本科毕业论文
基于虚拟样机技术的六轮腿 移动机器人设计
基于虚拟样机技术的六轮腿移动机器人设计
摘要
随着机器人研究的深入和发展，虚拟样机技术作为机器人设计和研究的工具，将会发挥越来越重要的作用。针对机器人多样化和智能化的发展趋势，结合我国传统机器人行业新产品开发周期长、成本高、对机器人产品的评价和设计手段落后等现状，本文以六轮腿移动机器人为研究对象，以SolidWorks、ADAMS为依托，对虚拟样机技术在机器人开发中的应用进行了研究设计。
首先根据国内外轮腿机器人的现状，并基于其越障动作对结构进行了简单的分析设计，六轮腿移动机器人为左右对称式结构，单侧组成为后臂、前臂和前轮架。然后基于三维建模软件SolidWorks建立了六轮腿移动机器人的三维简化实体模型,在SolidWorks软件自带的Motion插件中简单实现了六轮腿移动机器人在平台上的直线运动。再将模型输入到ADAMS中去，在ADAMS中建立起六轮腿移动机器人的虚拟样机模型，并在ADAMS中设置了机器人与平台之间的接触摩擦以及约束的添加；同时基于约束在旋转副上添加了旋转驱动载荷，之后设置距离传感器用于脚本仿真以控制机器人的动作。用脚本仿真的方法对六轮腿移动机器人越障行为进行了动力学仿真分析，在不断地进行仿真脚本调试的过程中评估了六轮腿移动机器人的越障能力，获得了有效的仿真数据，为机器人的设计研发提供了依据。
关键词：六轮腿移动机器人，ADAMS，虚拟样机，仿真
DESIGN OF SIX-WHEEL-LEGGED MOBIL ROBOT BASED ON THE VIRTUAL PROTOTYPE TECHNILOGY
ABSTRACT
Along with the deepening and developing of robot research, virtual prototyping technology as robot design and research tool will play an increasingly important role. The development trend of the robot is diversiform and intelligent. The robot industry in our country has no market competitiveness for its long development period and high cost of the new products. The robot products in our country are far from the need of the development trend. This paper took sox-wheel-legged robot as object of study, with support of SolidWorks and ADAMS, has carried out researches into the application of virtual prototyping technology in the robot development.
Firstly, simple design of structure based on the behavior of the robot crossing barrier and present situation of the robot development of the world was carried on. The structure of the six-wheel-legged robot is symmetric, one-side of which is made up by a rear arm, a front arm and a fore carriage. Then simplified model of the robot was established based on the 3D modeling software SolidWorks, did simple research in Motion and a straight-line motion was carried out. The model was imported into ADAMS and virtual prototype of the robot was built in ADAMS. In ADAMS, contact friction was set up between wheel body and platform, and constraints were added; Revolute Joint Motions based on Revolute Joints were applied. Then set up some proximity sensors to control the behavior of the robot. With the method of scrip simulation, dynamics simulation analysis of the robot’s behavior was carried on, evaluated the ability of the robot crossing barrier in the process of debugging the simulation scrip, and got some effective simulation data, which provided the basis for research and development of robot.
