓力: (5.4)單個(gè)支撐輪承受的正壓力: (5.5)單個(gè)驅(qū)動(dòng)輪克服的摩擦力: (5.6)單個(gè)支撐輪承受的摩擦力: (5.7)在一定的轉(zhuǎn)矩作用下驅(qū)動(dòng)輪克服摩擦力,則轉(zhuǎn)向輪處于從動(dòng)狀態(tài)。而在轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)下,一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪將推動(dòng)兩個(gè)萬向輪運(yùn)動(dòng),從而在這種要考慮兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的摩擦阻力。機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)承受的最大阻力: (5.8)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)所需的電機(jī)的功率:
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