探測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
探測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì),探測(cè),機(jī)器人,系統(tǒng),設(shè)計(jì)
控制界面源程序
// wl.cpp : Defines the class behaviors for the application.
//
#include "stdafx.h"
#include "wl.h"
#include "wlDlg.h"
#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_NEW
#undef THIS_FILE
static char THIS_FILE[] = __FILE__;
#endif
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// CWlApp
BEGIN_MESSAGE_MAP(CWlApp, CWinApp)
//{{AFX_MSG_MAP(CWlApp)
// NOTE - the ClassWizard will add and remove mapping macros here.
// DO NOT EDIT what you see in these blocks of generated code!
//}}AFX_MSG
ON_COMMAND(ID_HELP, CWinApp::OnHelp)
END_MESSAGE_MAP()
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// CWlApp construction
CWlApp::CWlApp()
{
// TODO: add construction code here,
// Place all significant initialization in InitInstance
}
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// The one and only CWlApp object
CWlApp theApp;
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// CWlApp initialization
BOOL CWlApp::InitInstance()
{
AfxEnableControlContainer();
// Standard initialization
// If you are not using these features and wish to reduce the size
// of your final executable, you should remove from the following
// the specific initialization routines you do not need.
#ifdef _AFXDLL
Enable3dControls(); // Call this when using MFC in a shared DLL
#else
Enable3dControlsStatic(); // Call this when linking to MFC statically
#endif
CWlDlg dlg;
m_pMainWnd = &dlg;
int nResponse = dlg.DoModal();
if (nResponse == IDOK)
{
// TODO: Place code here to handle when the dialog is
// dismissed with OK
}
else if (nResponse == IDCANCEL)
{
// TODO: Place code here to handle when the dialog is
// dismissed with Cancel
}
// Since the dialog has been closed, return FALSE so that we exit the
// application, rather than start the application's message pump.
return FALSE;
}
電機(jī)控制程序
org 00h
ajmp start
org 30h
START：? ；??檢測(cè)鍵盤(pán)狀態(tài)的程序
mov p0,#0ffh????? ?? ；置p0為輸入口，將P0口置為1，用于檢查按鍵是否按下
jnb p0.0,QIDONG????? ；按鍵S2按下，p0.0為0，進(jìn)入啟動(dòng)（正轉(zhuǎn)）程序
jnb p0.1,FANZHUAN?? ；按鍵S3按下，p0.1為0，進(jìn)入反轉(zhuǎn)程序
jnb p0.2,JITING??????? ；按鍵S4按下，p0.2為0，進(jìn)入急停程序
jnb p0.3,JIASU???????? ；按鍵S5按下，p0.3為0，進(jìn)入加速程序
jnb p0.4,JIANSU??????? ；按鍵S6按下，p0.4為0，進(jìn)入減速程序
jnb p0.5,TINGZHI????? ? ；按鍵S7按下，P0.5為0，進(jìn)入停止程序
ajmp start
QIDONG. ；啟動(dòng)程序，默認(rèn)為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為2000RPM
LCALL YANSHI?? ；調(diào)用延時(shí)子程序，目的：軟件消除按鍵抖動(dòng)
JNB P0.0,QI
LJMP START ；軟件消抖后，若p0.0為1，則認(rèn)為按鍵未按下，回到檢測(cè)按鍵狀態(tài)程序
QI:???
clr p0.6????? ；p0.6接電機(jī)R/S端，將其清零表示電機(jī)可以運(yùn)行?????????
setb p0.7???? ；p0.7接DIR端，為1，則與COM端斷開(kāi)，電機(jī)正轉(zhuǎn)
mov p2,#0Bh ；p2.0接CH1，p2.1接CH2，p2.2接CH3，將速度設(shè)定為2000RPM
lcall XIANSHI? ；顯示設(shè)定速度
LJMP START ；執(zhí)行完啟動(dòng)程序后，回到檢測(cè)按鍵狀態(tài)程序
FANZHUAN: ；反轉(zhuǎn)程序，也即逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)
LCALL YANSHI?? ；調(diào)用延時(shí)子程序，目的：軟件消除按鍵抖動(dòng)
JNB P0.1,FAN
LJMP START??? ；軟件消抖后，若p0.0為1，則認(rèn)為按鍵未按下，回到檢測(cè)按鍵狀態(tài)程序
FAN:????
clr p2.3???????????? ；接通BRK端，使電機(jī)急停
lcall PANTING?? ；調(diào)用判停程序,能從判停程序中返回，說(shuō)明機(jī)已停
setb p2.3??????? ?? ；斷開(kāi)BRK端，解除急停狀態(tài)
clr p0.7?????????? ? ；接通DIR端，使電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)
lcall XIANSHI??? ?? ；顯示設(shè)定速度
LJMP START??? ；執(zhí)行完啟動(dòng)程序后，回到檢測(cè)按鍵狀態(tài)程序
；急停程序
LCALL YANSHI?? ；調(diào)用延時(shí)子程序，目的：軟件消除按鍵抖動(dòng)
JNB P0.2,JI
LJMP START ；軟件消抖后，若p0.0為1，則認(rèn)為按鍵未按下，回到檢測(cè)按鍵狀態(tài)程序
JI:???
clr p2.3????????? ；接通BRK端，使電機(jī)急停
lcall PANTING???? ? ；調(diào)用判停程序，若能從中返回，說(shuō)明電機(jī)已停
LJMP START? ? ；執(zhí)行完啟動(dòng)程序后，回到檢測(cè)按鍵狀態(tài)程序
JIASU: ；加速程序，每按一次鍵，加速500rpm
LCALL YANSHI? ；調(diào)用延時(shí)子程序，目的：軟件消除按鍵抖動(dòng)
JNB P0.3,JIA
LJMP START? ? ；軟件消抖后，若p0.0為1，則認(rèn)為按鍵未按下，回到檢測(cè)按鍵狀態(tài)程序
JIA:?
mov a,p2???? ；將p2的值復(fù)制到累加器a中
anl a,#07h?? ?? ；取ch3ch2ch1的值，并放到累加器a中???
jz START??? ?? ；若a中值為0，則速度已經(jīng)最大，不再加速，回到檢測(cè)按鍵狀態(tài)程序??????
mov r0,p2
dec r0
mov p2,r0?????????? ；加速500rpm（參考電機(jī)驅(qū)動(dòng)器說(shuō)明中的多段速度選擇部分）
lcall XIANSHI???? ?? ；顯示設(shè)定的速度
LJMP START????? ；執(zhí)行完啟動(dòng)程序后，回到檢測(cè)按鍵狀態(tài)程序
JIANSU: ；減速程序，每按一次鍵，減速500rpm
LCALL YANSHI? ；調(diào)用延時(shí)子程序，目的：軟件消除按鍵抖動(dòng)
JNB P0.4,JIAN
LJMP START??? ；軟件消抖后，若p0.0為1，則認(rèn)為按鍵未按下，回到檢測(cè)按鍵狀態(tài)程序
JIAN:?