Keywords：six-wheel-legged mobile robot, ADAMS, virtual prototyping
目录
中文摘要
ABSTRACT
第一章绪论 (1)
1.1移动机器人 (1)
1.2轮式和腿式机器人 (1)
1.3轮腿式移动机器人 (2)
1.3.1轮腿式机器人发展概况 (2)
1.3.2轮腿式机器人的背景及意义 (4)
1.4虚拟样机技术 (4)
1.5虚拟样机技术意义 (5)
第二章结构设计 (7)
2.1结构设计简图及分析 (7)
2.2材料的选用 (9)
2.3执行机构 (9)
2.4各部件功能分析 (9)
2.5本章小结 (10)
第三章SolidWorks三维建模 (11)
3.1 SolidWorks软件简介 (11)
3.2 Motion的概念 (12)
3.3三维建模与Motion分析 (12)
3.4模型导出到Adams (18)
3.4.1 通过Parasolid格式导出 (18)
3.4.2 通过Motion模块导出 (18)
3.5本章小结 (20)
第四章 ADAMS仿真分析 (21)
4.1 ADAMS软件简介 (21)
4.2六轮腿移动机器人越障的虚拟样机仿真分析 (22)
4.2.1 仿真环境设置 (22)
4.2.2 添加约束、驱动和载荷 (23)
4.2.3 接触的定义 (24)
4.2.4 六轮腿移动机器人越障行为仿真分析 (24)
第五章结论 (32)
致谢........................................................ 错误!未定义书签。
参考文献 (33)
本科生毕业设计（论文）
第一章绪论
机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自60年代初问世以来，经历几十年的发展已取得长足的进步。在计算机技术、人工智能等自动化技术以及相关支撑技术的发展带动下，机器人技术不断取得突破。随着机器人技术的发展，其涉及的领域也越来越广，它集机构学、制造技术、多刚体力学、传感技术、能源技术、仿生学、自动控制技术和人工智能、计算机技术、通讯技术及仿真技术等多种学科领域的知识于一身，一直以来是机器人研究领域中的难点和热点问题，移动机器人是一个十分复杂的机械产品，包含有许多的零部件，面对外界多变的环境，使得我们对机器人的灵活性有较高的要求，而采用传统的机械设计方法，机器人存在的问题难以及早发现，并且反复的设计实验过程将会使机器人研制成本大大提高，生产周期加长，而采用虚拟样机技术将会很好的解决上述问题，从而提高产品质量[1]。
1.1移动机器人
机器人的应用越来越广泛，几乎渗透到所有领域。移动机器人是机器人学中的一个重要分支。早在60年代，人们就已经开始了关于移动机器人的研究。关于移动机器人的研究涉及许多方面：首先，移动机器人行走方式的选择可以是轮式、履带式、腿式等或者是几种行走方式的综合；其次，设计机器人的驱动器，以便驱动机器人各个电机来实现目标任务；第三，移动机器人的路径规划和导航也是重要的研究方面，其中针对机器人路径的规划又涉及到传感融合、特征提取、避碰以及环境映射等一系列的问题。因此，移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。在对移动机器人的研究中，人们提出了许多新的或挑战性的理论与工程技术课题，引起越来越多的专家学者和工程技术人员的兴趣，更由于移动机器人在军事侦察、扫雷排险、防核化污染等危险、恶劣环境以及民用中的物料搬运上具有广阔的应用前景，使得对它的研究在世界各国受到更为普遍的关注。
1.2 轮式和腿式机器人
轮式结构和腿式结构是移动机器人行走机构的两种主要形式。与其它结构相比，轮式结构具有以下优点：承载能力大、能高速稳定地移动、抗撞击、机构和控制简单、成本低、能借鉴至今已积累的车辆技术的经验；缺点是功能在许多环境中都受到很大限制，地球上有一半以上的地形是其不能通过的，尤其是崎岖不平的地面和软地形。与其它结构相比，腿式结构具有独特的优势：腿式结构对崎岖路面具有很好的适应能力。腿式的立足点是离散的点，可以在能到达的地面上选择最优的支撑点，而轮式结构必须面临最坏地形上的几乎所有点。腿式运动方式还具有主动隔振能力，尽管地面高低不平，机身的运动仍然可以相当平稳，走在不平地面和松软地面上的运动速度较高,能耗较少。
基于虚拟样机技术的六轮腿移动机器人设计
1.3 轮腿式移动机器人
