開題報告(含文獻(xiàn)綜述、外文翻譯)

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1、開題報告1.選題的背景和意義1.1選題的背景機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛，幾乎滲透所有領(lǐng)域。進(jìn)入九十年代以來，人們廣泛開展了對服務(wù)機(jī)器人的研制和開發(fā)。各國尤其是西方發(fā)達(dá)國家正致力于研究、開發(fā)和廣泛應(yīng)用服務(wù)機(jī)器人。目前，在美國、日本等發(fā)達(dá)國家，機(jī)器人已應(yīng)用于商場導(dǎo)購、物品移送、家居服務(wù)、展廳保安和大面積清掃等多個服務(wù)領(lǐng)域。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，將勢必會在各個領(lǐng)域廣泛、大量地應(yīng)用服務(wù)機(jī)器人。與普通工業(yè)機(jī)器人相比，服務(wù)機(jī)器人具有更大更靈活的工作空間，因此其往往是移動機(jī)器人。移動機(jī)器人狹義上指的是地面可移動機(jī)器人，是繼操作手和步行機(jī)之

2、后機(jī)器人技術(shù)的一個新的研究目標(biāo)，也是進(jìn)一步擴(kuò)展機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的重要研究方向。移動機(jī)器人目前主要包括軍事和民用服務(wù)兩大應(yīng)用領(lǐng)域。在民用服務(wù)領(lǐng)域，美國和日本處于遙遙領(lǐng)先的地位，機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于車站清掃、大面積割草、商場導(dǎo)游導(dǎo)購、導(dǎo)盲和保安巡邏等各個方面。在我國的移動服務(wù)機(jī)器人的研究和應(yīng)用還處于起步階段，上海大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)曾先后研制成功導(dǎo)購機(jī)器人、導(dǎo)游機(jī)器人和清掃機(jī)器人。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷開展和人民生活水平的提高，廣泛應(yīng)用服務(wù)機(jī)器人必將成為趨勢。1.2選題意義29?上述移動服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用場合決定了要求具有能在狹窄、擁擠的場合靈活快捷地自由運動

3、的性能，這也成為了機(jī)器人研究和設(shè)計的難點問題。能在工作環(huán)境內(nèi)移動和執(zhí)行功能是移動服務(wù)機(jī)器人的兩大特點。因此，移動機(jī)構(gòu)是組成移動機(jī)器人的重要部分，它是保證機(jī)器人實現(xiàn)功能要求的關(guān)鍵，其設(shè)計的成功與否將直接影響機(jī)器人系統(tǒng)的性能。目前，移動機(jī)構(gòu)開發(fā)的種類已相當(dāng)繁多，僅就平面移動而言，移動機(jī)構(gòu)就有車輪式、履帶式、腿足式等形式。各種移動機(jī)構(gòu)可謂各有千秋，適應(yīng)了各種工作環(huán)境的不同要求。但車輪式移動機(jī)構(gòu)顯得尤其突出，與步行式移動機(jī)構(gòu)相比，它的優(yōu)點很多:能高速穩(wěn)定地移動、能源利用率高，機(jī)構(gòu)簡單、控制方便、能借鑒至今已很成熟的汽車技術(shù)和經(jīng)驗等等，它的缺點是移動場所限于平

4、面。但是，目前機(jī)器人工作的場所幾乎都是人工建造的平地，并且即使有臺階，只要以車輪式移動機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)再附加幾個自由度便不難解決。因而，輪式移動機(jī)構(gòu)在機(jī)器人技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用，目前已成為移動機(jī)器人運動機(jī)構(gòu)的最主要形式。本課題將對全向移動機(jī)器人底盤設(shè)計進(jìn)行分析和研究。2.設(shè)計內(nèi)容和關(guān)鍵問題2.1主要設(shè)計內(nèi)容分析四個輪全方位輪組成的全向移動機(jī)構(gòu)的運動協(xié)調(diào)原理，建立了該全方位移動機(jī)構(gòu)的運動學(xué)、動力學(xué)模型，提出了四輪協(xié)調(diào)的控制策略。進(jìn)行了輪廓參數(shù)設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計制造裝配零部件，制作成可全方位移動的機(jī)器人底盤。2.2擬解決的關(guān)鍵問題移動服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用場合決定了