mov a,p2??
anl a,#07h?????????? ；取ch3ch2ch1的值???
cjne a,#07h,JS???? ；若a中數(shù)值為07h，則速度已為0，
ljmp START????? ?? ；若速度為0，則程序回到開(kāi)始程序，不再減速，以防出錯(cuò)
JS:
mov a,P2
inc a???
mov P2,a?? ? ；減速500rpm（參考電機(jī)驅(qū)動(dòng)器說(shuō)明中的多段速度選擇部分）
lcall XIANSHI?????? ；顯示設(shè)定的速度
ljmp START?? ；執(zhí)行完啟動(dòng)程序后，回到檢測(cè)按鍵狀態(tài)程序
TINGZHI: ；?停止程序
LCALL YANSHI? ；調(diào)用延時(shí)子程序，目的：軟件消除按鍵抖動(dòng)
JNB P0.5,TING
LJMP START??? ；軟件消抖后，若p0.0為1，則認(rèn)為按鍵未按下，回到檢測(cè)按鍵狀態(tài)程序
TING:??
setb p0.6??????? ；p0.6接R/S端，為1，則與COM端斷開(kāi)
lcall PANTING??? ? ；調(diào)用判停程序，若能從中返回，說(shuō)明電機(jī)已停
LJMP START???? ；執(zhí)行完啟動(dòng)程序后，回到檢測(cè)按鍵狀態(tài)程序
YANSHI: ；延時(shí)10ms,這是一個(gè)子程序，功能是延時(shí)10毫秒
mov a,#0????????? ；對(duì)累加器a置零，延時(shí)用
y:???
mov r1,#00h????? ? ；對(duì)寄存器r1置零，延時(shí)用
inc r1
cjne r1,#0ffh,y??? ；延時(shí)1ms
inc a
cjne a,#10,y????? ；延時(shí)10×1=10ms
ret
PANTING: ；判停程序，這是一個(gè)子程序，若能從判停程序中返回，則說(shuō)明電機(jī)已停
jnb p2.4,yanshi250ms ；若speed端為0，則進(jìn)入延時(shí)程序
ajmp PANTING?? ；若speed端為1，則返回PANTING，等待speed端出現(xiàn)0電平
yanshi250ms:
clr p2.6??????????? ；允許對(duì)計(jì)數(shù)器置數(shù)
mov p3,#08h???????? ?? ；對(duì)計(jì)數(shù)器置入數(shù)8
setb p2.6??????? ??? ；計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)
mov a,#0?????????? ? ；對(duì)累加器a置零，延時(shí)用
y250:???
mov r1,#00h???????? ；對(duì)寄存器r1置零，延時(shí)用
inc r1
jb p2.5,PANTING??? ? ；若期間Tc為1，則電機(jī)未停，返回PANTING，繼續(xù)判斷
cjne r1,#0ffh,y250???? ；延時(shí)1ms
inc a
cjne a,#250,y250????? ；延時(shí)250ms，
ret???
；若至延時(shí)結(jié)束Tc一直不改變狀態(tài)，則說(shuō)明speed端口無(wú)脈沖輸出，認(rèn)為電機(jī)停轉(zhuǎn)，程序
；返回。
；在電機(jī)停轉(zhuǎn)之前，單片機(jī)不響應(yīng)按鍵狀態(tài)的改變。
XIANSHI: ；顯示程序，這是一個(gè)子程序
mov a,p2??????????? ? ；將當(dāng)前的速度設(shè)定值讀入a中
anl a,#07h???????? ? ；取ch3ch2ch1的值，存入a中
mov b,#4
mul ab????? ；取得低位速度值對(duì)應(yīng)的相對(duì)地址，存入a中
add a,r3???????????? ；得到低位字符地址，放在a中
mov scon,#00h????? ? ；初始化串行口方式0
mov r2,#0?????????? ；利用r2來(lái)控制顯示字符數(shù)
mov dptr,#tab???? ?? ；字形表的入口地址
mov r3,a??????????? ；低位速度值地址存入r3
?x:????? add a,r2??? ；利用a與r2的和獲得字符地址
???????? movc a,@a+dptr??? ；查表獲得字型碼，放在a中
???????? mov sbuf,a????????? ；串口顯示
???? l:? jnb ti,l??? ；等待發(fā)送完畢
???????? clr ti???? ；發(fā)送標(biāo)志ti清零
???????? inc r2
???????? mov a,r3
???????? cjne? r2,#4,x??? ；發(fā)送四個(gè)字符
???????? ret
tab:?? db 03h,03h,49h,0dh
????? db 03h,03h,03h,0dh
????? db 03h,03h,49h,27h
????? db 03h,03h,03h,27h
????? db 03h,03h,49h,9fh
????? db 03h,03h,03h,9fh
????? db 03h,03h,49h,0ffh
????? db 03h,0ffh,0ffh,0ffh
END
單片機(jī)通信程序開(kāi)發(fā)
ORG 0000H
AJMP START ;轉(zhuǎn)到初始化程序
ORG 0023H
AJMP PGUART ;轉(zhuǎn)到串行中斷服務(wù)子程序
START: MOV SP,#60H ;堆棧指針初始化
MOV P0,#0FFH ;P0端口初始化
MOV P1,#0FFH ;P1端口初始化
MOV P2,#0FFH ;P2端口初始化
MOV P3,#0FFH ;P3端口初始化
MOV TMOD,#20H ;定時(shí)器T1工作于模式2,自動(dòng)重裝載
MOV TH1,#0FDH ;TH1初值為"0FDH",9600bps
MOV TL1,#0FDH ;TL1初值為"0FDH",9600bps
MOV SCON,#50H ;串行口工作于方式1,允許接收
SETB TR1 ;啟動(dòng)定時(shí)器T1
SETB ES ;允許串行口中斷
SETB EA ;開(kāi)總中斷
CLR UABIT
輕量級(jí)絲杠作動(dòng)器設(shè)計(jì)在便攜的機(jī)器人的應(yīng)用
機(jī)械設(shè)計(jì)報(bào)
凱文·W.霍蘭德·托馬斯G.唐
一個(gè)便攜機(jī)器人是直接與它的用戶聯(lián)系的一個(gè)受控和開(kāi)動(dòng)的設(shè)備。同樣，也要求這個(gè)設(shè)備必須也是便攜的，輕量級(jí)的，最重要的是安全的。為了達(dá)到這些目標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)絲杠的設(shè)計(jì)通常不能很好的按要求執(zhí)行這些。典型的絲杠有很低投球角度和大的半徑，從而產(chǎn)生很低的機(jī)械效率和很大的重量?？墒?，使用文本中的設(shè)計(jì)程序，效率和重量是被改進(jìn)的; 因而可以產(chǎn)生一種與人的肌肉相似的絲杠系統(tǒng)。例子中的問(wèn)題說(shuō)明一個(gè)可行性的絲杠設(shè)計(jì)應(yīng)該是277 的功率質(zhì)量比，接近驅(qū)動(dòng)它的馬達(dá)，即312W/kg，并且機(jī)械效率為0.74和最大動(dòng)能到11.3 kN/kg的絲杠設(shè)計(jì)。