轮腿式自主移动机器人是智能机器人发展的一大分支，是一种混合结构机器人，但还处于初期阶段，不如轮式机器人和腿式机器人发展的成熟。这种结构的优点是综合了腿式和轮式机器人的优点，具有较强的地形适应能力、较大的稳定性和较高的能量效率。它要实现在没有人工干预的条件下，自主地实现各种地形环境下的移动作业，涉及到机器人控制体系研究、机器人的定位导航技术、机器人路径规划、信息融合技术等复杂技术的研究。因此如今人们研究机器人结构的重点转移到轮腿结合式结构上来。现今轮腿结合式移动机器人研究主要应用在星球漫游车领域，如月球漫游车、火星漫游车等[2]。
1.3.1轮腿式机器人发展概况
世界各国开发轮腿式机器人系统已经有多年历史，特别是美国在这方面已有成熟的经验。现今国外得到业内认同的轮腿式移动机器人主要是火星、月球漫游车，有的还在研究当中，有的已经发射成功。下面我们将介绍几种国外的火星、月球轮腿式漫游车。
(1)前苏联Lunokhod1月球探测车
Lunokhod1是历史上第一辆月球探测车，如图1-1所示。车体结构分为两部分，上部分是仪器舱，装有各种仪器，下部分是自动行走底盘，装有8个车轮。车子按照地面指令运动，有两个速度档，可登上30°的斜坡，越过40cm高的障碍物和60cm宽的沟壑，在一定意义上具有轮腿式的结构特点。
(2) 美国JPL的Sojourner火星探测车
Sojourner是一辆微型自主式机器人车辆，且可从地面对它进行遥控，如图1-2所示。该机器人采用六轮摇臂悬吊式结构，即有6个独立悬挂的驱动轮，传动比为2000：1，因而能在各种复杂的地形中行驶，特别是软沙地。此外该机器人的四个角轮具有独立驱动和控制能力。如图可以看出，本机器人是真正意义上的六轮腿式移动机器人。
(3) 美国CMU大学的Nomad(流浪者)自主移动机器人
如图1-3为美国CMU大学研制的Nomad机器人，其于1997年通过了类似于月球和火星表面环境的智利阿特卡马沙漠的测试，测试行程220公里，其中既有自主控制又有几千里外的人工遥操作。本机器人采用四轮机构，四轮具有独立驱动和导向功能，行驶机构由可变形底盘、均化悬挂系统和自包含轮组成。可变形底盘可使机器人能根据工作状态改变机构的覆盖面积。均化悬挂系统可以平滑机器人本体相对于轮子的运动，这种结构可保证在各种地形情况下四轮都能同时着地。
(4) 美国火星探测车Mars Rover(漫游者)
如图1-4所示的火星车是刚于2003年6月10号发射向火星，并已于2004年一月份成功着陆，其任务是寻找火星水和生命迹象。该机器人上安装了即今为止最先进的仪器，同时拥有最先迸的机动性，其六轮腿式结构是目前最先进的，具有强大的越障能力、原地360°的转弯能力及伸缩性。除了其先进的机动性能，漫游者上还安装了包括Pancam(立体
本科生毕业设计（论文）
摄像头)、Min-TES(红外分光仪)、显微镜、Mossbauer(分光仪,用来测定岩石成分)、APXS(ALPHA射线)系统、RAT(Rock Abrasion Tool)系统等各种先进的仪器来探测环境、观察并分析岩石和土壤。
图1-1前苏联Lunokhod1月球探测车图1-2Sojourner火星探测车
图1-3Nomad自主移动机器人外形图1-4Mars Rover
当今我国对探测开发太空投入了极大的关注，而轮腿式结构是现今最流行的行星探测车结构，虽然与国外的水平还有不小的差距，但国家政府在这方面也加大了投入力量，现在一些高等院校和科研机构相继开展了有关轮腿式机器人方面的研究工作，也取得了一定的成果。如清华大学在行星表面环境及探测机器人几何建模方面做了大量的工作，并对相关的电机驱动技术进行了深入探讨。与此同时，国防科技大学的研究小组研制出了KDR一1试验样车，并对其自主导航及路径规划技术进行了研究。此外中国科技大学和哈尔滨工业大学都在轮腿式行星移动机器人方面进行了一系列研究工作，并取得了初步的成果。国内各机构除了在行星探测车方面对轮腿式结构进行了研究以外，比较典型的轮腿混合结构移动机器人还有上海交大研究的溜冰机器人。如图1-5所示的机器人模型，其结构由躯体
基于虚拟样机技术的六轮腿移动机器人设计
和四肢(四条腿)组成，其中腿部机构由两个连杆和一个从动轮通过旋转关节连接而成，因此每个腿有两个主动关节(髋关节和膝关节)和一个从动关节(踝关节)。机器人的运行原理是基于人的溜旱冰运动，即依靠连杆的协调摆动来带动从动轮在地面上滑动和滚动，利用滚轮上受到的摩擦合力驱动机器人前进[2]。
图1-5溜冰机器人的模型
1.3.2轮腿式机器人的背景及意义
在人类生活水平不断提高的当今社会，随着经济和科学技术的不断发展，用具有智能的工具代替人类劳动，将人们从繁重的劳动中解脱出来，将是社会未来发展的趋势。轮腿式机器人具有很强的环境适应能力，对其进行研究能开发出更全面的移动机器人，具有更广泛的应用领域。
在军事领域与航空航天领域，迫切地需要具有高度智能化及机动性极强的自主移动机器人，用于军事侦察、排雷除险和无人作战等，既不易被对方发现，具有隐蔽性，轮腿式机器人完全能胜任这些要求，不仅减少了士兵的伤亡，还提高了作战效率。在外太空进行星球表面探测，使用轮腿式智能移动机器人，可以增加探测的可靠性，降低风险。
虽然现今轮腿式自主移动机器人主要应用在军事领域和航空航天领域，随着研究生产成本的降低和性能提高，其一定会广泛应用于环保及家庭服务领域，给人们的生活带来极大的方便，具有很大的市场潜力和竞争力。
