快件搬運機器人設計說明書

1、“快件搬運機器人”設計說明書蘭州理工大學設計人：文秀梅張凌志郭德財專業(yè)：機械設計制造及其自動化指導老師：郭潤蘭李文輝學校：蘭州理工大學日期：2016年3月8日精選文檔前言在當今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，工業(yè)機器人作為自動化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認同并采用。工業(yè)機器人的技術(shù)水平和應用程度在一定程度上反映了一個國家工業(yè)自動化的水平。目前，工業(yè)機器人主要承擔著焊接、噴涂、搬運以及堆垛等重復性并且勞動強度極大的工作。物流行業(yè)快速發(fā)展的一個重要標志就是物流自動化進程的不斷加快，機器人技術(shù)應用已經(jīng)成為快遞行業(yè)未來發(fā)展的重要因素，該作品機器人將會在減低物流行業(yè)人工成本，土地

2、成本和能耗成本等，而且機器人的智能化技術(shù)的應用以及物流機器人的研發(fā)，將會為物流行業(yè)帶來效率和成本的雙優(yōu)化，與此同時利用掃描二維碼進行識別，不但速度可以有所提高，還能夠提高識別率，重復定位精度確保了正確的機器人高工作性。該快件搬運機器人本身所裝置的工業(yè)攝像機，利用自身的攝像頭來進行掃取貨物的條形碼，還可以在運送貨物的過程中，利用自身特殊的機械結(jié)構(gòu)避開障礙物，從而可以保證動態(tài)、快速和高效率的機器人導航，機器人可以安裝不同的末端執(zhí)行器來完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運工作，大大減輕了人類繁重的體力勞動，可以應用于各種物流系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)和工廠內(nèi)部工序的搬運工作。該機器人按照特定精心設計的路線，在貨架和貨物

3、堆放處之間穿行的速度可以達到很快，不但不會出錯，而且還可以繞開障礙物，完成規(guī)定的快件運送任務。機器人本身的體積不大，但是足夠可以用機械手臂夾起快件貨物。精選文檔目錄1 背景31.1 工業(yè)機器人的現(xiàn)狀及其應用41.2 工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢42 快件搬運機器人”的設計理念42.1 快件搬運機器人”的設計目的42.2 快件搬運機器人”的功能及完成相應功能的機械系統(tǒng)52.3 快件搬運機器人”的基本性能參數(shù)52.4 快件搬運機器人”的主要創(chuàng)新93 快件搬運機器人”的機構(gòu)運動方案設計93.1 快件搬運機器人”前肢機構(gòu)設計及優(yōu)化91) .兩爪機械手機構(gòu)設計92)手腕機構(gòu)設計163 ).機械臂機構(gòu)設計183.

4、2 快件搬運機器人”后肢機構(gòu)設計及優(yōu)化191) .膝蓋部分機構(gòu)設計192)機械腳機構(gòu)設計213.3 快件搬運機器人”特色附件設計及優(yōu)化231) .信號接收裝置設計232)機構(gòu)運動的控制與驅(qū)動裝置設計233.4 行走和奔跑方案的設計及優(yōu)化273.5 避障機構(gòu)的設計274 參考文獻28精選文檔1背景搬運機器人在實際的工作中就是一個機械手，機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)

5、工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機械工業(yè)的重視。機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的應用。機器人就是用機器代替人手，把工件由某個地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進行加工。機器人一般分

6、為三類，第一類是不需要人工操作的通用機器人，也即我們所研究的對象。它是一種獨立的、不附屬于某一主機的裝置，可以根據(jù)任務的需要編制程序，以完成各項規(guī)定操作。它是除具備普通機械的物理性能之外，還具備通用機械、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機器人來進行探測月球等，工業(yè)中采用的鍛造操作機也屬于這一范疇。第三類是專業(yè)機器人，主要附屬于自動機床或自動生產(chǎn)線上，用以解決機床上下料和工件傳送。這種機器人在國外通常被稱之為MechanicalHand”,它是為主機服務的，由主機驅(qū)動。除少數(shù)外，工作程序一般