1引言
在美國(guó)，有五分之一的人有不同形式的殘疾，這些人當(dāng)中，61％的人患有感覺(jué)或身體殘疾。在老年人中，8％到19 ％是步態(tài)失調(diào)。許多殘疾人可以獨(dú)立的受益于某種形式機(jī)器人的協(xié)助。一個(gè)便攜機(jī)器人是一個(gè)被計(jì)算機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)的裝置，是直接接觸用戶的。這種裝置的目的是增強(qiáng)用戶的行為能力。在病人治療期間，它可以用于訓(xùn)練，或是僅僅當(dāng)作一種協(xié)助病人完成日常生活的裝置。"便攜"的含義是指機(jī)器人必須攜帶方便，重量輕，而且安全是最重要的。相比之下，工廠車(chē)間的機(jī)器人是沒(méi)有這些功能的，因此，要簡(jiǎn)單修改現(xiàn)有的技術(shù)是不可能實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計(jì)便攜機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)方法有三大局限性;
1低電池功率密度；
2電機(jī)的低強(qiáng)度質(zhì)量比；
3重量和安全性的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。
這些工作的目的是審查絲杠驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)過(guò)程;結(jié)果顯示在局限性第三項(xiàng)方面有了重大改進(jìn)，即，重量和安全性的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。
2 背景
有趣的是，在便攜機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域的研究已經(jīng)超過(guò)了過(guò)去十年的增長(zhǎng)。最近，浪涌的利益可以歸因于電子小型化、微處理器能力和無(wú)線技術(shù)擴(kuò)散的推進(jìn)。提高便攜計(jì)算機(jī)控制設(shè)備的能力的可行性是可以實(shí)現(xiàn)的。
然而，除便攜式的計(jì)算平臺(tái)的可及性之外，必須談及物理機(jī)制的問(wèn)題。在便攜機(jī)器人發(fā)展中，主要的問(wèn)題是強(qiáng)度質(zhì)量比、重量和安全。有多少可利用的動(dòng)力可完成機(jī)械功？機(jī)器人設(shè)備有多少額外的力給人？還有，如何轉(zhuǎn)移這些動(dòng)力和怎么一直維護(hù)安全等？用戶和開(kāi)動(dòng)的機(jī)器人之間的安全互作用在便攜機(jī)器人設(shè)計(jì)中是一個(gè)首要問(wèn)題。
一個(gè)便攜的機(jī)器人系統(tǒng)的目的是將操作員通過(guò)存貯設(shè)備獲得的努力和能量抵消，即，電池、燃料電池和空氣坦克。作動(dòng)器的效率和整個(gè)系統(tǒng)的重量沉重影響分享在操作員和機(jī)器人之間的工作負(fù)擔(dān)。在很多情況下，機(jī)器人加給用戶的額外力量，能多完成一項(xiàng)測(cè)量任務(wù)。這意味著機(jī)器人不僅必須增添操作員的能力，也必須補(bǔ)嘗它自己另外的重量。
2.1 作動(dòng)器的比較。
很多機(jī)器人作動(dòng)器被比作成人的骨骼肌的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)師了解他們好的功率強(qiáng)度比和優(yōu)秀的強(qiáng)制生產(chǎn)能力就是為了動(dòng)作器與骨骼肌相比擬。為了匹配骨骼肌的性能，重要的是知道其中一些措施。不幸地是，生物文學(xué)中的普遍性是:被測(cè)量的肌肉參數(shù)是變化繁多的。雖然報(bào)告參數(shù)有一個(gè)寬的變化，這些參數(shù)一直能給生物材料行為標(biāo)度的感覺(jué)。制成表的數(shù)據(jù)和幾個(gè)原始估計(jì)數(shù)據(jù)被用于描述人的肌肉表現(xiàn)屬性和結(jié)果如表1所示。
表1：作動(dòng)器比較：通過(guò)機(jī)械效率，勢(shì)能，和校正動(dòng)能對(duì)各種各樣的作動(dòng)器類型進(jìn)行比較：
允許與有效能的運(yùn)用直接進(jìn)行比較。然而，在便攜機(jī)器人作動(dòng)器的發(fā)展中這兩個(gè)參量需要得到審查?？紤]到所有作動(dòng)器在100%效率中運(yùn)行，然后整個(gè)小組能直接地由他們各自的功率強(qiáng)度比進(jìn)行比較?？墒?，如果勢(shì)能中的動(dòng)力被提供給每臺(tái)作動(dòng)器，由于他們各自的效率僅僅是輸出一小部分動(dòng)力。所以，適當(dāng)?shù)乇容^上面被描述的作動(dòng)器，他們校正的勢(shì)能必須計(jì)算,即：
(1)
機(jī)械效率和Pwt是原始的功率質(zhì)量比。對(duì)各種動(dòng)作器演算的結(jié)果如表1所示
表1的內(nèi)容是從文獻(xiàn)或基于那些文獻(xiàn)的估計(jì)中獲得的。dc馬達(dá)的參數(shù)是:Maxon RE40馬達(dá)。 傳動(dòng)箱組合的參數(shù)在Maxon 2004編目中能夠找到。一臺(tái)電系列有彈性作動(dòng)器的參數(shù)用于估計(jì)這些參數(shù)。然而，一個(gè)一般大小的絲杠系統(tǒng)可能有更好的強(qiáng)度質(zhì)量比，因?yàn)樗泻芨叩呢?fù)載能力，并且有很低的重量。對(duì)于McKibben樣式的空氣肌肉，從各種各樣文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)了描述它的相關(guān)方法。
比較中顯然顯示的是校正功率質(zhì)量比，cP，dc馬達(dá)的參數(shù)，空氣肌肉和人的骨骼肌是都是簡(jiǎn)單匹配的。然而，馬達(dá)上一旦加上額外的硬件，它的執(zhí)行力會(huì)極大減小。基于動(dòng)作器的重量，如果能修改一個(gè)不是很大的dc馬達(dá)重量的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，則它接近于人的骨骼肌的功能可能會(huì)實(shí)現(xiàn)。
3絲杠設(shè)計(jì)
如上所見(jiàn)，當(dāng)一個(gè)典型絲杠系統(tǒng)與其他便攜機(jī)器人作動(dòng)器在概念上進(jìn)行比較時(shí)，它的性能是有限的。產(chǎn)生這種低性能的主要原因是它的機(jī)械效率很低。如果在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)絲杠系統(tǒng)中使用大約是=0.36的摩擦系數(shù)，會(huì)有更好的潤(rùn)滑效果。