1.4 虚拟样机技术
虚拟样机技术(VPT,virtual prototyping technology)是一种基于智能设计技术、并行工程、仿真工程及网络技术的先进制造技术，它以计算机仿真和建模技术为支持，利用虚拟样机，在产品实际加工之前对产品的性能、行为、功能和产品的可制造性进行预测，从而对设计方案进行评估和优化，以达到产品生产的最优目标。机械工程中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，是国际上80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程(CAE)新技术。工程师在计算机上建立样机模型，用数字化形式代替传统的实物样机实验。对样机进行各种动态性能分析，然后改进样机设计方案，通过设
本科生毕业设计（论文）
计中的反馈信息不断地指导设计，保证寻优过程顺利进行。
1.5 虚拟样机技术意义
1) 国外应用现状
虚拟样机技术在一些发达国家，如美国、德国、日本等已得到广泛应用，应用领域从汽车制造业、工程机械、航空航天业、造船业、机械电子工业、国防工业、通用机械到人机工程学、生物力学、医学及工程咨询等多方面。所涉及产品从庞大的卡车到照相机的快门，上天的火箭到轮船的锚链。在各领域。针对各种产品，虚拟样机技术都为用户节约开支、时间并提供满意的设计方案。世界各大汽车制造商都在用虚拟样机技术进行汽车产品开发，车辆悬架设计、动力学仿真、发动机设计、噪声、震动和冲击特性仿真、操纵稳定性和操纵舒适性仿真、驾驶员行为特性仿真等。此领域的主要代表性汽车制造商有美国的General，Ford，DaimlerChrysler；日本的Honda，Toyota，Nissan；欧洲的V olkswagen，BMW，Audi，Fiat，Porsche。国外对工程机械虚拟样机技术的研究开展得也比较早，具有代表性的是：John Deer公司、Caterpillar公司、V olvo公司等。Caterpillar公司是世界上最大的拖拉机、装载机和工程机械制造商之一。Caterpillar公司采用了虚拟样机技术，从根本上改进了设计和试验步骤，实现了快速虚拟试验多种设计方案，从而使其产品成本降低，性能却更加优越。同样，作为生产工程机械的著名厂商Johll Deere公司，为了解决工程机械在高速行驶时的蛇行现象及在重载下的自激振动问题，公司的工程师利用虚拟样机技术，不仅找到了原因，而且提出了改进方案，并且在虚拟样机上得到了验证，从而大大提高了产品的高速行驶性能与重载作业性能。V olvo公司还利用虚拟样机技术来预测装载机斗齿与土壤的作用力[3]。
2) 国内应用现状及前景
目前，虚拟样机技术已在我国得到了应用与推广，主要在汽车、航天航空、武器制造、机械工程等。但从我国目前的情况来看，虚拟样机技术主要在汽车制造业和武器装备制造业中应用较为广泛，只停留在初步应用阶段。在其它行业应用较少，主要在专业研究机构和高校研究机构中应用。国内企业对虚拟样机技术的应用主要是用于机构模型的装配分析和干涉检查。像波音777和“探路号”探测器那样利用虚拟样机技术取得成功并轰动一时的例子不多。可见我国对于虚拟样机技术的应用领域和技术水平还很低，但是却有很大的提升空间[4]。
同国外相比，我国对虚拟样机技术的研究和应用起步晚，投入资金少，规模也小。为此，我国十分重视虚拟样机技术的应用与发展，在《制造与自动化领域“十五”计划及2015年远景规划》中，将其列为今后攻关和推广的重点方向和关键技术之一。根据国际权威人士对机械产品性能试验和研究开发手段的统计和预测，传统的机械系统实物测试和试验研究方法，将在很大程度上会被迅速发展起来的计算机数字化仿真技术取代。在今后的几年内，计算机虚拟仿真分析将进一步迅速发展，并超过用实物测试和试验研究的投资，虚拟
基于虚拟样机技术的六轮腿移动机器人设计
样机技术具有广阔的发展前景[4]。
从以上应用情况可以看出，虚拟样机技术具有以下优点：①减少了设计费用；②可以辅助物理样机进行设计验证和测试；③可以减少产品开发过程中所需的时间，使产品尽快上市；④可以在相同的时间内“试验”更多的设计方案，这是物理样机无法比拟的；⑤可以减少产品开发后期的设计更改，进而使整个产品的开发周期最小化；⑥与常规的仿真相比，它涉及的设计领域广，考虑也比较周全，因而可以提高产品的质量；⑦由于虚拟样机技术支持并行设计，使得设计小组之间的沟通更便捷[5]。
本科生毕业设计（论文）
第二章结构设计
六轮腿移动机器人是一个结构复杂的多刚体系统，其机械结构承载着电源、控制电路和检测设备等，要求有一定的强度，同时机械结构的设计直接影响了六轮腿移动机器人行驶灵活性、稳定性、地形适应性和越障能力。因此六轮腿移动机器人的机械结构设计十分关键。
2.1结构设计简图及分析
图2-1六轮腿移动机器人简图