7、是固定的，因此是專用的。機器人按照結(jié)構(gòu)形式的不同又可分為多種類型，其中關(guān)節(jié)型機器人以其結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對工作空間最大，甚至能繞過基座周圍的一些障礙物等這樣一些特點，成為機器人中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，世界一些著名機器人的本體部分都采用這種機構(gòu)形式的機器人。要機器人像人一樣拿取東西，最簡單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動機構(gòu)一一執(zhí)行機構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運動的驅(qū)動-傳動系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機器人的性能。一般而言，機器人通常就是由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動-傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，對于現(xiàn)代智能機器人而言，還具有智能系統(tǒng)

8、，主要是感覺裝置、視覺裝置和語言識別裝置等。目前研究主要集中在賦予機器人“眼睛”，使它能識別物體和躲避障礙物，以及機器人的觸覺裝置。機器人的這些組成部分并不是各自獨立的，或者說并不是簡單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個機器人的。要實現(xiàn)機器人所期望實現(xiàn)的功能，機器人的各部分之間必然還存在精選文檔著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。機器人的機械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動-傳動系統(tǒng)組成。執(zhí)行機構(gòu)是機器人賴以完成工作任務的實體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動-傳動系統(tǒng)提供動力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務。1.2 工業(yè)機器人的現(xiàn)狀及應用機器人首先是從美國開始研制的，1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機器人。它的

9、結(jié)構(gòu)特點是機體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。日本是工業(yè)機器人發(fā)展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進兩種典型機器人后，大力從事機器人的研究。目前工業(yè)機器人大部分還屬于第一代，主要依靠人工進行控制；控制方式則為開環(huán)式，沒有識別能力；改進的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機器人正在加緊研制，它設有微型電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息進行反饋，使機器人具有感覺機能。第三代機器人則能獨立地完成工作過程中的任務，它與電子計算機和電視設備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FM

10、C中的重要一環(huán)。隨著現(xiàn)代化科學技術(shù)的飛速發(fā)展和社會的進步，針對于上述各個領域的機器人系統(tǒng)的應用和研究對系統(tǒng)本身也提出越來越多的要求。制造業(yè)要求機器人系統(tǒng)具有更大的柔性和更強大的編程環(huán)境，適應不同的應用場合和多品種、小批量的生產(chǎn)過程。計算機集成制造（CIM）要求機器人系統(tǒng)能和車間中的其它自動化設備集成在一起。研究人員為了提高機器人系統(tǒng)的性能和智能水平，要求機器人系統(tǒng)具有開放結(jié)構(gòu)和集成各種外部傳感器的能力。我國雖然開始研制工業(yè)機器人僅比日本晚5-6年，但是由于種種原因，工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展比較慢。目前我國已開始有計劃地從國外引進工業(yè)機器人技術(shù)，通過引進、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)機器人將會獲得快速的發(fā)

11、展。1.3 機器人發(fā)展趨勢隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機器人設計生產(chǎn)能力進一步得到加強，尤其當機器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而改變目前機械制造的人工操作狀態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。就目前來看，總的來說現(xiàn)代工業(yè)機器人有以下幾個發(fā)展趨勢：a提高運動速度和運動精度，減少重量和占用空間，加速機器人功能部件的標準化和模塊化，將機器人的各個機械模塊、控制模塊、檢測模塊組成結(jié)構(gòu)不同的機器人；b）開發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)用于不同類型的場合，如開發(fā)微動機構(gòu)用以保證精度；開發(fā)多關(guān)節(jié)多自由度的手臂和手指；開發(fā)各類行走機器人，以適應不同的場合；c）W制各類傳感器及檢測元器件，如，觸覺、視覺、聽覺、味覺、和測距傳

