移動機器人技術(shù)-課件 項目2-任務(wù)2-移動機器人零部件認(rèn)知

項目二：移動機器人零部件認(rèn)知移動機器人零部件認(rèn)知任務(wù)二

：移動機器人零部件認(rèn)知課程目標(biāo)：一、熟悉物料搬運機器人零部件二、熟悉物料搬運機器人的主要控制器件的基本屬性、常見功能三、熟悉物料搬運機器人物料清單四、培養(yǎng)面向成本的設(shè)計意識知識儲備一、機械結(jié)構(gòu)件二、控制類硬件移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備機械臂結(jié)構(gòu)件移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備夾爪結(jié)構(gòu)件移動機器人零部件認(rèn)知移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備云臺結(jié)構(gòu)件移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備框架結(jié)構(gòu)件移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備輪組結(jié)構(gòu)件移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備電控類硬件移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件移動機器人結(jié)構(gòu)實現(xiàn)時，通常采用非標(biāo)準(zhǔn)件機加工、3D打?。▋H用于機械性能與精度要求不高的支撐件與連接件）、外協(xié)標(biāo)準(zhǔn)件、常用件、連接件等。其中自主設(shè)計的零件常用不同材質(zhì)與厚度的板料、鋁型材、鋁方管、3D打印等材料等完成加工制作。移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件1、麥克納姆輪麥克納姆輪由兩大部分組成：輪轂和輥子(roller)。輪轂是整個輪子的主體支架，輥子則是安裝在輪轂上的鼓狀物。麥輪的輪轂軸與輥子轉(zhuǎn)軸呈45°角。理論上，這個夾角可以是任意值，根據(jù)不同的夾角可以制作出不同的輪子，但最常用的還是這兩種。麥輪一般是四個一組使用，兩個左旋輪，兩個右旋輪。左旋輪和右旋輪呈軸性對稱。小型麥克納姆輪常用的外徑有65mm和80mm，可適配的輪軸有TT電機、樂高十字軸、4mm鋁軸、5mm鋁軸、6mm鋁軸和N2電機軸，可采用加纖高強度環(huán)保材料制作，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可與多連軸器連接，適配多種電機。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件2、常用連接緊固件（1）六角螺柱六角螺柱常用于零件的連接和固定，主要材質(zhì)有鋁、銅和不銹鋼等材料，螺柱內(nèi)部有螺紋便于擰入螺栓固定，右圖為不銹鋼的M3-45長螺柱用于底盤框架的連接和固定。（2）螺栓連接件螺栓常用于連接和固定零件，表面有螺紋可與螺母嚙合，在小型機器人中螺栓常用的型號有M3、M4和M5。螺栓的長度要根據(jù)實際安裝位置確定。墊片亦可以用于關(guān)節(jié)連接處減小摩擦，使關(guān)節(jié)更加的靈活。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件（3）防松螺母防松螺母是以特殊的工程塑料永久的附著在螺紋上，使內(nèi)外螺紋在縮緊過程，工程塑料被擠壓而產(chǎn)生強大的反作用力，極大地增加了內(nèi)外螺紋之間的摩擦力，阻礙了振動對連接的影響。在小型機器人上常用的防松螺母有M3、M4和M5等型號。（4）牙條絲桿牙條絲桿常用于連接零件和固定，目前應(yīng)用比較廣泛的材料有304不銹鋼，牙條絲桿上有常用螺栓的螺紋，右圖為304不銹鋼材質(zhì)M4-40mm絲桿。