机器人移动系统是一个被动的无弹簧悬挂系统，为左右对称式结构。单侧组成为后臂、前臂和前轮架，前轮架上装有前轮和中间轮，这样单侧共有三个轮子，整个机器人共有六个轮子。前后四轮为驱动轮，中间轮为随动轮。两后臂间有齿轮差速器连接，且主车体固定在差速器壳体上。前臂一端与差速器壳体铰接，另一端与前轮架铰接。在前臂和前轮架铰接处各安装了一台直流伺服电机和一个增量编码器，也形成一个闭环驱动系统，负责机器人越障时的抬腿操作以及在非平整地面环境下调整关节角度以保持车体的平稳。实验证明，此机械结构的行驶系统能具有很强的越障能力和爬坡能力。
六轮腿移动机器人的结构在功能上有效克服了传统机器人缺陷，如不能跨越大于轮子直径的壕沟和高于轮子半径的台阶；不能克服倾覆对机器人行驶能力的不良影响：转向能力差，转弯半径大等。前轮架可以在电动机的带动下转动抬起前轮，有效提升了六轮腿移动机器人垂直越障的能力。两侧电机单独控制，可调整前臂与前轮架的夹角，使车身两侧高度保持一致，为科学仪器和传感器提供了平稳的平台。有效提升了机器人的抗侧翻能力，由于机器人的长度大于宽度，侧翻是倾覆的主要原因，所以抗侧翻等于抗倾覆。两侧电机同时工作，后臂与前臂夹角，前臂与前轮架夹角同时发生变化，整个机器人的重心前移，
基于虚拟样机技术的六轮腿移动机器人设计
当后臂与前臂夹角在特定位置锁定，后臂和后轮将一起被抬起，帮助机器人登上台阶和翻越壕沟。差速器的使用有效改善了机器人整体对非平整路面的适应能力。由于结构的巧妙设计，减少了动力源，降低了整个机器人的能耗，由于机器人采用蓄电池供电，故节能具有重要的现实意义。在地面不平度不是很大的情况下总能实现六轮着地，有效提升六轮腿移动机器人的稳定性。
图2-2六轮腿移动机器人垂直翻越障碍及跨越壕沟过程示意图
图2-3六轮腿移动机器人越障过程重心变化示意图
图2-2为六轮腿移动机器人垂直越障及跨越壕沟过程示意图。六轮腿移动机器人垂直越障及跨越壕沟仿真过程及动作流程详细内容请参看第4章相关内容。图2-3是从图2-2垂直越障及跨越壕沟过程中摘出的几幅画面，其中添加了箱体的轮廓，如黑点表示车体的
本科生毕业设计（论文）
重心位置，则不难发现六轮腿移动机器人越障的关键是机器人重心的转移。当前轮抬起时，机器人重心投影位于后轮和中轮四个支撑点构成的四边形内；当后轮抬起时，机器人重心投影位于前轮和中轮四个支撑点构成的四边形内。没有机器人重心的变化，前轮和后轮根本无法实现越障动作。
2.2 材料的选用
在结构设计的时候考虑到结构的质量以及在虚拟样机中的分析，六轮腿机器人大部分结构采用铝合金材料，比如机体，转动臂。同时考虑到运动分析中车轮与地面的接触问题，故选用车轮为橡胶材料，这样可以适当设置运动过程中的接触摩擦。
表2-4所用部分材料属性取值
材料弹性模量(N/m2) 泊松比密度（kg/m3）
铝合金7.5x10100.33 2750
橡胶8.0x1060.5 1600
木板 6.1x106 0.49 1000
在第三章三维建模SolidWorks中可以直接赋予建好的模型材料属性以及后续在第三章Adams分析里面也可以详细设置材料属性。所以在材料属性赋值方面不再赘述。
2.3 执行机构
电机。俗称“马达”,是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。常见的电机有直流电机和交流电机。
液压缸。液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比；液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。缓冲装置与排气装置视具体应用场合而定，其他装置则必不可少。
气压缸。气压缸是将气压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的气压执行元件。其结构性能和液压缸基本相同。
2.4 各部件功能分析
机体，是整个机器人运动控制的核心，框架是520x400x250mm的立方体结构，是构成机体的重要部分。它具有一定的强度，可以承受一定的震动和碰撞。通过装在其内部的差速装置与机器人主摇臂相连，这种结构可实现机体的俯仰功能。这是一种被动变形适应型行驶机构，其地形适应能力较强，遇到障碍时，通过副摇臂的转动，并借助从动轮来调整重力在各个轮上的分力，可以提高机器人车体的稳定性和越障能力，并具有较好机动性能。
基于虚拟样机技术的六轮腿移动机器人设计
机体内部装有蓄电池，电源装置，各类电机的驱动器、控制器，工控机，陀螺仪，GPS导航装置，多种单片机以及必要的控制电路。机体外部装有红外传感器，激光雷达，超声波传感器等检测装置。为了保证整个机器人运行平稳，通过合理布置机体内部的结构，使得机体前后质量分布均匀，重心大致落在差速器上。
主摇臂。主摇臂分为前臂和后臂。两者安装在差速装置上，并分别与转动臂和左右
后轮相连。六轮摇臂式车体，其为左右对称式结构。摇臂本身又通过四连杆结构相连。
安装在后臂上的电机通过蜗轮蜗杆减速器拉动连杆，然后通过四连杆结构，改变前臂和
后臂的夹角，抬高或者降低机体的位置。这种结构，增强了机器人本身的通过能力。在
遇到小型障碍物，涉浅水等情况下，都可以通过抬高机体本身，达到良好的通过性。
