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机器人驱动设计.doc
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机器人驱动设计.doc
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摘要
移动机器人是现今常用的一种智能化作业设备,它能够代替人力完成
相关搬运、清洁以及扫描等工作。与此同时,讲述国内外机器人的发展现
状,继而总结出关键技术趋势,从而提出此次课题研究内容,即轮型机器
人机构及驱动设计。
首先,我们完成轮型机器人的结构设计,制定整机系统运动方案,包
含了驱动轮和转向轮总成设计;即依次完成电机的选择、传动机构设计和
强度校核,以及车轮等部件设计,而且使用工业设计软件 UG 完成三维建
模。除此之外,进一步对系统受力分析以及可靠性研究。其次,对轮型机
器人的驱动控制系统进行详细介绍,经济合理地选用芯片类型,并且改善
电路设计,最终完成程序控制的流程和编写对应的代码。经过一系列的综
合分析,使得高新轮型机器人的结构和控制系统更加完善和可靠,能够满
足时代发展需求,具有重大的研究意义。
关键词: 轮式机器人;驱动机构;UG;控制系统;可靠性
Wheeled Mobile Robot Organization and
Motivation Design
Abstract
The mobile robot is a kind of intelligent operation equipment that is
commonly used nowadays, and it can replace the manpower to complete the
related handling, cleaning and scanning work. At the same time, the status quo
of robots at home and abroad was described, and then the key technology trends
were summed up. The content of the research on this topic was proposed,
namely the wheeled robot mechanism and drive design.
First of all, we complete the structural design of the wheeled robot and
formulate the motion plan of the whole machine system, including the design of
the drive wheel and the steering wheel assembly; that is, the selection of the
motor, the design of the transmission mechanism and the strength check, and the
design of the wheel and other components are completed in turn. And use the
industrial design software UG to complete the three-dimensional modeling. In
addition, further analysis of the system forces and reliability studies. Second, the
wheel-type robot drive control system is introduced in detail, the type of chip is
chosen economically and reasonably, and the circuit design is improved. Finally,
the process of program control is completed and the corresponding code is
written. After a series of comprehensive analysis, the structure and control
system of the high-tech round-robin robot is more complete and reliable, and it
can meet the needs of the development of the times and has significant research
significance.
Keywords:Wheeled robot; Drive mechanism; UG; Control system; Reliability
目录
摘要……...............................................................................................................I
Abstract................................................................................................................II
第 1 章 绪论 ........................................................................................................1
1.1 课题的背景和意义 ...................................................................................2
1.2 国内外可移动机器人的发展现状 ...........................................................1
1.3 方案分析及设计要求 ...............................................................................2
1.4 任务内容 ...................................................................................................3
第 2 章 轮型机器人结构设计 ............................................................................4
2.1 机器人运动方式的选择 ...........................................................................4
2.2 轮型机器人驱动方案的选择 ...................................................................4
2.3 轮型机器人驱动轮组成 ...........................................................................6
2.3.1 驱动电机选择 .....................................................................................7
2.3.2 减速机构的设计与校核 ...................................................................10
2.3.3 变速箱体及后减震 ...........................................................................16
2.3.4 驱动车轮及轮毂 ...............................................................................17
2.4 轮型机器人转向轮组成 ..........................................................................17
2.4.1 驱动电机选择 ...................................................................................19