相反，典型的球螺絲系統(tǒng)有非常好機(jī)械效率。 滾珠軸承的滾動(dòng)接觸對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的摩擦作用會(huì)保持很低。然而，效率雖然有了改進(jìn)，球螺絲作動(dòng)器的cPt參數(shù)仍然低于那骨骼肌，這是因?yàn)榍蚵萁z系統(tǒng)的重量很大。如果改進(jìn)球螺絲的cP性能，那么重量的減少就可以實(shí)現(xiàn)了。
機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)
圖1 絲杠外形; 主角l…在一個(gè)單一螺旋螺絲中是等效的
用于設(shè)計(jì)圍攏絲杠的基本數(shù)學(xué)也適用于球螺絲系統(tǒng)。這兩個(gè)機(jī)械傳輸之間的主要差別是他們的摩擦系數(shù)。在以下部分會(huì)考慮影響絲杠重量和機(jī)械效率的設(shè)計(jì)參數(shù)，并且對(duì)它的cP進(jìn)行改進(jìn)。
3.1絲杠外形
在圖1顯示的是普通絲杠的基本外形。絲杠的關(guān)鍵參量是主角l，螺絲半徑r和前置角。主角l是螺絲每次改進(jìn)達(dá)到的位移數(shù)量，一個(gè)高精度螺絲有非常小或非常好的主角。在圖1的正三角形顯示的螺絲的唯一一次改進(jìn)被剝開(kāi)的構(gòu)造。前置角代表螺紋的斜面或傾斜度。 三角的基礎(chǔ)是螺絲軸的圓周，三角形的右腿是它的主角，螺線螺紋的弦代表路徑長(zhǎng)度。
并且在正三角形中看出使螺母舉起負(fù)載的強(qiáng)大的力。負(fù)載的力量顯示為F，螺絲的扭矩強(qiáng)度是F,在螺絲螺紋上的正常反作用力是N，并且摩擦力是N。從這張圖中，舉起的扭矩的等式就可以是：
(2)
3.2 對(duì)R。
還考慮，絲杠的外形在圖1可以顯示主角 l是由螺絲半徑r和前置角描述的。這些可改變量之間的關(guān)系是：
(3)
(4)
公式4的意思是r、螺絲半徑和，前置角，都是需要螺絲主角l的。這意味著在r和之間存在一個(gè)連續(xù)的關(guān)系。雖然存在這個(gè)連續(xù)的關(guān)系，多數(shù)螺絲系統(tǒng)還是被設(shè)計(jì)成非常小的前置角。從首選螺絲大小的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，雖然各自的直徑都在變化，但前置角都小于3°。
在公式4種顯示對(duì)所有螺絲主角的需求，各種各樣的半徑都可以使用。這個(gè)意義在于螺絲半徑 r的變小，螺絲的重量是通過(guò)r2減小的。因此，要補(bǔ)嘗小螺絲半徑，必須考慮前置角這個(gè)參數(shù)。
前角，
圖2絲杠系統(tǒng)機(jī)械效率：遮蔽一部分的圖表多數(shù)是絲杠的典型設(shè)計(jì)區(qū)域。是小的，半徑大，重量大，并且效率是較低的。在圖表的未遮住的區(qū)域設(shè)計(jì)，是大的，暗示更小的半徑、更低的重量和更高的效率。
3.3效率對(duì)阿爾法。
對(duì)于一個(gè)便攜機(jī)器人的設(shè)計(jì)，不僅絲杠作動(dòng)器的重量是一個(gè)重要問(wèn)題，而且作動(dòng)器的效率也是非常關(guān)鍵的。如上所述，螺絲半徑的減小可以使動(dòng)作器的重量大大減小。然而，要減小螺絲半徑，必須增加前置角 ，以保持恒定的主角。當(dāng)看公式2時(shí)，可以看出要求承受負(fù)載的力矩Fw，取決于兩前置角和摩擦系數(shù).
影響螺絲效率的是前置角和摩擦系數(shù)，圖2顯示對(duì)摩擦系數(shù)_和前置角_的沖擊在于絲杠系統(tǒng)的效率
(5)
在圖2的每條線是基于摩擦系數(shù)不同的參數(shù)。幾份普通的工程材料作為例子給讀者一個(gè)在絲杠系統(tǒng)中能有不同物質(zhì)或涂層的作用的感覺(jué)。這個(gè)圖表示，當(dāng)前置角增加，機(jī)械效率就增加; 或者至少到達(dá)一個(gè)峰值。
理論上，選擇最大效率采摘角度是有利的。一個(gè)絲杠系統(tǒng)在高效率運(yùn)行時(shí)需要使負(fù)載力矩達(dá)到最小Fw。在高峰值效率發(fā)生的角度可以取決于與角度效率有關(guān)的參數(shù)，結(jié)果是可以看到的。
(6)
雖然一個(gè)高前置角可能提高效率，但它也可能導(dǎo)致反驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。一個(gè)反驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一種負(fù)載力矩，沒(méi)有力矩協(xié)助的情況下，螺絲可能自轉(zhuǎn)，因而允許負(fù)載自我降低。反驅(qū)動(dòng)絲杠不適合應(yīng)用于汽車(chē)起重器，但是可以應(yīng)用于便攜機(jī)器人當(dāng)中。因此反驅(qū)動(dòng)的前置角是：
(7)
不管產(chǎn)生多么高的負(fù)載力量，多么低的摩擦系數(shù)系統(tǒng)，前置角和摩擦系數(shù)總是影響這些條件的，例如球螺絲，反驅(qū)動(dòng)是一個(gè)必然結(jié)果。
4 實(shí)用考慮
理論上，如先前的文獻(xiàn)所顯示，是希望螺絲半徑 r減小的，甚至到一個(gè)幾乎微觀尺度。然而，從設(shè)計(jì)和制造業(yè)方面來(lái)講，這不是一種實(shí)用的解決方案。雖然從重量和效率的角度來(lái)講小螺絲的直徑和高前置角是極其重要的，但他們可能不允許設(shè)計(jì)師適應(yīng)物理系統(tǒng)的力量需要。例如軸向產(chǎn)生，壓縮折和機(jī)制困境都需要被考慮?？紤]到單一的超薄的螺絲也許是輕量級(jí)的，它可能沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)所需要足夠的負(fù)載能力。但可以使用單一的，或幾個(gè)螺絲，就會(huì)有足夠大的負(fù)載能力。用幾個(gè)小螺絲承受大載荷是沒(méi)有重量?jī)?yōu)勢(shì)的，作為因計(jì)算一個(gè)螺絲斷面產(chǎn)生的重量和壓強(qiáng)。然而，使用幾個(gè)小螺絲承受載荷可能允許對(duì)高前置角的持續(xù)使用和在高效率中運(yùn)行，甚至在很高負(fù)載。通過(guò)推擠絲杠原材料物產(chǎn)極限，可以達(dá)到軸向很高的負(fù)載。這種工作方法的好處在于一個(gè)緊張系統(tǒng)比它壓縮軸承更好運(yùn)作的系統(tǒng)。當(dāng)考慮到減小一個(gè)既長(zhǎng)又細(xì)的螺絲的負(fù)載時(shí)，類似于McKibben作動(dòng)器甚至人的肌肉，（絲杠作動(dòng)器能被設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)僅緊張裝載），因而消除共折的考慮。在一個(gè)便攜機(jī)器人中創(chuàng)建緊張驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不一定意味著需要一個(gè)對(duì)抗性。實(shí)際上，與一個(gè)協(xié)助機(jī)器人相比，殘疾人在做單一的直接動(dòng)作時(shí)，肌肉存在弱點(diǎn)，因此，這些人是非常需要?jiǎng)幼髌鲙椭摹?