12、感器等，用傳感器獲得工作對象周圍的外界環(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信息以完成模式識別、狀態(tài)檢測。并采用專家系統(tǒng)進行問題求解、動作規(guī)劃，同時，越來越多的系統(tǒng)采用微機進行控制。2.“快件搬運機器人”的設計理念2.1 快件搬運機器人”的設計目的該快件搬運機器人本身所裝置的工業(yè)攝像機，利用自身的攝像頭來進行掃取貨物的條形碼，還可以在運送貨物的過程中，利用自身特殊的機械結(jié)構(gòu)避開障礙物，從而可以保證動態(tài)、快速和高效率的機器人導航，機器人可以安裝不同的末端執(zhí)行器來完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運工作，大大減輕了人類繁重的體力勞動，可以應用于各種物流系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)和工廠內(nèi)部工序的搬運工作。該機器人按照特定精心設計的路

13、線，在貨架和貨物堆放處之間穿行的速度可以達到很快，不但不會出錯，而且還可以繞開障礙物，完成規(guī)定的快件運送任務。機器人本身的體積不大，但是足夠可以用機械手臂夾起快件貨物。設計快件搬運機器人如下：精選文檔圖2.1快件搬運機器人”設計圖2.2 快件搬運機器人”的功能及完成相應功能的機械系統(tǒng)I行走奔跑翱疊睥多種工兵雌部和圖牌息的翹L_倍層的整收和發(fā)造獺按制枸的觸乙犍制機構(gòu)雌動圖2.2快件搬運機器人”總功能圖2.3 快件搬運機器人”的基本性能參數(shù)“快件搬運機器人”的材料及物理特性精選文檔名稱不銹鋼，奧氏體常規(guī)質(zhì)量密度屈服強度8.03g/cmA3228MPa極限拉伸強度540MPa應力楊氏模量190.3G

14、Pa泊松比0.305ul切變模量72.9119GPa應力熱膨脹膨脹系數(shù)熱傳導率比熱0.0000174ul/c14W/(mK)456J/(kgc)名稱鋼常規(guī)質(zhì)量密度7.85g/cmA3屈服強度207MPa極限拉伸強度345MPa應力楊氏模量泊松比切變模量210GPa0.3ul80.7692GPa應力熱膨脹膨脹系數(shù)0.000012ul/c熱傳導率56W/(mK)比熱460J/(kgc)名稱鋁-6061常規(guī)應力質(zhì)量密度2.71g/cmA3屈服強度275MPa極限拉伸強度楊氏模量310MPa68.9GPa泊松比0.33ul切變模量25.9023GPa應力熱膨脹膨脹系數(shù)0.0000236ul/c熱傳導率

15、167W/(mK)比熱1256.1J/(kgc)名稱不銹鋼，440C常規(guī)質(zhì)量密度屈服強度7.75g/cmA3689MPa精選文檔極限拉伸強度861.25MPa應力應力熱膨脹楊氏模量206.7GPa泊松比0.27ul切變模量膨脹系數(shù)熱傳導率81.378GPa0.0000104ul/c24.23W/(mK)比熱160.57J/(kgc)卜面，我給機器人施加外力，來分析其應力變化情況。質(zhì)量：m=317.88kg力：Fx=409.968NFy=496.074NFz=-459.911N圖2.3機器人受空間力系圖2.4Mises等效應力精選文檔圖2.5第一主應力圖2.6第三主應力精選文檔圖2.7安全系數(shù)圖