移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件3.聯(lián)軸類零件（1）黃銅聯(lián)軸器黃銅六角聯(lián)軸器常用于連接電機和麥克納姆輪。加長型六角聯(lián)軸器能起到延長傳動軸的作用，可以有效延長傳輸距離。該聯(lián)軸器也可用于連接電機軸與其他模型配件。（2）雙膜片聯(lián)軸器雙膜片聯(lián)軸器因其彌補兩軸線不共線的能力強，能在沖擊與振動條件下保障有效傳動，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小等特點，雙膜片聯(lián)軸器的選用需結(jié)合兩端軸的尺寸。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件4、軸承類零件（1）法蘭軸承法蘭軸承亦稱為帶邊軸承，與普通軸承不同在于多了邊緣結(jié)構(gòu)，將法蘭與軸承結(jié)為一體。外圈上帶有法蘭的系列產(chǎn)品，使軸向定位變得簡單，替代軸承座，變得更經(jīng)濟。小外徑鋼球有利于實現(xiàn)軸承的低摩擦扭矩、高剛性以及良好的回轉(zhuǎn)精度。中空軸的使用滿足了結(jié)構(gòu)輕量化要求，同時能夠提供更多的電纜配線空間。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件4、軸承類零件（2）推力球軸承推力球軸承可分為平底座墊型和調(diào)心球面座墊型兩種類型。推力球軸承由座圈、軸圈和鋼球保持架組件三部分構(gòu)成，與軸配合的稱軸圈，與外殼配合的稱座圈。該類型軸承可承受高速運轉(zhuǎn)時的軸向推力載荷，不承受徑向載荷。（3）深溝球軸承深溝球軸承是應(yīng)用廣泛的一種滾動軸承，基本型的深溝球軸承由一個外圈，一個內(nèi)圈、一組鋼球和一組保持架構(gòu)成。其特點是摩擦阻力小，轉(zhuǎn)速高，主要承受徑向載荷，也可同時承受徑向載荷和軸向載荷。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件4、軸承類零件（4）交叉滾子軸承交叉滾子軸承是一種內(nèi)圈分割、外圈旋轉(zhuǎn)的特殊型號軸承。因被分割的內(nèi)環(huán)或外環(huán)，在裝入滾柱和間隔保持器后，與交叉滾柱軸環(huán)固定在一起，可防止互相分離。滾柱為交叉排列，通常只用1套交叉滾柱軸環(huán)即可承受多個方向的負(fù)荷，與其他常規(guī)軸承相比，剛性提高3~4倍。因交叉滾子軸承內(nèi)圈或外圈是兩分割的構(gòu)造，軸承間隙可調(diào)整，即使被施加預(yù)載，也能獲得高精度地旋轉(zhuǎn)運動。由于其特殊結(jié)構(gòu)，交叉滾子軸承在機器人中通常用作關(guān)節(jié)軸承。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件4、軸承類零件（5）魚眼接頭魚眼接頭是自潤滑桿端關(guān)節(jié)軸承的俗稱，屬于關(guān)節(jié)軸承的一種，其作用是連接兩個中心線相交的桿件，其中“魚眼”里安裝的那個軸可以繞中心線旋轉(zhuǎn)一定角度。關(guān)節(jié)軸承能承受較大的負(fù)荷，根據(jù)其不同的類型和結(jié)構(gòu)，可以承受徑向負(fù)荷、軸向負(fù)荷或徑向、軸向同時存在的復(fù)合負(fù)荷。由于在內(nèi)圈的外球面上鑲有復(fù)合材料，故該軸承在工作中可產(chǎn)生自潤滑。魚眼接頭一般用于速度較低的擺動運動和低速旋轉(zhuǎn)，也可在一定角度范圍內(nèi)作傾斜運動，當(dāng)支承軸與軸殼孔不重合程度較大時，仍能正常工作。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：控制類硬件在移動機器人中常把與控制實現(xiàn)直接相關(guān)的物資統(tǒng)稱為控制硬件，包括用于系統(tǒng)開發(fā)的單片機主控板、用于傳遞運動的電機及電機驅(qū)動器、電源供電裝置、各類傳感器、遙控器及顯示屏等輸入輸出裝置等。1、主控板及中心板主控板的外形尺寸為150mm*1000mm，采用高性能的STM32F407主控芯片（CPU：STM32F407ZGT6，LQFP144，F(xiàn)LASH：1024K，SRAM：192K），支持寬電壓輸入，集成專用的擴展接口，通信接口以及高精度IMU傳感器，可配合搬運機器人產(chǎn)品或其他配件使用。