對(duì)于那些推擠螺絲半徑和因此導(dǎo)致前置角的極限超過(guò)最大效率的設(shè)計(jì)師，摩擦極限角度多少是可以傾斜的。所有這些的物理解釋是系統(tǒng)捆綁或鎖，由導(dǎo)出的公式2可以看見(jiàn)。一個(gè)由公式（2）導(dǎo)出，可以產(chǎn)生以下關(guān)系
(8)
除被列出的實(shí)用考慮之外，還可能存在著許多其他問(wèn)題。包括扭轉(zhuǎn)力僵硬或屈服力甚至熱擴(kuò)散等。這些因素中的每一個(gè)都是重要的并且都需要我們考慮?？墒?，這個(gè)練習(xí)的目的是展示選擇一個(gè)設(shè)計(jì)或選擇螺絲系統(tǒng)的典型方法。這個(gè)選擇方法的好處是可直接適用于一個(gè)便攜機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
5 例子中的問(wèn)題
展示一份粗糙設(shè)計(jì)報(bào)告，考慮高峰距小腿關(guān)節(jié)扭矩在到一個(gè)有能力裝載80 kg的個(gè)體并且是0.8 Hz的跨步頻率期間的連接扭矩。在步態(tài)期間的腳腕扭矩峰值大約是100毫微米。這個(gè)峰值大致發(fā)生在45%的步態(tài)周期。步態(tài)周期是指一只腳跟的停止到這支腳跟下一次停止的時(shí)間。腳趾是承受另一只腿重力和開(kāi)始搖擺的點(diǎn)。 搖擺階段的判斷是步態(tài)再次安置腳回到腳跟停止位置時(shí)，然后下一個(gè)步態(tài)周期開(kāi)始。
例如，讓我們考慮修造一個(gè)腳腕步態(tài)協(xié)助絲杠作動(dòng)器。我們假設(shè)協(xié)助水平在30%左右和到小腿關(guān)節(jié)是12厘米的力矩臂。
表2作動(dòng)器問(wèn)題比較：絲杠設(shè)計(jì)I和II與人的肌肉的效率比較，對(duì)勢(shì)能的比較，校正勢(shì)能和動(dòng)能的措施的比較。
這些參數(shù)都可以根據(jù)自己的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)并且在合理的范圍內(nèi)進(jìn)行修改和變化。參數(shù)和可用的參量接近于Maxon馬達(dá)，即RE40，這個(gè)例子中，主角長(zhǎng)度的范圍已經(jīng)確定了;它的范圍可以是
解決設(shè)計(jì)兩個(gè)絲杠的問(wèn)題:第一個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題是解決最大效率。假設(shè)是2 mm和=0.05，螺絲在=43.5°、半徑是0.34mm 的地方產(chǎn)生的效率是90%。這樣小的一條半徑，需要多個(gè)螺絲承受負(fù)載。即使如此，估計(jì)作動(dòng)器的勢(shì)能是280 W/kg 。通過(guò)馬達(dá)重量和預(yù)測(cè)的傳輸系統(tǒng)，劃分需要的功率峰值就可以得出勢(shì)能的大小。我們從以前的工作知道了，輔助組分的重量成比例可以減小螺絲和螺釘?shù)闹亓俊?
第二個(gè)設(shè)計(jì)，絲杠II，從商業(yè)供營(yíng)商得到可利用的維度。 螺絲的=13.6°和0.82的效率。 更大一些的維度也可行，動(dòng)作器的勢(shì)能最好是277 W/kg。為了達(dá)到比較的目的，這個(gè)例子出現(xiàn)的問(wèn)題結(jié)果制成了表格。表2顯示兩個(gè)絲杠設(shè)計(jì)方案的數(shù)字結(jié)果。這些參數(shù)與先前的dc馬達(dá)參數(shù)和人的骨骼肌的估計(jì)值進(jìn)行比較。通過(guò)例子，動(dòng)能大小是基于力的峰值進(jìn)行計(jì)算的。
6 討論
在分析解決最大效率的方案上，絲杠設(shè)計(jì)I顯示了一個(gè)單一小半徑螺絲永遠(yuǎn)不會(huì)處理所要求的負(fù)載?？墒?，多個(gè)螺絲同時(shí)平行執(zhí)行那項(xiàng)任務(wù)會(huì)有同樣高的效率。雖然使用典型的技術(shù)不容易制造出一個(gè)0.34 mm半徑的螺絲，但用這種方法是可以實(shí)現(xiàn)的（即，使用多個(gè)螺絲產(chǎn)生高效率）。要設(shè)計(jì)一個(gè)特殊的絲杠，效率是沒(méi)有極限的。絲杠設(shè)計(jì)II顯示，有一種可行的解決方案可以解決腳腕的問(wèn)題，校正功率質(zhì)量比參數(shù)使其非常接近于人的肌肉。使用一種相似的方法，球形螺絲機(jī)制能有益于它的表現(xiàn)，一般方法是創(chuàng)建一個(gè)驅(qū)動(dòng)的背面，低重量和高效率的螺絲系統(tǒng)可以使基于dc馬達(dá)的動(dòng)作器的便攜機(jī)器人應(yīng)用有一種有力解答。
圖3 原型作動(dòng)器，高效率絲杠
前面提到，一臺(tái)便攜機(jī)器人作動(dòng)器不僅要有好的執(zhí)行能力，而且還要對(duì)它的用戶有一定的安全性。在考慮安全方面時(shí)，（駕駛）是便攜絲杠作動(dòng)器所需要的。（ 駕駛）允許操作者任意安裝沒(méi)有動(dòng)力的螺釘，因而使它的阻礙減到最小。另一方面，在螺絲的末端設(shè)計(jì)一塊閑置的部分以防止馬達(dá)和用戶受到損壞。對(duì)人的損傷可以通過(guò)安置螺絲的末端范圍在用戶的生理安全極限內(nèi)來(lái)避免，即一旦遇到危險(xiǎn)強(qiáng)度，可以得到短期的脫離。所有這些方法都需要得到重點(diǎn)考慮，并且應(yīng)該在設(shè)計(jì)過(guò)程中早期解決。安置機(jī)械部件必須包括特別的防備措施。 防備措施必須超出軟件或控制器范圍; 因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)該包括他們。保證用戶的安全是在設(shè)計(jì)所有協(xié)助機(jī)器人時(shí)應(yīng)該是最優(yōu)先考慮的事，我們的實(shí)驗(yàn)室也調(diào)查了便攜作動(dòng)器的其他類型?？磮D3。這些技術(shù)幫助我們保持設(shè)備的整體大小和重量打到最低。
7 結(jié)論
一臺(tái)便攜機(jī)器人作動(dòng)器必須有好的功率勢(shì)能比，好的機(jī)械效率，好的強(qiáng)度質(zhì)量比，并且一定是安全的。對(duì)于一個(gè)具有好的功率的dc馬達(dá)，改進(jìn)它力量的唯一方法是增加傳動(dòng)系統(tǒng)。傳統(tǒng)上，這種方法導(dǎo)致了dc馬達(dá)作動(dòng)器功率質(zhì)量比的增加以至于它的執(zhí)行力筆直下降。可是，我們的方法可以用于設(shè)計(jì)絲杠和球形絲杠的力，例如一個(gè)便攜的協(xié)助機(jī)器人。
探測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
開(kāi)題報(bào)告
班級(jí)（學(xué)號(hào)）：機(jī)0405-18 姓名：王亮
指導(dǎo)老師： 王會(huì)香
一、綜述
1.課題研究的目的和意義
出于重要的戰(zhàn)略意義，資源領(lǐng)域已成為各科技強(qiáng)國(guó)相互競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)焦點(diǎn)，出于安全性等因素的考慮，對(duì)探測(cè)機(jī)器人的研究設(shè)計(jì)也成為了開(kāi)發(fā)資源的重要硬件之一，探測(cè)機(jī)器人可以幫助人類完成一些不能完成的任務(wù)，其應(yīng)用范圍很廣，有幾下幾方面：