16、2.8接觸壓力通過上面的分析，我們知道，機器人在受到規(guī)定范圍內(nèi)的力時，各項指標均在范圍內(nèi)，不會產(chǎn)生大的變形和其他一些不良的癥狀，故設計符合要求。2.4 快件搬運機器人”的主要創(chuàng)新點1) .快速識別二維碼和障礙物該快件搬運機器人本身所裝置的工業(yè)攝像機，利用自身的攝像頭來進行掃取貨物的條形碼，還可以在運送貨物的過程中，利用自身特殊的機械結(jié)構(gòu)避開障礙物，從而可以保證動態(tài)、快速和高效率的機器人導航，完成規(guī)定的快件運送任務。2) .縱向和橫向行走變換精選文檔由于四肢與身體連接部分是由錢鏈組成，這就大大的提高了機器人行走時的靈活性，它可以實現(xiàn)縱向行走和橫向行走之間快速的轉(zhuǎn)換，使其越障能力大大的提高。3)

17、.手腳變換的功能通過機械手與機械腳的換用，能夠?qū)崿F(xiàn)“快件搬運機器人”從雙足直立行走狀態(tài)轉(zhuǎn)換與四足奔跑狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，雙足直立狀態(tài)使得機器人具有更多的空間工作范圍，而四足奔跑狀態(tài)使得機器人能夠?qū)崿F(xiàn)快速移動，在最短的時間范圍內(nèi)到達預定的目的地。3.“快件搬運機器人”的機構(gòu)設計及其優(yōu)化3.1 快件搬運機器人”前肢機構(gòu)設計及優(yōu)化1).兩爪機械手機構(gòu)設計A.機構(gòu)的選型及優(yōu)化方案一：雙搖桿機構(gòu)(單指)如圖所示，機械手的單指采用平行四邊形機構(gòu)，這樣可以實現(xiàn)單指平動，當雙指同步運動時，就能夠?qū)崿F(xiàn)機械手指相對平行閉合與張開，這樣有利于機械手較為平穩(wěn)的抓取比較規(guī)則的物體。圖3.1雙搖桿機構(gòu)方案二：復合校鏈機構(gòu)如圖

18、所示，該機構(gòu)是通過單指轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)運動，當雙指同時運動時，能夠像剪子一樣加住物體，同時會產(chǎn)生向外的推力，不易固定物體。精選文檔一二二二3圖3.2復合錢鏈機構(gòu)通過上面比較我們不難看出，平行四邊形機構(gòu)優(yōu)點顯著，而且平穩(wěn)的抓起物體也是我們機器人的基本本領之一?，F(xiàn)在我們對平行四邊形機構(gòu)進行優(yōu)化設計，使之能夠更加完美。圖3.3優(yōu)化后的雙搖桿機構(gòu)如圖所示，我們對其進行了優(yōu)化，將雙指的運動關(guān)聯(lián)了起來，這樣便于對其控制。B.機構(gòu)的設計計算設計要求：指間距離0257mm指長100mm桿AB與機架AM所需要的旋轉(zhuǎn)角度范圍：70-163根據(jù)設計要求，計算得出的基本參數(shù):精選文檔桿AM95mm桿AB=桿BC=桿CD=桿

19、AD105mm桿LM=桿LK=桿KJ=桿MJ105mm桿DJ200mm桿DE二桿HJ40mm桿EF=桿GH60mmDad91mmDde24.55mm圖3.4雙搖桿機構(gòu)的兩個極限位置下面進行受力分析：材料：合金鋼質(zhì)量：1.01kg重力加速度g=9.8m/sA2設計要求：最大承受力：F1=100NF2=-100NF3=100N下面，我們添加外力，對其進行應力分析。精選文檔圖3.5爪受力F1=100N圖3.6爪受力F2=-100N精選文檔圖3.7爪受力F3=100N圖3.8Mises等效應力精選文檔圖3.9第一主應力圖3.10第三主應力精選文檔圖.11安全系數(shù)圖3.12等效應變精選文檔圖3.13接觸

