自动轿夫机器人的设计与控制

论文摘要

机器人是自动执行工作的机器装置。21世纪,机器人可能会成为人类朝夕相处的伙伴。世界各国都在加大对机器人技术的研究,并朝着智能化和多样化方向发展。机器人比赛综合了机械、电气、信息、控制等多学科的知识,参加亚太地区国内选拔赛旨在提高创新思维能力和锻炼实践动手能力。论文从分析比赛规则入手,对参赛机器人设计的总体方案进行了规划。通过对几种结构形式的底盘进行了分析,设计了用高性能X型材为框架,后轮驱动的轮式底盘结构。根据自动轿夫机器人抬着旅客机器人有上、下轿任务要求和防止翻越山路时犯规的需要,设计了同步带升降机构、气动式自锁机构。重点对升降机构进行了详细的设计计算和强度、刚度验算。论文从硬件和软件两方面对自动轿夫机器人的控制进行了重点论述。介绍了由LPC2138处理器和μC/OS-Ⅱ系统搭建的主控系统。主控芯片输出信号经DA转换得模拟电压控制电机转速,同时还可以经由GPIO端口发送信号,经光耦隔离后,控制电机运行、正反转、制动及控制电磁阀实现气缸的升降自锁和刹车功能。主控系统通过位置传感器模块的信号分析,判断自动轿夫机器人行进状态,发出对应的升降控制信号,实现对比赛过程的模糊控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内机器人研究现状
• 1.2.1 国内机器人研究状况
• 1.2.2 国外机器人研究状况
• 1.3 研究内容
• 第2章 比赛规则简介与任务分析
• 2.1 上轿任务
• 2.2 翻越山路任务
• 2.2.1 底盘设计必要性分析
• 2.2.2 翻越山路任务过程分析
• 2.3 穿过树林任务过程分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 规划设计方案
• 3.1 驱动模块规划
• 3.2 升降规划
• 3.2.1 滑杆水平条件的升降规划
• 3.2.2 控制简便条件的升降规划
• 3.3 路线规划
• 3.3.1 转弯行走的方式
• 3.3.2 行走路线的规划
• 3.4 本章小结
• 第4章 自动轿夫机器人底盘的设计
• 4.1 底盘的结构形式
• 4.2 底盘的设计论证
• 4.2.1 底盘的设计速度论证
• 4.2.2 底盘的加速度论证
• 4.2.3 底盘的尺寸论证
• 4.3 刹车装置
• 4.4 本章小结
• 第5章 升降机构和自锁机构的设计
• 5.1 升降机构的设计
• 5.1.1 升降传动系统形式的确定
• 5.1.2 升降导轨的结构形式
• 5.1.3 升降机构的具体结构
• 5.1.4 升降机构的受力分析
• 5.1.5 同步带的设计计算
• 5.1.6 减速机构的设计
• 5.1.7 电机功率的计算
• 5.1.8 标准件的选用
• 5.1.9 升降机构的强度和刚度校验
• 5.2 自锁机构的设计
• 5.3 本章小结
• 第6章 自动轿夫机器人与滑杆的联接装置
• 第7章 自动轿夫机器人的控制
• 7.1 自动轿夫机器人行走的控制
• 7.1.1 主控单片机的选择
• 7.1.2 行走控制的总体方案
• 7.1.3 硬件功能模块
• 7.1.4 行走控制的软件设计
• 7.2 自动轿夫机器人升降的控制
• 7.2.1 升降控制的总体方案
• 7.2.2 升降传感器的选择与安装
• 7.2.3 继电器模块
• 7.2.4 倾角的检测
• 7.3 本章小结
• 第8章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 附录