1）行星探測(cè)移動(dòng)機(jī)器人
行星探測(cè)移動(dòng)機(jī)器人的研究對(duì)于發(fā)展行星科學(xué)、提高國(guó)防能力、提高國(guó)家的國(guó)際地位等方面均有重要意義，因?yàn)?①移動(dòng)機(jī)器人是行星科學(xué)研究中著陸探測(cè)和取回樣品到實(shí)驗(yàn)室分析的有力工具。②人類在太空中停留數(shù)月之久會(huì)嚴(yán)重丟失鈣和磷，這似乎意味著人類不可能在重力為零的狀態(tài)下飛行6一9個(gè)月或更長(zhǎng)一點(diǎn)時(shí)間。但機(jī)器人不存在這個(gè)問(wèn)題。因此，行星探測(cè)移動(dòng)機(jī)器人的研究是對(duì)行星進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)地考察的需要。③大大節(jié)省探測(cè)成本。以月球探測(cè)為例，根據(jù)粗略的估計(jì)，一次有人駕駛的飛行所花費(fèi)的錢(qián)要比無(wú)人駕駛飛行多50一100倍。因此，光就科學(xué)上的探索來(lái)說(shuō)，用機(jī)器人執(zhí)行無(wú)人駕駛飛行任務(wù)是合算的。④有利于提高國(guó)家國(guó)防自動(dòng)化的水平和國(guó)際地位。因此，行星探測(cè)移動(dòng)機(jī)器人的研究受到世界各國(guó)的高度重視。[6]
2）海洋探測(cè)機(jī)器人
海洋探測(cè)機(jī)器人人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海洋開(kāi)發(fā)的許多領(lǐng)域，隨著海洋開(kāi)發(fā)的不斷深入，續(xù)航力大、探測(cè)范圍廣、能執(zhí)行多種復(fù)雜任務(wù)的大型機(jī)器人需求也越來(lái)越大。主要用于海洋石油開(kāi)發(fā)、海底管道光纜巡查檢修以及其他各種復(fù)雜任務(wù)。為了使機(jī)器人能更好的完成指定任務(wù)，水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能預(yù)報(bào)就成為了一個(gè)重要的研究課題。[1]
3）油井故障探惻機(jī)器人
探測(cè)儀器的送進(jìn)是油田上測(cè)井、修井等井下作業(yè)中的一項(xiàng)重要技術(shù)。[3]
4) 履帶式井下探測(cè)機(jī)器人
中國(guó)作為世界產(chǎn)煤大國(guó)，也是世界煤礦事故高發(fā)國(guó)家，需要非常重視煤礦生產(chǎn)的安全。這種探測(cè)機(jī)器人可在災(zāi)害發(fā)生前對(duì)隱患進(jìn)行準(zhǔn)確及時(shí)的檢測(cè)與預(yù)防，災(zāi)后進(jìn)行施救等重要的危險(xiǎn)任務(wù)。[5]
關(guān)于探測(cè)機(jī)器人應(yīng)用范圍比我們想象的要廣泛的多，在軍事方面，已經(jīng)研究出了反坦克雷探測(cè)機(jī)器人；還有醫(yī)學(xué)探測(cè)機(jī)器人等。
2006年，中國(guó)政府制定的《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》和《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006－2020年）》，將發(fā)展航天事業(yè)置于重要地位。根據(jù)上述兩個(gè)規(guī)劃綱要，中國(guó)政府制定了新的航天事業(yè)發(fā)展規(guī)劃，明確了未來(lái)五年及稍長(zhǎng)一段時(shí)期的發(fā)展目標(biāo)和主要任務(wù)。按照這一發(fā)展規(guī)劃，國(guó)家將啟動(dòng)并繼續(xù)實(shí)施載人航天、月球探測(cè)、高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)、新一代運(yùn)載火箭等重大航天科技工程，以及一批重點(diǎn)領(lǐng)域的優(yōu)先項(xiàng)目，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，超前部署和發(fā)展航天領(lǐng)域的若干前沿技術(shù)，加快航天科技的進(jìn)步和創(chuàng)新。要發(fā)展航空事業(yè)，對(duì)月球進(jìn)行探索，那么研究設(shè)計(jì)探測(cè)機(jī)器人是必不可少的過(guò)程。
2.課題的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
1）在行星探測(cè)機(jī)器人的研制方面，美國(guó)和俄羅斯處于世界領(lǐng)先地位。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，美、蘇向月球以及金、火、水、木、土等星球發(fā)射了許多探測(cè)器。格林威治時(shí)間1997年7月4日17時(shí)07分，美國(guó)國(guó)家航空航天局困ASA)發(fā)射的火星探路者號(hào)宇宙飛船成功地在火星表面著陸。探路者登陸器上帶有各種儀器及“索杰納”火星車(chē)團(tuán)。這是上世紀(jì)自動(dòng)化技術(shù)最高成就之一。[6]
日本對(duì)機(jī)器人的設(shè)計(jì)也處于領(lǐng)先地位。日本京都大學(xué)科研人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新型機(jī)器人,能在強(qiáng)烈地震發(fā)生后到廢墟中探測(cè)被埋人員。還專門(mén)進(jìn)行了實(shí)用演示。這種機(jī)器人外表象是一條粗大的節(jié)足昆蟲(chóng),長(zhǎng)1·43 m,由7節(jié)組成,有人的小腿一般粗細(xì),每節(jié)周身都纏滿縱向履帶。它可以在遙控下從瓦礫的夾縫中蜿蜒穿行,裝在頭部的攝像機(jī)鏡頭會(huì)隨時(shí)傳輸觀察到的影像和搜集到的聲音,從而供控制者判斷里面是否有需要救助的存活人員。
未來(lái)的空間探測(cè)任務(wù)要求機(jī)器人系統(tǒng)能夠在預(yù)先未知或非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中執(zhí)行變化的任務(wù)，機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)具備良好的幾何通過(guò)性、越障性、抗傾覆性、行駛平順性、牽引控制特性和能耗特性?；诓煌脑砗托阅軅?cè)重點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外提出并試驗(yàn)了多種類型的空間探測(cè)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)。
2）探測(cè)機(jī)器人移動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)如下:
(1)輪腿式，履腿式等復(fù)合型結(jié)構(gòu)的移動(dòng)機(jī)器人是一個(gè)研制方向.
(2)由于航天器技術(shù)、尺寸、質(zhì)量和費(fèi)用的限制,微小型行星探測(cè)機(jī)器人是目前發(fā)展的主流.
(3)由于通信時(shí)延和微重力作用的緣故,中低速移動(dòng)機(jī)器人是研制的主流.