20、壓力由上面分析可得，兩爪機械手在受規(guī)定的力后各方面均安全，沒有出現(xiàn)超出安全系數(shù)的現(xiàn)象，故設計滿足設計要求。2）手腕機構(gòu)設計A.機構(gòu)的選型及優(yōu)化方案一：氣壓式三桿機構(gòu)該機構(gòu)通過氣壓控制單桿的伸縮和錢鏈的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)手腕部分的運動，該機構(gòu)能夠不僅能夠?qū)崿F(xiàn)空間的轉(zhuǎn)動和移動，而且運動的穩(wěn)定性和精確度高。如圖所示是單桿的機構(gòu)運動簡圖。圖3.14氣壓式三桿機構(gòu)（單指）方案二：球面副旋轉(zhuǎn)機構(gòu)該機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)手腕在空間三個自由度的轉(zhuǎn)動，但不能實現(xiàn)移動，且球面副較難控制。精選文檔圖3.15球面副旋轉(zhuǎn)機構(gòu)通過上面比較，我們發(fā)現(xiàn)氣壓式三桿機構(gòu)靈敏性較好，而且比較容易控制。所以我們選擇方案一。通過討論分析，我們認為當LB

21、C略小于LAD時，機構(gòu)更加緊湊。優(yōu)化后如圖所示。圖3.16優(yōu)化后的氣壓式三桿機構(gòu)B.機構(gòu)的設計計算設計要求：可轉(zhuǎn)動的角度范圍：X方問:Y方問:Z方問:0-1500-1500-150單桿伸縮長度：030mm機構(gòu)的基本參數(shù)桿AD75mm精選文檔桿BC50mm桿AB80110mm3).機械臂機構(gòu)設計A.機構(gòu)的選型及優(yōu)化方案一：雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)機械臂的平動和轉(zhuǎn)動，當以AD邊為固定桿時，實現(xiàn)BE端的平動，當以A點為固定點時，實現(xiàn)的是BE端的轉(zhuǎn)動，而且便于控制，是較佳的選擇。圖3.17雙搖桿機構(gòu)方案二：錢鏈機構(gòu)用一個錢鏈來實現(xiàn)機械臂的轉(zhuǎn)動，這種機構(gòu)過于簡單，且不能實現(xiàn)平動。圖3.18錢鏈機

22、構(gòu)通過比較我們發(fā)現(xiàn)，雙搖桿機構(gòu)是比較好選擇。下面我們來實現(xiàn)機構(gòu)的優(yōu)化?？梢噪p搖精選文檔桿機構(gòu)的不相鄰兩條邊相等，構(gòu)成平行四邊形機構(gòu)，這樣能夠有效地簡化計算和機構(gòu)的控制。B.機構(gòu)的設計計算設計要求：轉(zhuǎn)動的角度范圍：0150平動距離：200mm機構(gòu)的基本參數(shù):桿AB=桿CD640mm桿AD=桿BC160mm桿BE155mm顯然，該機構(gòu)不會出現(xiàn)死點，且該機構(gòu)的轉(zhuǎn)動角度較小，沒必要對其進行解析計算。3.2快件搬運機器人”后肢機構(gòu)設計及優(yōu)化1) .膝蓋部分機構(gòu)設計A.機構(gòu)的選型及優(yōu)化方案一:人工膝關(guān)節(jié)機構(gòu)如圖所示，人工膝關(guān)節(jié)機構(gòu)，巧妙的模仿了人類膝關(guān)節(jié)的運動，是該機器人設計的一大亮點。該機構(gòu)能夠平穩(wěn)的運

