一種爬梯機(jī)械人的設(shè)計(jì)摘要在日常生活和生產(chǎn)中經(jīng)常要將重物搬上樓梯，傳統(tǒng)的方法基本是靠人力搬運(yùn)完成，有時(shí)由于重物太重或人手不足而無法搬運(yùn)，本課題就是為克服這個(gè)難題而設(shè)計(jì)的。本論文主要對(duì)爬樓機(jī)器人星型輪的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。首先介紹了國內(nèi)外爬樓機(jī)器人研究現(xiàn)狀，闡明本課題研究的目的、意義。然后進(jìn)一步介紹了本爬樓機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)。在深入分析爬樓機(jī)構(gòu)及其攀爬對(duì)象的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了相對(duì)優(yōu)勢(shì)較明顯的輪組結(jié)構(gòu)爬樓機(jī)器人。對(duì)機(jī)器人小車的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行分析，論證小車實(shí)現(xiàn)任意曲線運(yùn)動(dòng)所包含的自轉(zhuǎn)、直線前進(jìn)、圓弧前進(jìn)三個(gè)基本運(yùn)動(dòng)單元的可行性。引入虛擬樣機(jī)技術(shù)，通過Pro/Engineer三維建模并進(jìn)行模擬運(yùn)動(dòng)仿真。文章最后研究設(shè)計(jì)了在各種環(huán)境下，以單片機(jī)C8051F310為核心的爬樓控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中，采用超聲波傳感器的對(duì)稱排列，獲取了自主上樓梯所必須地兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)和q；對(duì)驅(qū)動(dòng)大功率電機(jī)的電路進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了更適合大功率，更安全的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，直流馬達(dá)配合高功率MOSFET型驅(qū)動(dòng)器。關(guān)鍵詞：爬樓機(jī)器人；三星輪；MOSFET驅(qū)動(dòng)電路；單片機(jī)C8051F310AbstractIIAbstractMovingweightfromupanddownisrequiredinourdailyactivitiesandproductivities,anditwasdonebyhand.Whileitistooheavyorshorthandedtofinishedinsometimes.Thisthesisisdesignedtoovercometheobstaclesanditgivesadetaileddesigningontransmissiondeviceandcontrolsystemofstar-likewheelofstair-climbingrobot.Firstly,itintroducedacurrentsituationofstair-climbingrobotathomeandabroad,clarifiedthepurposesandmeanings,introducedaoverallstructureofstair-climbingrobot.Afterdeeplyanalysisthestair-climbingframeandtheobject,designedawheelsetsstair-climbingrobotwithmoreadvantagesthanothers.Analyzedthekinematicsmodeloftherobotcar,anddemonstratetheavailableofachievinganycurvemovementwiththerotation,straightforward,andarcforward.Robotcanachievetrackcontrollingbasedonspeedmatching.Withtheaidofvirtualprototypingtechnology,throughthe3DsoftwareofSolidWorks,thedynamicanalysisofthestair-climbingrobotiscarriedoutinADAMS.Atlast,thethesisdesignthecontrollersystemwiththecoreofC8051F310basedonruleenvironment，Inthecontrolsystem,withthehelpofarrangedultrasonicsensors,getthetwokeyparametersandqwhichimportforclimbingstaircaseAnalyzedthecircuitofhigh-powermotordriving,designamoresuitablecircuitthanICL298N.WhichisdcgeneratorwithhighlyefficientdrivingMOSFET.Keywords：Stair-climbingrobot；Threestarwheels；MOSFETdrivingcircuit；SinglechipmicrocomputerC8051F310目錄目錄摘要-IAbstract-II第一章引言-11.1課題研究的目的和意義-11.2移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展概況-11.3爬樓梯機(jī)器人目前的研究狀況-41.4論文研究的主要內(nèi)容-6第二章爬樓機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)-82.1爬樓機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求-82.2爬樓機(jī)器人的總體方案-8第三章爬樓機(jī)器人傳動(dòng)、輪組及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)-113.1爬樓梯機(jī)器人小車的執(zhí)行電機(jī)選擇-113.1.1技術(shù)指標(biāo)-113.1.2電機(jī)選型-113.2爬樓機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)-133.2.1機(jī)器人小車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)-133.2.2傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)與校核-153.2.3爬樓機(jī)器人轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)-193.2.4機(jī)器人小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-203.3爬樓機(jī)器人小車三維實(shí)體建模-223.3.1Pro/E軟件介紹-223.3.2三維實(shí)體建模-223.4爬樓機(jī)器人小車行駛性能分析-233.4.1可跨越最大垂直障礙高度-233.4.2最小轉(zhuǎn)彎半徑-24第四章爬樓機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-264.1機(jī)器人爬樓梯的控制目標(biāo)-264.2機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)組成-264.3控制系統(tǒng)主要硬件的選擇-28目錄4.3.1單片機(jī)的選型-284.3.2傳感器的選擇-294.4機(jī)器人控制系統(tǒng)的程序編制-31第五章總結(jié)與展望-385.1全文總結(jié)-385.2展望-38致謝-III參考文獻(xiàn)-IV一種爬梯機(jī)械人的設(shè)計(jì)1第一章引言自盤古開天辟地，人類誕生以來，人們就一直用智慧開辟著完美的生活！進(jìn)入新的21世紀(jì)，人類除了致力于自身的發(fā)展外，還十分關(guān)注機(jī)器人、外星人和克隆人等問題。機(jī)器人正是本論文研究的對(duì)象。“機(jī)器人”這人名詞對(duì)許多人來說，并不陌生。從古代的神話傳說，到現(xiàn)代的科學(xué)幻想小說，戲劇，電影和電視，都有許多關(guān)于機(jī)器人的精彩描繪。而且越來越多的機(jī)器人出現(xiàn)在我們的生活生產(chǎn)中，更多科學(xué)工作者和業(yè)余愛好者也投入到機(jī)器人研究的行列當(dāng)中來。機(jī)器人應(yīng)用范圍遍及工業(yè)、科技和國防的各個(gè)領(lǐng)域。在“機(jī)器人王國”日本，一直擁有全世界60%左右的機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于最多的工業(yè)部部門依次為家用電器制造、汽車制造、塑料成型、通用機(jī)械制造和金屬加工等工業(yè)，而且正應(yīng)用于更多的新領(lǐng)域中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全世界服役機(jī)器人約100萬臺(tái)；機(jī)器人學(xué)也維持較好的發(fā)展勢(shì)頭，充滿希望的進(jìn)入這嶄新的世紀(jì)。1.1課題研究的目的和意義本文討論的移動(dòng)機(jī)器人是具有越障功能，能夠靈巧翻越樓梯的一種光機(jī)電一體化的智能裝置。用作搬運(yùn)的自主移動(dòng)機(jī)器人，要求能隨工作任務(wù)和環(huán)境的改變，智能地重規(guī)劃行駛路徑，并要求能快速適應(yīng)工作環(huán)境。要達(dá)到這種水平，當(dāng)前還有很多問題需要深入的研究，而其中的機(jī)器人樓梯環(huán)境順利翻爬問題是較為重要的一個(gè)研究課題。越障機(jī)器人的研究，對(duì)擴(kuò)展機(jī)器人的作業(yè)空間，在人不能到達(dá)或不便到達(dá)的環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)，具有重要的意義。越障機(jī)器人還可用于工業(yè)中的一些險(xiǎn)難作業(yè)，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境.減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。樓梯是人造環(huán)境中的最常見的障礙，也是最難跨越的障礙之一，爬樓梯機(jī)器人的研究是解決當(dāng)前全自主機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下正常工作的重要環(huán)節(jié)