服务机器人机械系统的设计与实现

论文摘要

随着科技的发展,机器人正越来越多的走进人们的日常生活,服务机器人产品具有良好的应用价值与市场前景,是我国“十一五”期间机器人技术的发展重点。服务机器人的设计内容主要包括外形、机械系统、硬件系统和软件系统,本文以低成本、低实现难度、高可靠性为目标,对服务机器人的机械系统进行设计与研究。通过分析市场需求并借鉴已有服务机器人产品的设计要点,提出了模块化和采用成品部件的机器人机械设计思路;在具体设计部分,首先比较了多种移动机构的适用性,针对独立两轮驱动型机构推导了速度正解与逆解,在此基础上分析了机器人在各种工况下所需的驱动力,并给出了本体部分关键部件的设计实现;其次针对本文所研究的机器人给出了一种实用、可靠的车轮均匀着地机构,较好的解决了机器人身体稳定性不好、和在移动过程中由地面不平及本身加工装配所带来的不确定误差问题;最后使用Denavit-Hartenberg参数对一种5R型机械臂进行运动学建模,推导出其逆运动学方程的解析解,以此进行运动规划并使用Adams进行动力学仿真分析,给出了采用模块化关节驱动部件的结构设计方案。论文的研究成果已在课题组开发的样机中的得到实现,性能测试实验及实际应用证明本文的设计与研究是可行的。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 机器人概述
• 1.1.1 机器人的发展和分类
• 1.1.2 机器人技术的研究热点
• 1.2 服务机器人技术的研究现状和发展趋势
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 发展趋势
• 1.3 服务机器人研究涉及的关键技术
• 1.3.1 机器人机械系统设计
• 1.3.2 多传感器信息融合技术
• 1.3.3 导航技术
• 1.3.4 电源技术
• 1.4 课题来源与研究内容
• 1.5 本文结构
• 1.6 本章小结
• 2 服务机器人的系统结构
• 2.1 服务机器人设计要求
• 2.2 服务机器人的机械系统
• 2.2.1 机械系统的设计原则
• 2.2.2 设计方法
• 2.3 服务机器人的软硬件系统
• 2.3.1 远程控制端
• 2.3.2 控制系统
• 2.3.3 电源系统
• 2.3.4 传感器系统
• 2.4 本章小结
• 3 服务机器人本体结构设计
• 3.1 机器人移动能力分析
• 3.1.1 移动机构构型
• 3.1.2 运动学分析
• 3.2 驱动力分析
• 3.2.1 转向
• 3.2.2 直线行驶
• 3.2.3 翻越障碍物
• 3.3 机械系统设计
• 3.3.1 驱动轮部件设计
• 3.3.2 身体框架结构设计
• 3.4 本章小结
• 4 车轮均匀着地机构设计
• 4.1 机器人车体稳定性分析
• 4.2 均匀着地机构分析
• 4.3 设计实例
• 4.4 本章小结
• 5 手臂的设计与实现
• 5.1 手臂的运动学分析
• 5.1.1 齐次变换的概念
• 5.1.2 手臂的连杆坐标系建模及正运动学
• 5.1.3 手臂逆运动学
• 5.1.4 手臂运动规划
• 5.2 仿真分析与设计实例
• 5.2.1 关节驱动力分析
• 5.2.2 手臂结构设计
• 5.3 本章小结
• 6 样机开发及实验
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果