(4)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制方案相結(jié)合是研制靈活可靠的行星探測(cè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方向.[6]
3）設(shè)計(jì)探測(cè)機(jī)器人所面臨的問(wèn)題
盡管?chē)?guó)內(nèi)外已經(jīng)研制出了輪式、腿式、輪腿式、履帶式和其它特殊形式的移動(dòng)機(jī)器人,但到目前為止,無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外,同時(shí)具備以下性能的移動(dòng)機(jī)器人還沒(méi)有出現(xiàn):(1)能跨越大于輪子直徑的壕溝和高于輪子半徑的臺(tái)階;(2機(jī)器人陷入軟土壤中時(shí),能自動(dòng)脫離軟土壤區(qū),恢復(fù)正常的行駛能力;(3)整機(jī)的可密封性和可壓縮性良好;(4)克服傾翻對(duì)機(jī)器人行駛能力的不良影響;(5)行駛的高速高效性;(6)容積可進(jìn)行擴(kuò)充，而這些又是行星探測(cè)等領(lǐng)域移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)所應(yīng)具備的重要性能,因此,研制出新型的、綜合性能更好的行星探測(cè)機(jī)器人是行星探測(cè)機(jī)器人移動(dòng)系統(tǒng)研究中有待解決的問(wèn)題之一[6].
二、研究?jī)?nèi)容
本文以研制履帶便攜式抗摔機(jī)器人為目標(biāo)，采用模塊化設(shè)計(jì)，以便根據(jù)要求選擇和定制配置，并在需要的時(shí)候方便更換和添加其他模塊，具有良好的機(jī)動(dòng)性，在越障、跨溝、攀爬方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。該機(jī)器人的最大優(yōu)點(diǎn)是具有良好的越障性能、環(huán)境適應(yīng)性能、防摔抗沖擊性能并具備全地形通過(guò)能力。
其研究?jī)?nèi)容具體如下：
1、 研究探測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。
依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行性能指標(biāo)分析，動(dòng)態(tài)分析，使機(jī)器人能夠自適應(yīng)路面，即具有抗傾覆性、爬坡性能、越障性能、跨溝性能等功能。
2、 確定探測(cè)機(jī)器人的移動(dòng)方式，并對(duì)整個(gè)探測(cè)機(jī)器人的整體進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。
1）移動(dòng)方式的確定
2）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3）傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3、對(duì)探測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，繪制機(jī)械圖。
4、給出移動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。
1）選擇傳感器
2）控制系統(tǒng)
3）驅(qū)動(dòng)器的選擇
目標(biāo)：掌握探測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，從實(shí)際應(yīng)用環(huán)境出發(fā)確定機(jī)器人的移動(dòng)方式，選用合理的目標(biāo)監(jiān)測(cè)手段，來(lái)實(shí)現(xiàn)探測(cè)目的。
三、實(shí)現(xiàn)方法及其預(yù)期目標(biāo)
1、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)的探測(cè)機(jī)器人由四個(gè)模塊構(gòu)成，即底盤(pán)運(yùn)動(dòng)模塊、電源及驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器模塊、控制計(jì)算機(jī)模塊。大體結(jié)構(gòu)如圖1-1
控制計(jì)算機(jī)模塊
傳感器模塊
電源驅(qū)動(dòng)模塊
底盤(pán)運(yùn)動(dòng)模塊
圖1-1機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)
2、 移動(dòng)機(jī)構(gòu)分析
便攜式機(jī)器人按移動(dòng)方式分主要有輪式、履帶式、腿足式三種，另外還有步進(jìn)移動(dòng)式、
混合移動(dòng)式、蛇行移動(dòng)式等，各種移動(dòng)方式的機(jī)動(dòng)性能對(duì)比如表1-1
表1-1 車(chē)輪式、輪、履、腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)性能比較：
移動(dòng)機(jī)構(gòu)方式
輪式
履帶式
腿式
移動(dòng)速度
快
較快
慢
越障能力
差
一般
好
機(jī)構(gòu)復(fù)雜程度
簡(jiǎn)單
一般
復(fù)雜
能耗量
小
較小
大
機(jī)構(gòu)控制難易程度
易
一般
復(fù)雜
很明顯，履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能居于輪式和腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)之間，在地面適應(yīng)性能、越障性能方面有良好表現(xiàn)。履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu)地面適應(yīng)性能好，在復(fù)雜的野外環(huán)境中能通過(guò)各種崎嶇路面以及溝壑等，它的活動(dòng)范圍廣，性能可靠，使用壽命長(zhǎng)，輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)法與其比擬，適合作為機(jī)器人的推進(jìn)系統(tǒng)。
運(yùn)動(dòng)原理：
3、 移動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
一個(gè)在實(shí)際工作中的機(jī)器人，他的運(yùn)動(dòng)由驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，任務(wù)的具體執(zhí)行有終端機(jī)具完成。在執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中，感覺(jué)系統(tǒng)將內(nèi)感受和外感受的信息反饋給控制系統(tǒng)，有控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)機(jī)器人的活動(dòng)作決策和付諸實(shí)施。系統(tǒng)的控制部分的工作方式要適合于執(zhí)行的任務(wù)。采用某一種工作方式，例如，人進(jìn)行的干預(yù)很少---自由方式；人的干預(yù)很多---手動(dòng)方式；斷斷續(xù)續(xù)干預(yù)---監(jiān)督管理方式等，都要按任務(wù)的需求而定。