2.4.2 传动机构及前减震机构 ...................................................................19
2.4.3 前车体及电池箱 ...............................................................................19
2.4.4 转向轮胎和轮毂 ...............................................................................20
2.5 机器人最优加速度 ..................................................................................20
第 3 章 轮型机器人驱动设计 ..........................................................................22
3.1 轮型机器人驱动组成 ..............................................................................22
3.2 步进电机控制 .........................................................................................22
3.2.1 步进电机驱动芯片的选择 ...............................................................22
3.2.2 步进电机驱动电路设计 ...................................................................23
3.2.3 程序控制流程及代码 .......................................................................24
3.3 直流电机控制 .........................................................................................26
3.3.1 直流电机驱动芯片的选择 ..............................................................27
3.3.2 直流电机驱动电路设计 ..................................................................27
3.3.3 程序控制流程及代码 ......................................................................28
结论 ....................................................................................................................31
致谢 ....................................................................................................................32
参考文献 ............................................................................................................33
附录 ....................................................................................................................34
第1章 绪论
1.1 课题的背景和意义
与此同时,移动机器人是我国加工制造、运输以及防爆等领域中常用
到的辅助设备之一,能够准确实现对工件搬运作业,然后根据指定的路线
进行行驶;依据不同的使用环境和性能要求,对移动机器人的控制系统进
行设计,即可适用在多种条件下。与此同时,伴随电子技术的突飞猛进,
移动机器人的控制系统得到进一步完善,逐渐往功能强大、结构紧凑以及
操作简单的方向上面去发展,从而使得移动机器人能够多元素相结合,满
足行业需求。从实际作业环境来看,由于一些特殊和复杂功能需要,现实
中的作业条件会相对比较恶劣。由此可见,通过人工操作作业时,多多少
少难免会对身体造成一定的损伤和影响,而且容易引发生安全事故。综述
得知,移动机器人的出现和发展是当下时代的所需,不仅能够代替人工进
行操作。而且移动机器人的结构强度非常稳定,并且对周围环境的适应性
十分强,因此能够在高强度的条件下继续运转,而且在后期维修和装卸等
方面都比较简单,与此同时极大地缩短了工序生产的时间,也降低了人工
成本;也同时减少其它人为因素,最终提高了产品的生产质量,从而提升
了自身竞争力,获得更多的效益。为此,此次对新型移动机器人的课题的
研究意义在于解决当下难题,从而全方位提升自己的专业水平和技能。通
过大学所收获的相关理论知识,比如机械设计原理、材料力学、互换性以
及加工工艺等。其次,参考书籍中的经验分析方法,完成毕业设计项目研
究,制定科学的设计规程,并且有序可靠地进行阐述以及计算校核等。由
此,我们能够对毕业后的就业打下牢固的基础,做好充分的准备。
1.2 国内外可移动机器人的发展现状
移动机器人是现代工业自动化中常用的辅助设备之一,一般可以用于
机械加工车间运输、户外巡逻,以及军事侦察等。对于移动机器人的研发
和制造,能够分为控制系统设计和结构设计;其次,控制系统一般可以通
过单片机或 PLC 可编程控制器进行程序设计,根据实际应用要求,制定移
动机器人的运动轨迹。在驱动类型方面上,常用的有电动、液动和气动三
种类型。除此之外,在结构布局上,移动机器人也有多种运动方式,比如
车轮、履带以及腿足等类型。与此同时,通过控制系统和驱动协调运作,
从而完成了移动机器人的作业,整个过程中部件位移尺寸精确,误差极
小,能够精准进行定位和运动幅度的控制,提高了作业效率。另外,移动
机器人一直是各个发展国家的重点研究内容,对经济发展、科技水平甚至
军用技术当面都有关键影响。
对于当今科技发展,一些工业发达国家,如日本、德国等,在机器人
等相关设备的核心技术上具有一定的优势,并且研制出各种高新功能的移
动机器人,不仅能够用于企业自动化生产中,大大加快了产品的生产效
率,同时保证了产品质量。而且又可以用在防爆或巡逻等危险工作中。
一方面,随着时代的不停发展,科学技术的更新迅速,特别是高新设
备的不断研发和创新,在动力传递以及机械性能等重要元素上都发生了重
大改革。另一方面,自动化生产常用移动机器人进行桥接枢纽,能够快速
提高产品生产速度,并提高质量。与此同时,由此对材料选择和加工精度
方面都要求比较严格。不过现代新型材料的开发和加工技术的不断改进,
国外生产的各种型号的移动机器人基本能够满足市场使用,掌握核心技
术,所以价格较为昂贵。对于我国智能机器人制造业,技术标准还不能达
到预期目标,还需继续改善。由此可见,目前市场上普遍使用的移动机器
人依旧存在明显不足之处;其次,我国在移动机器人技术的掌握与其他发
达国家相比还有很大的差距,国内自动化设备大多是进口的,自主研发的
机械手应用较少,设备质量和性能方面还待继续提高。
1.3 方案分析及设计要求
对于此次的机器人设计,主要是用于室内运行,从而完成有关作业。
与此同时,其系统组成类似汽车形态,适宜采用轮型运动结构。并且,为
了实现机器人的性能指标,我们需要提出设计要求,即是:合理控制整机
轮廓尺寸,总长度尽量不要超过
mm1000
,而且提高车身的稳定性;系统
组成尽可能简易,结构布局要紧凑,才能降低体积;控制系统性能可靠,
抗干扰能力强;合理选用芯片,确保电路功能强大且实用性好;程序编写
较为容易,方便设计和更改。
1.4 任务内容
对于此次课题设计,其任务内容主要有:
(1)阐述移动机器人的发展现状和研究意义;
(2)完成轮型机器人的结构设计,包括:驱动轮和转向轮结构设计
等;
(3)完成轮型机器人的驱动控制系统设计,即芯片的选用、控制电
路设计以及程序编写等;
(4)完成轮型机器人的三维建模,绘制装配图和零件图;
(5)撰写完成论文。
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oligaga
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