转动臂。转动臂与前臂相连，并且挂着前轮和中轮(左右对称)。转动臂有两种状态，分别是随动和锁定。此两种状态通过装在转动臂外侧的离合器实现切换。在平时行进中，转动臂处在随动状态，这样提高了机器人的稳定性．使得机器人可以适应更加复杂的路面状况。当机器人需要爬坡和越障时，转动臂处在锁定状态，这样提高了机器人的爬坡能力。转动臂，通过装在内侧的步进电机，可以转动0°～40°的角度，从而达到抬升前轮跨越障碍物的目的。
转动轮。本机器人转动轮分为左前轮、左中轮、左后轮、右前轮、右中轮、右后轮。每个轮子都是独立自主驱动，大大提高了机器人在不同路面状况下的机动能力。并且在两个前轮和两个后轮上还装了转向舵机。转动轮和转向舵机配合使用，可以实现机器人在不同情况下的转向要求，同时也提高了机器人自由度。
2.5 本章小结
本章主要对机器人的越障动作进行了分析，质心的变化是六轮腿机器人越障动作实现的关键。在越障动作的基础上对六轮腿移动机器人的结构进行简单设计，并对各部件的具体功能结构、材料选择进行了理论阐述分析，为后面三维建模做足了准备工作。
本科生毕业设计（论文）
第三章SolidWorks三维建模
3.1 SolidWorks软件简介
SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，著名的CATIAV5就出自该公司之手，目前达索的CAD产品市场占有率居世界前列。
SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它之后设计师们可以大大缩短设计时间，使产品快速、高效地投向了市场。
由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks三维机械设计软件也成为达索产品中最具竞争力的CAD产品。
由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4300多所教育机构的近145000名学生通过SolidWorks的培训课程。
在美国，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学已经把SolidWorks列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如清华大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、上海教育局等也在
基于虚拟样机技术的六轮腿移动机器人设计
应用SolidWorks进行教学。
该软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能；而且在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性；同时，SolidWork提供当今市场上几乎所有CAD软件的输入/输出格式。具体来说，该软件具有以下特点：
⑴具有统一、高效的数据库管理，无缝集成的开发环境。
⑵采用复合建模技术，建模灵活、强大、完善、直观。
⑶以Parasolid为实体建模核心，实体造型功能处于领先地位。
⑷协同化装配建模，可实现协同工作。
⑸出图功能强，具有良好的用户介面。
3.2 Motion的概念
Motion插件是美国SRAC公司专为SolidWorks量身定做的唯一的运动分析软件，是完全集成于SolidWorks的虚拟原型解决方案。运用它，工程师和设计师们可以在设计产品没有成型之前，模拟他们的运动行为，准确地了解他们所设计的模型的运动性能。由于ADAMS—世界一流的机械模拟软件的强大支持，Motion能够出色完成以下工作：计算发动机型号、确定功率消耗、规划联接、设计凸轮、分析齿轮驱动、计算弹簧/垫片型号、推算接触零件运动行为。运用这项解决方案可以大大降低所需真实模型的数量和产品开发时间，还能够让设计人员在设计初期阶段就获得充分的信息，考虑更多的设计方案，避免和降低设计风险。
3.3 三维建模与Motion分析
三维实体造型是实现虚拟样机的基础，构造虚拟样机必须进行机械零、部件的三维实体造型。三维实体模型的构建对于虚拟样机的仿真和分析十分重要，必须充分理解所构造的机械结构的各个零部件的外形以及它们之间的相对位置和装配关系。在实体建模时应该严格按照实际的尺寸来进行，只有这样才能达到仿真时对可信度的要求。
（1）主视图（2）侧视图
本科生毕业设计（论文）
（3）俯视图（4）轴测图
图3-1 SolidWorks中完成装配的机器人模型
然而本文所述的六轮腿式移动机器人为复杂系统，考虑到SolidWorks中所建立的三维模型导入到ADAMS中需要添加约束的数量，特别是ADAMS对于总体构造进行仿真分析所需要的时间和成功率；创建机器人三维实体模型的目的是进行动力学仿真，不必追求几何构件的细节部分与实际形体一致。因此，在建立机器人虚拟样机模型前，必须对机器人车体系统进行一些简化，建立一种既能反映实际系统的动力学特性又能进行分析计算的动力学模型。比如在不影响视觉效果的前提下，模型的外观尽量简化；多个零件固结时，用一个零件表示，以节省运动副数量。根据实际系统的复杂程度，本文所采用的动力学模型的简化方法是刚体结构模型，即将实际机构简化为质量和刚度均匀分布或按简单规律分布的刚性体。故装配完成的机器人三维模型如图3-1所示。
各部分零件及多零件固结简化后的零件模型如下图3-2所示