在控制機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中涉及三方面：
信息---機(jī)器人自身及環(huán)境的信息。他們來(lái)自感覺(jué)系統(tǒng)即感知的機(jī)器人自身狀態(tài)。
決定---產(chǎn)生執(zhí)行任務(wù)的行動(dòng)方式，任務(wù)的程序設(shè)計(jì)。
行動(dòng)---控制信號(hào)的產(chǎn)生和實(shí)施。
如圖1-2 所示
人
決定
行動(dòng)（控制）
信息（感覺(jué)）
環(huán)境
操作部分
控制部分
圖1-2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
依據(jù)上述要求所需，考慮一下幾個(gè)方面：
1） 選擇傳感器
首先，機(jī)器人的傳感器就像人體上的感覺(jué)器官，它可以探測(cè)到周?chē)沫h(huán)境，然后經(jīng)過(guò)綜合性的測(cè)量、計(jì)算，對(duì)他的行為進(jìn)行選擇判斷。其中，視覺(jué)是最重要的，因?yàn)?，即使只有視覺(jué)的時(shí)候，也能根據(jù)看到的進(jìn)行前行或是改變行為方式，但如果失去了視覺(jué)，即使其他的感覺(jué)功能都存在，也很難判斷周?chē)沫h(huán)境，很難對(duì)行為方式進(jìn)行判斷。所以首先應(yīng)選擇視覺(jué)傳感器。
其次，視覺(jué)傳感器也有他的局限性，實(shí)現(xiàn)視覺(jué)的功能是需要光的，如果在晚間執(zhí)行任務(wù)時(shí)就很難實(shí)現(xiàn)其功能，為更好的使機(jī)器人完成認(rèn)為，再加一個(gè)超聲波傳感器。
2） 控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是指機(jī)器人的信息處理裝置，在本設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，選擇數(shù)字電子計(jì)算機(jī)。這是一個(gè)依據(jù)事先和事后的信息而產(chǎn)生對(duì)機(jī)器人的控制命令的系統(tǒng)。信息主要來(lái)自人---機(jī)對(duì)話和感覺(jué)系統(tǒng)。機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)前。在計(jì)算機(jī)重要貯存好一個(gè)運(yùn)動(dòng)模型，一個(gè)環(huán)境模型，一些與執(zhí)行任務(wù)有關(guān)的數(shù)據(jù)及一定數(shù)量的執(zhí)行任務(wù)的策略和算法，在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)接受來(lái)自傳感器的機(jī)器人目前狀態(tài)的信息和涉及到目前包括工作對(duì)象在內(nèi)的環(huán)境狀況的信息。依據(jù)上述的所有數(shù)字模型，原始數(shù)據(jù)，感受的信息，利用控制策略和算法，以及過(guò)去執(zhí)行任務(wù)的經(jīng)驗(yàn)等，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一個(gè)對(duì)機(jī)器人的控制命令。
3）驅(qū)動(dòng)裝置的選擇
按照能源的不同 ，可分為液動(dòng)，氣動(dòng)，電動(dòng)三大類。電驅(qū)動(dòng)器由于電能易于獲取，容易傳輸，沒(méi)有污垢，易于維修等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。在機(jī)器人使用的電驅(qū)動(dòng)器中，步進(jìn)電機(jī)與數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的結(jié)合上，表現(xiàn)出很好的發(fā)展前景。所以驅(qū)動(dòng)裝置選擇步進(jìn)電機(jī)。
4軟件組成
硬件只是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軀體；而軟件則是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的大腦和靈魂，是人的思維與系統(tǒng)硬件之間的橋梁。軟件的優(yōu)劣關(guān)系到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)正常運(yùn)行、硬件功能的發(fā)揮以及控制性能的優(yōu)劣等。用以具體實(shí)施有關(guān)功能的算法是以軟件包的形式貯存在機(jī)器人的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。為了控制機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)，在操作員與機(jī)器人之間進(jìn)行信息交換是必須的，這樣做旨在使機(jī)器人按操作員的意圖進(jìn)行工作，完成任務(wù)。本設(shè)計(jì)采用VC語(yǔ)言. 四、對(duì)進(jìn)度的具體安排
1. 第1-3周 實(shí)習(xí)調(diào)研基本結(jié)束；
2. 第4周 撰寫(xiě)并提交調(diào)研報(bào)告和開(kāi)題報(bào)告；
3. 第5-6周 制定探測(cè)移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)原則；
4．第7周 確立機(jī)器人的移動(dòng)方式；
5. 第8-12周 設(shè)計(jì)機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)；
6. 第13-14周 設(shè)計(jì)控制方案及監(jiān)測(cè)手段；
7．第15-16周 撰寫(xiě)并提交畢業(yè)論文；審閱、評(píng)審并修改畢業(yè)論文；
8．第17周 完成畢業(yè)答辯
五、參考文獻(xiàn)
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2、尚建忠 羅自榮 張新訪 范大鵬：基于構(gòu)型組合的空間探測(cè)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)*
3、邵守君：基于虛擬樣機(jī)的石抽井故障探惻機(jī)器人研究 2007.3
4、賀鑫元 馬書(shū)根 李斌 王越超：可重構(gòu)星球探測(cè)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械工程報(bào)2005、12
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9、孫樹(shù)棟：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ) 北京工業(yè)大學(xué)出版社 2006、12
10、為海底探測(cè)提供數(shù)據(jù)日本加強(qiáng)深海探測(cè)
督導(dǎo)老師： 年 月 日
領(lǐng)導(dǎo)小組審查意見(jiàn)： 年 月 日
審查人簽字： 年 月 日
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