RoboMaster電調(diào)中心板2是一款專為實現(xiàn)電源及CANBus通信接口擴展的轉(zhuǎn)接板。該中心板具有結(jié)構(gòu)緊湊、接口集成度高等特性，可同時驅(qū)動7套動力系統(tǒng)，采用硅膠外殼設(shè)計提高了防護等級，保障產(chǎn)品可靠運行。移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：控制類硬件2、供電裝置如圖2.28所示為機器人供電裝置，由電池和電池架組成。TB47電池是一款容量為4500mAh、電壓為22.2V、帶有充放電管理功能的智能電池。該電池可以在-10℃~40℃的工作環(huán)境溫度內(nèi)工作，最大充電功率為180W。RoboMaster電池架（兼容型）是一款專為RoboMaster機器人設(shè)計的電池固定和供電器件，其安裝方式靈活，可分別選擇使用對應(yīng)兩側(cè)進行固定。該款電池架兼容DJITB47系列和TB48系列等電池。電池架上配有電源開關(guān)，可控制電池供電，配有電池信息接口，可用于監(jiān)測當(dāng)前電池電量等數(shù)據(jù)。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：控制類硬件3、電機及電機驅(qū)動(1)RoboMasterM2006動力系統(tǒng)RoboMasterM2006動力系統(tǒng)由RoboMasterM2006P36直流無刷減速電機和RoboMasterC610無刷電機調(diào)速器組成，如圖2.29所示。M2006P36電機采用三相永磁直流無刷結(jié)構(gòu)，具有輸出轉(zhuǎn)速高、體積小、功率密度高等特點。該電機內(nèi)置位置傳感器，可提供精確的位置反饋，以FOC矢量控制方式使電機產(chǎn)生連續(xù)的扭矩，減速箱減速比為36:1，可應(yīng)用于移動機器人、服務(wù)機器人，快速成型技術(shù)及自動化設(shè)備等多重領(lǐng)域。C610電調(diào)采用32位定制電機驅(qū)動芯片，使用磁場定向控制(FOC)技術(shù)，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)矩的精確控制，與RoboMasterM2006直流無刷減速電機搭配，組成動力套件。

移動機器人零部件認(rèn)知工程實踐：調(diào)研實踐基礎(chǔ)概述--調(diào)研工具

（2）MG995舵機如圖2.30所示為一種位置（角度）伺服的驅(qū)動器——MG995舵機，常用于無人機與機器人制作中。此類舵機內(nèi)部有一個基準(zhǔn)電路，可產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出，電壓差的正負(fù)輸出決定電機的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機轉(zhuǎn)到一定的角度時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn)，使電壓差為0，電機停止轉(zhuǎn)動。移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：控制類硬件5、常用傳感器（1）超聲波傳感器HC_SR04是一款使用較為廣泛的超聲波傳感器，常用于障礙檢測與距離測定。該模塊具有四個引腳,分別為VCC、GND、TRIG、ECHO，其中VCC、GND為供電腳，TRIG為測距觸發(fā)引腳，ECHO為測距輸入引腳。