5、要求具有能在狹窄、擁擠的場合靈活快捷地自由運動的性能，這也成為了機(jī)器人研究和設(shè)計的難點問題。能在工作環(huán)境內(nèi)移動和執(zhí)行功能是移動服務(wù)機(jī)器人的兩大特點。因此，移動機(jī)構(gòu)是組成移動機(jī)器人的重要部分，它是保證機(jī)器人實現(xiàn)功能要求的關(guān)鍵，其設(shè)計的成功與否將直接影響機(jī)器人系統(tǒng)。29?3.設(shè)計的方法及措施3.1方法及措施3.1.1三輪機(jī)構(gòu)三輪移動機(jī)構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性，是輪式機(jī)器人的基本移動機(jī)構(gòu)之一，在機(jī)器人領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，而且在實現(xiàn)方式上也呈現(xiàn)多樣化。1）兩輪獨立驅(qū)動機(jī)構(gòu)兩輪獨立驅(qū)動機(jī)構(gòu)是最常用的一種驅(qū)動機(jī)構(gòu)。如圖（1），該機(jī)構(gòu)利用一個高精度驅(qū)動輪和兩個隨機(jī)輪

6、構(gòu)成。左右兩個驅(qū)動輪由兩個電動機(jī)經(jīng)過減速器獨立驅(qū)動，隨機(jī)輪置于機(jī)器人底盤的前方位置。機(jī)器人的行進(jìn)方向由兩輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)的速度差值決定，通過對兩個電機(jī)施加不同的速度可實現(xiàn)任意方向的驅(qū)動，因此屬于差分驅(qū)動方式。這種結(jié)構(gòu)的特點是運動靈活，機(jī)構(gòu)組成簡單；當(dāng)兩輪轉(zhuǎn)速大小相等方向相反時，可以實現(xiàn)機(jī)器人本體的靈半徑回轉(zhuǎn)。該機(jī)構(gòu)的缺點是對伺服系統(tǒng)的要求較高，如進(jìn)行嚴(yán)格的直線運動則需保證左右兩個輪子的旋轉(zhuǎn)速度完全一樣，且在加減速時的動態(tài)特性也應(yīng)完全一致，這就要求伺服驅(qū)動系統(tǒng)要求有足夠的精度和優(yōu)異的動態(tài)特性，從而會導(dǎo)致機(jī)器人底盤的成本增加。2）前輪驅(qū)動前輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)29?如圖

7、（2），該機(jī)構(gòu)中的前輪既是驅(qū)動輪又是導(dǎo)向輪（操舵輪），采用兩個電機(jī)分別控制：導(dǎo)向電機(jī)控制前輪的轉(zhuǎn)向角度，驅(qū)動電機(jī)控制前輪的旋轉(zhuǎn)速度。因此，通過對前輪的這兩個自由度進(jìn)行復(fù)合控制，可以同時實現(xiàn)對機(jī)器人本體的運行速度和運行方向的控制。兩個被動后輪沒有電機(jī)控制，完全是隨機(jī)輪。該種移動機(jī)構(gòu)的特點是控制比較方便，能耗低，對于伺服系統(tǒng)和制造裝備精度要求不高，而且旋轉(zhuǎn)半徑可以從0到無窮大連續(xù)變化；缺點是由于導(dǎo)向和驅(qū)動的驅(qū)動器均集中在前輪部分，復(fù)合運動結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，而且車體本身的運動并不十分靈活。3）后輪差動減速器驅(qū)動前輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)該種機(jī)構(gòu)如圖（3），導(dǎo)向控制電機(jī)通過減

8、速器控制導(dǎo)向前輪，決定了機(jī)器人本體的運動方向。驅(qū)動輪同驅(qū)動控制電機(jī)通過驅(qū)動齒輪箱體連接，在箱體內(nèi)安裝有全部傳