23、動并且是膝蓋有較大的活動范圍。圖3.19人工膝關(guān)節(jié)機構(gòu)方案二：曲柄搖桿機構(gòu)精選文檔圖3。20曲柄搖桿機構(gòu)在曲柄搖桿機構(gòu)ABCD.ABCG中，極位夾角為20。，所以機構(gòu)存在急回運動。而膝關(guān)節(jié)不易用有急回特性的機構(gòu)。通過上面的比較，我們發(fā)現(xiàn)，人工膝關(guān)節(jié)機構(gòu)能夠比較巧妙地實現(xiàn)我們所需的運動。故我們選擇方案一，現(xiàn)在我們來優(yōu)化該機構(gòu)?？梢詫ζ溥M行尺寸的調(diào)整，使之更完美的符合我們的需要。具體如下：桿AB90mm桿BC80mm桿CD80mm桿DE120mm桿EF96mm桿FG96mm桿CF180mmB.機構(gòu)的設計計算設計要求：桿GF可轉(zhuǎn)動的角度范圍：0-40桿DE可移動的距離：100mm精選文檔圖3.21人

24、工膝關(guān)節(jié)機構(gòu)的兩個極限位置2) .機械腳機構(gòu)設計方案一：較鏈擺桿機構(gòu)通過氣壓裝置來控制桿AB的伸縮，從而改變?nèi)切蔚娜齻€內(nèi)角，來實現(xiàn)腳部BC的運動。該機構(gòu)簡單，容易控制動作能夠，尤其三角形的形狀決定它具有較強的穩(wěn)定性和負載變形較小的特點。圖3.22錢鏈擺桿機構(gòu)方案二：并聯(lián)式機器腳并聯(lián)式機器腳的設計，如圖是以六連桿機構(gòu)的設計配合滑行對，并結(jié)合滑動機構(gòu)來變換跨距，再配合雕部的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使只腳具有三個自由度。精選文檔圖3.23六連桿機構(gòu)并聯(lián)機構(gòu)是一種并行的三連桿機構(gòu)，它由3個驅(qū)動器直接驅(qū)動機器人腿的3個自由度（大腿.小腿的抬放和側(cè)向轉(zhuǎn)動）。該機構(gòu)可以實現(xiàn)全方位運動，但因為每條腿上有三個自由度，需要三個

25、驅(qū)動器分別直接驅(qū)動，控制系統(tǒng)較為復雜。優(yōu)點是利用較少的連桿，達到一良好的封閉曲線。而5連桿連分別為：大腿（L1）.小腿（L4）.腱（L3）,曲柄（L2）及固定底座（L0）等5個桿件所組成。在大腿上有滑動鍵結(jié)，供曲柄與腱的接觸點滑行，而拉動小腿，使形成一封閉曲線的移動。通過比較，容易發(fā)現(xiàn)，方案二過于復雜，而腳本不需要太多的運動，故方案一有一定的優(yōu)越性。我們這里選擇方案一。下面我們對其進行優(yōu)化設計。由于機器人遇到的環(huán)境可能會比較復雜，有可能是崎嶇的山路，也有可能是平坦的街道，不管怎樣，都要求腳部要有一定承受震蕩和沖擊的能力，這里，我們采用了彈性鋼片來解決這個問題。如圖所示，我們在腳上安裝了彈性鋼片

26、，彈性鋼片與地面接觸，可以有效地減少震蕩和沖擊。另外，這一設計還有一個特別的用處，當遇到懸掛樓梯等，可以勾住的物體時，前肢的腳將會發(fā)揮特有的功效，它可以勾住任何可以勾的物體然后進行攀爬，這一特性，靈感來源于大猩猩。精選文檔圖3.24優(yōu)化后的機械腳3.3 快件搬運機器人”特色附件設計1) .信號接收裝置設計設計要求：能夠進行遠距離信息的發(fā)送與接收。圖3.25信號接收裝置2) .機構(gòu)運動的控制與驅(qū)動裝置設計機器人通過主控芯片對各個機構(gòu)的運動進行控制與驅(qū)動，下面是控制原理。精選文檔電機控制芯片電機位置監(jiān)視系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)電機驅(qū)動系統(tǒng)精選文檔圖3.28主控芯片對電機控制的工作循環(huán)圖圖3.29主控芯片對氣壓