车轮架与后臂固结简化后的模型前车架固结简化后的模型
基于虚拟样机技术的六轮腿移动机器人设计
前臂车轮与旋转轴固结简化后的模型
图3-2各零件模型
材料属性的设置。除了车轮部分选择橡胶材料以外，机体以及其他部分均选用铝合金材料，设置如图3-3和3-4所示。
图3-3铝合金材质的设置图3-4车轮橡胶材质的设置
模型建好并装配关系设置恰当以后，就可以在Motion进行模型仿真分析了，首先需要设置模型的重力也就是引力设置，根据模型的坐标系，引力方向可选择Y轴负向，如下图3-5所示
智能移动机器人的现状和发展 姓名 学号 班级：
智能移动机器人的现状及其发展 摘要：本文扼要地介绍了智能移动机器人技术的发展现状，以及世界各国智能移动机器人的发展水平，然后介绍了智能移动机器人的分类，从几个典型的方面介绍了智能移动机器人在各行各业的广泛应用，讨论了智能移动机器人的发展趋势以及对未来技术的展望，最后提出了自己的建议和设想，分析我国在智能移动机器人方面发展并提出期望。 关键词：智能移动机器人；发展现状；应用；趋势 1引言 机器人是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。智能移动机器人则是一个在感知 - 思维 - 效应方面全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能各个领域的技术，研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。一部智能移动机器人应该具备三方面的能力：感知环境的能力、执行某种任务而对环境施加影响的能力和把感知与行动联系起来的能 力。智能移动机器人与工业机器人的根本区别在于，智能移动机器人具有感知功 能与识别、判断及规划功能[1] 。 随着智能移动机器人的应用领域的扩大，人们期望智能移动机器人在更多领 域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。然而,智能移动机器人所处的环境 往往是未知的、很难预测。智能移动机器人所要完成的工作任务也越来越复杂; 对智能移动机器人行为进行人工分析、设计也变得越来越困难。目前，国内外对 智能移动机器人的研究不断深入。 本文对智能移动机器人的现状和发展趋势进行了综述，分析了国内外的智能 移动机器人的发展，讨论了智能移动机器人在发展中存在的问题，最后提出了对 智能移动机器人发展的一些设想。 1
移动机器人控制软件的设计和实现
作者：李晓明 文章来源：https://www.doczj.com/doc/ce13890496.html, 更新时间：2006-8-9 17:25:55 点击数： 2742
简介：现在做一个移动机器人是很容易的一件事，车体自己可以加工，或买现成的；避障可以用超声阵列；
导航可以用激光测距 LMS；定位可以用电子地图加 LMS 加陀螺仪；然而控制软件却只能自己编写。本文 或许可以给你一些启示。
相关链接 基于 VIA 平台的移动机器人
移动机器人的使用现在非常多，做一个移动机器人似乎也很容易，车体自己可以加工，也可以去 买现成的；避障可以用超声阵列；导航可以用激光测距 LMS；定位可以用电子地图加 LMS 加陀 螺仪；驱动可以用各种电机及配套驱动器或者自己做；通讯可以去买现成的无线通讯模块，可以 是数字的，也有模拟的；大范围定位可以用 GPS 模块，也是现成的；至于什么红外，蓝牙，甚 至计算机视觉都可以去市场上买，但是（然而）为什么做一个移动机器人还是这么难呢？尤其是 对一个新手而言。一个老外说过，硬件是现成的，软件算法杂志里有的是，很多可以在网上当， 但即使是一个博士生也要花费很长的时间完成一个实际可用的移动机器人。为什么？因为机器人 使用的困难在使用软件的设计上。前面那个老外也说过，现在什么都可以在网上当，唯独使用程 序不能。有过自己写移动机器人程序的人可能会理解这段话，当然也仅仅是可能，因为不排除有 很多机器人大拿一上来就可以写出很棒的移动机器人软件。
移动机器人的控制软件开发是和硬件紧密相关的，甚至和机器人的体系结构也密切相关，同样是 移动机器人，有的是用 PC 控制的，有的是用多个嵌入式系统实现的，有的则是多机器人协同工 作的，操作系统有人会用 DOS，有人会用 Windows，有人会用 Linux，有人会用 Embeded Operation System。硬件平台有的用 x86，有的用 ARM 芯片，有的会用 DSP，通讯里面会 有串口，TCP/IP 网络，无线以太网，红外，蓝牙等，甚至驱动机构也不一样，有的是用腿，有