工作時，由控制口發(fā)一個10μs以上的高電平，即可以在接收口等待高電平輸出，一有輸出就可以開定時器計時，當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r則可以讀定時器的值，此時就為此次測距的時間，方可算出距離。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：控制類硬件5、常用傳感器（2）紅外傳感器紅外傳感器由一對紅外信號發(fā)射與接收二極管及運放比較電路組成，發(fā)射管發(fā)射一定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號，當(dāng)紅外的檢測方向遇到障礙物（反射面）時，紅外信號反射回來被接收管接收，經(jīng)過處理后，通過數(shù)字傳感器接口返回到主控板，即可利用紅外波返回信號來識別周圍環(huán)境的變化。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：控制類硬件5、常用傳感器（3）灰度傳感器灰度傳感器是模擬傳感器，有一只發(fā)光二極管和一只光敏電阻，安裝在同一面上?；叶葌鞲衅骼貌煌伾臋z測面對光的反射程度不同，光敏電阻對不同檢測面返回的光其阻值也不同的原理進行顏色深淺檢測。在有效的檢測距離內(nèi)，發(fā)光二極管發(fā)出白光，照射在檢測面上，檢測面反射部分光線，光敏電阻檢測此光線的強度并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：控制類硬件5、常用傳感器（4）攝像頭 OV2640攝像頭支持UXGA,SXGA,SVGA以及從SXGA按比例縮小到40*30的任何尺寸；高靈敏度、低電壓適合嵌入式應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)的SCCB接口，兼容IIC接口；支持RawRGB、RB422、RGB(RGB565/RGB555)、YUV(422/420)和YCbCr（422）輸出格式；支持自動曝光控制、自動增益控制、自動白平衡、自動消除燈光條紋、自動黑電平校準(zhǔn)等自動控制功能；同時支持色飽和度、色相、伽馬、銳度等設(shè)置。支持圖像縮放和閃光燈，支持圖像壓縮，即可輸出JPEG圖像數(shù)據(jù)。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：控制類硬件6、輸入輸出裝置(1)顯示屏TFT-LCD即薄膜晶體管液晶顯示器，是目前最主流的LCD顯示器，具有亮度好、對比度高、層次感強、顏色鮮艷等特點，廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品。

(2)遙控器PS2手柄由手柄與接收器兩部分組成。手柄主要負(fù)責(zé)發(fā)送按鍵信息，接收器與單片機相連，用于接收手柄發(fā)來的信息，并傳遞給單片機。單片機也可通過接收器向手柄發(fā)送命令，配置手柄的發(fā)送模式。可通過按鍵組合實現(xiàn)多種動作控制。

移動機器人零部件認(rèn)知工程實踐：制作物料清單熟悉搬運機器人的結(jié)構(gòu)組成和控制硬件，按機械結(jié)構(gòu)件和電控硬件分別制作物料清單。機械結(jié)構(gòu)件可劃分為底盤、云臺、機械臂、夾爪、各模塊通用標(biāo)準(zhǔn)件及常用件。一、制作物料搬運機器人機械結(jié)構(gòu)件物料清單底盤模塊機械結(jié)構(gòu)物料清單云臺機械結(jié)構(gòu)物料清單機械臂模塊機械結(jié)構(gòu)物料清單夾爪模塊機械結(jié)構(gòu)件物料清單其他標(biāo)準(zhǔn)件及常用件物料清單二、制作物料搬運機器人電控元器件物料清單移動機器人零部件認(rèn)知工程實踐：制作物料清單一、制作物料搬運機器人機械結(jié)構(gòu)件物料清單（底盤模塊機械結(jié)構(gòu)物料清單）