27、系統(tǒng)控制的工作循環(huán)圖發(fā)射天線卜接收天線圖3.30主控芯片對信號傳輸控制的工作循環(huán)圖我們主要采用兩種驅(qū)動方式，第一種電機驅(qū)動，這種驅(qū)動方式主要是針對旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，第二種是氣壓驅(qū)動，主要是針對伸縮機構(gòu)。通過兩種驅(qū)動方式的巧妙配合可以完美的實現(xiàn)機器人的各種動作。設計要求：兩爪機械手氣壓裝置需要的最大伸縮距離：39.3mm三爪機械手氣壓裝置需要的最大伸縮距離：51.6mm精選文檔手腕氣壓裝置需要的最大伸縮距離：30mm腰部氣壓裝置需要的最大伸縮距離：200mm腳部氣壓裝置需要的最大伸縮距離：40mm機械手連接部分需要的額定電機功率：320W手腕旋轉(zhuǎn)部分需要的額定電機功率：320W機械臂旋轉(zhuǎn)部分需要的額定電

28、機功率：400W頭部及支桿旋轉(zhuǎn)部分需要的額定電機功率：320W腰部旋轉(zhuǎn)部分需要的額定電機功率：800W膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)部分需要的額定電機功率：400W腳部旋轉(zhuǎn)部分需要的額定電機功率：320W根據(jù)需要我們選擇的氣壓裝置工作回路為有中位停止的變速回路，如下圖所示:圖3.31氣壓裝置控制回路根據(jù)電機的額定功率.電壓.電流額定轉(zhuǎn)速.額定扭矩.力矩常數(shù).編碼器分辨率.機身長度和重量等參數(shù)綜合評定和為了避免過多選用的不同型號的電機，我們選用型號JSF57-32-30-A5-1000.JSF60-40-30-A5-1000.JSF60-80-30-A5-100噴中腰部旋轉(zhuǎn)部分選用型號為JSF60-80-30-A5

29、-1000的電機，機械臂和膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)部分選用型號為JSF60-40-30-A5-1000精選文檔的電機，其余的都選用型號為JSF57-32-30-A5-1000的電機。3.4 行走和奔跑方案設計方案一：兩足行走優(yōu)點：兩足行走時，機器人上身是直立的，我們設置的機器人的工作狀態(tài)也是基于兩足狀態(tài)，這樣使得機器人有最大化的工作空間。奔跑速度較快。缺點：不易把握重心。方案二：四足行走優(yōu)點：容易把握重心。缺點：機器人的視野不寬廣，工作空間不大。奔跑速度不快。通過比較我們發(fā)現(xiàn)，兩足和四足各有各的優(yōu)點，我們?nèi)∑渚A，也就是說，我們可以讓機器人根據(jù)需要，選擇適合的狀態(tài)。這里還涉及到一個問題，由于在兩足狀態(tài)，機器

30、人的前肢的機械手，不能再四足狀態(tài)下當作機械腳來使用，為解決這個問題，我們設計了機械手和機械腳的換用機構(gòu)，使得其能夠輕松地完成轉(zhuǎn)換。3.5 避障方案設計1.方案優(yōu)化方案一：跨過障礙物優(yōu)點：可以通過一些比較矮小的障礙物或較窄的溝壑。缺點：無法通過較高的障礙物如墻壁等。方案二：繞過障礙物優(yōu)點：對一般的障礙物都能繞過。缺點：對于一些比較小的障礙物，這種方式耽擱更多的時間，不是最佳選擇。通過比較我們發(fā)現(xiàn)，可以采用避障儀，對障礙物進行掃描評估，這樣就能將兩種方式的優(yōu)點巧妙的結(jié)合起來，對于一些比較小的.容易通過的障礙物，機器人直接跨過，對于比較大的.難以直接跨過的，機器人選擇繞過方式。精選文檔4參考文獻【1】約瑟夫A安吉洛，主編。機器人太空飛船。上海科學技術(shù)文獻出版社，2009年