序號所屬模塊物料名稱數(shù)量工藝材料/尺寸/其他1底盤麥克納姆輪4外購80mm2底盤上鋁管2車&銑10*10mm鋁管3底盤上蓋板112D雕刻3mm碳板4底盤上蓋板312D雕刻2mm碳板5底盤下蓋板112D雕刻2mm碳板6底盤下蓋板212D雕刻2mm碳板7底盤底側(cè)梁板12D雕刻3mm碳板8底盤M3*45鋁柱8外購9底盤M4*40絲桿4外購10底盤L型板42D雕刻3mm碳板11底盤中間連接橋12D雕刻3mm碳板12底盤L件中間墊塊23D打印塑料13底盤輪組梁板中間墊塊43D打印塑料14底盤連接梁下墊片43D打印塑料15底盤橫架側(cè)墊塊43D打印塑料16底盤魚眼中間墊塊83D打印塑料17底盤輪組梁板42D雕刻3mm碳板18底盤輪組梁板里側(cè)42D雕刻3mm碳板19底盤黃銅連軸器4外購加長型30mm移動機器人零部件認(rèn)知工程實踐：制作物料清單一、制作物料搬運機器人機械結(jié)構(gòu)件物料清單（云臺機械結(jié)構(gòu)物料清單）序號所屬模塊物料名稱數(shù)量工藝材料/尺寸/其他1云臺交叉滾子軸承1標(biāo)準(zhǔn)件RA5008UUCC02云臺超聲波安裝架13D打印塑料3云臺上蓋板212D雕刻3mm碳板4云臺外擋圈13D打印塑料5云臺外圈蓋12D雕刻2mm碳板6云臺M3z12直齒輪12D雕刻3mm碳板7云臺底側(cè)旋轉(zhuǎn)板12D雕刻3mm碳板8云臺交叉滾子上墊圈13D打印塑料9云臺M3z24直齒輪12D雕刻3mm碳板10云臺交叉滾子上墊圈下13D打印塑料11云臺交叉滾子內(nèi)圈上夾板12D雕刻3mm碳板12云臺交叉滾子中間墊圈13D打印塑料13云臺交叉滾子內(nèi)圈上夾板212D雕刻3mm碳板14云臺交叉滾子外墊圈13D打印塑料15云臺交叉滾子外圈夾板12D雕刻3mm碳板移動機器人零部件認(rèn)知工程實踐：制作物料清單一、制作物料搬運機器人機械結(jié)構(gòu)件物料清單（機械臂模塊機械結(jié)構(gòu)物流清單）序號所屬模塊物料名稱數(shù)量工藝材料/尺寸/其他1機械臂雙膜片聯(lián)軸器3標(biāo)準(zhǔn)件26-35-62機械臂夾爪L型板22D雕刻3mm碳板3機械臂中間墊塊313D打印塑料4機械臂上連桿112D雕刻3mm碳板5機械臂傳動臂222D雕刻3mm碳板6機械臂左傳動臂12D雕刻3mm碳板7機械臂右傳動臂12D雕刻3mm碳板8機械臂三角轉(zhuǎn)接板12D雕刻3mm碳板9機械臂中間墊柱213D打印塑料10機械臂上連桿312D雕刻3mm碳板11機械臂上連桿212D雕刻3mm碳板12機械臂連桿墊塊13D打印塑料13機械臂中間墊柱113D打印塑料14機械臂電機安裝板22D雕刻3mm碳板15機械臂平行拉桿連接板12D雕刻3mm碳板16機械臂底板轉(zhuǎn)接件22D雕刻3mm碳板17機械臂左傳動臂翻轉(zhuǎn)撥片12D雕刻3mm碳板18機械臂傳動臂墊塊13D打印塑料移動機器人零部件認(rèn)知工程實踐：制作物料清單一、制作物料搬運機器人機械結(jié)構(gòu)件物料清單（夾爪模塊機械結(jié)構(gòu)件物料清單）序號所屬模塊物料名稱數(shù)量工藝材料/尺寸/其他1夾爪連接打印件113D打印塑料2夾爪連接打印件213D打印塑料3夾爪夾爪齒輪安裝板212D雕刻3mm碳板4夾爪夾爪齒輪安裝板112D雕刻3mm碳板5夾爪夾爪舵機上夾板12D雕刻3mm碳板6夾爪舵機外殼13D打印塑料7夾爪M2*Z14直齒輪112D雕刻3mm碳板8夾爪夾爪齒輪墊塊12D雕刻3mm碳板9夾爪M2*Z14直齒輪212D雕刻3mm碳板10夾爪M2*Z15齒爪112D雕刻3mm碳板11夾爪M2*Z15齒爪212D雕刻3mm碳板12夾爪配爪42D雕刻2mm碳板13夾爪夾爪柱體83D打印塑料14夾爪舵盤1常用件金屬移動機器人零部件認(rèn)知工程實踐：制作物料清單一、制作物料搬運機器人機械結(jié)構(gòu)件物料清單（其他標(biāo)準(zhǔn)件及常用件物料清單）序號所屬模塊物料名稱數(shù)量工藝材料/尺寸/其他1緊固M3雙面膠1雙面膠寬2厘米*長50米2緊固魚眼接頭8標(biāo)準(zhǔn)件M4*0.73緊固螺栓連接件176標(biāo)準(zhǔn)件M2.5*14-M5*30共22種4緊固墊片30標(biāo)準(zhǔn)件3*5*0.55緊固墊片50標(biāo)準(zhǔn)件4*6*0.56緊固