移动机器人的关键技术分为以下三种: (1)导航技术 导航技术是移动机器人的一项核心技术之一[3,4]"它是指移动机器人通过传感器感知环境信息和自身状态,实现在有障碍的环境中面向目标的自主运动"目前,移动机器人主要的导航方式包括:磁导航,惯性导航,视觉导航等"其中,视觉导航15一7]通过摄像头对障碍物和路标信息拍摄,获取图像信息,然后对图像信息进行探测和识别实现导航"它具有信号探测范围广,获取信息完整等优点,是移动机器人导航的一个主要发展方向,而基于非结构化环境视觉导航是移动机器人导航的研究重点。 (2)多传感器信息融合技术多传感器信息融合技术是移动机器人的关键技术之一,其研究始于20世纪80年代18,9]"信息融合是指将多个传感器所提供的环境信息进行集成处理,形成对外部环境的统一表示"它融合了信息的互补性,信息的冗余性,信息的实时性和信息的低成本性"因而能比较完整地,精确地反映环境特征,从而做出正确的判断和决策,保证了机器人系统快速性,准确性和稳定性"目前移动机器人的多传感器融合技术的研究方法主要有:加权平均法,卡尔曼滤波,贝叶斯估计,D-S证据理论推理,产生规则,模糊逻辑,人工神经网络等"例如文献[10]介绍了名为Xavier的机器人,在机器人上装有多种传感器,如激光探测器!声纳、车轮编码器和彩色摄像机等,该机器人具有很高的自主导航能力。 (3)机器人控制器作为机器人的核心部分,机器人控制器是影响机器人性能的关键部分之一"目前,国内外机器人小车的控制系统的核心处理器,己经由MCS-51、80C196等8位、16位微控制器为主,逐渐演变为DSP、高性能32位微控制器为核心构成"由于模块化系统具有良好的前景,开发具有开放式结构的模块化、标准化机器人控制器也成为当前机器人控制器的一个研究热点"近几年,日本!美国和欧洲一些国家都在开发具有开放式结构的机器人控制器,如日本安川公司基于PC开发的具有开放式结构!网络功能的机器人控制器"我国863计划智能机器人主题也已对这方面的研究立项 视觉导航技术分类 机器人视觉被认为是机器人重要的感觉能力，机器人视觉系统正如人的眼睛一样,是机器人感知局部环境的重要“器官”,同时依此感知的环境信息实现对机器人的导航。机器人视觉信息主要指二维彩色CCD摄像机信息,在有些系统中还包括三维激光雷达采集的信息。视觉信息能否正确、实时地处理直接关系到机器人行驶速度、路径跟踪以及对障碍物的避碰,对系统的实时性和鲁棒性具有决定性的作用。视觉信息处理技术是移动机器人研究中最为关键的技术之一。
《机器人技术及应用》综合 习题 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
《机器人技术及应用》综合习题 一、判断 1.机器人是在科研或工业生产中用来代替人工作的机械装置。（对） 2. 19世纪60年代和20世纪70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。（错） 3. 对于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。（对） 4. 所谓特种机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。（错） 5. 机器人机械本体结构的动作是依靠关节机器人的关节驱动，而大多数机器人是基于开环控制原理进行的。（错） 6. 机器人各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出，由主计算机根据示教点参考坐标的空间位置、方位及速度，通过运动学逆运算把数据转变为关节的指令值。（对） 7. 为了与周边系统及相应操作进行联系与应答，机器人还应有各种通信接口和人机通信装置。（对） 8. 轮式机器人对于沟壑、台阶等障碍的通过能力较高。（错） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 机器人定义的标准是统一的，不同国家、不同领域的学者给出的机器人定义都是相同的。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 可编程机器人可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作，目前在工业界已不再应用。（错） 15. 感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。（对） 16. 第三阶段机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，称之为智能机器人。（对） 17. 工业机器人的最早研究可追溯到第一次大战后不久。（错） 18. 20世纪50年代中期，机械手中的液压装置被机械耦合所取代，如通用电气公司的“巧手人”机器人。（错）
题目移动机器人的发展现状及趋势授课老师唐延柯 学生姓名 学号 专业电子信息工程 教学单位德州学院 完成时间 2013年11月16日
一、摘要 (2) 二、引言 (2) 三、智能机器人的构成 (3) 3.1硬件构成 (3) 3.2 软件构成 (3) 四、国内外在该领域的发展现状综述 (4) 五、智能移动机器人的应用及分类 (5) 5.1 智能机器人的应用 (5) 5.2 智能机器人分类 (7) 六、展望与讨论 (9) 6.1智能机器人的发展趋势展望 (9) 6.2 建议及设想 (10) 七、结论 (10) 八、参考文献 (11)
智能机器人的现状及其发展趋势 一、摘要 本文扼要地介绍了智能机器人技术的发展现状，以及世界各国智能机器人的发展水平，然后介绍了智能机器人的分类，从几个典型的方面介绍了智能机器人在各行各业的广泛应用，讨论了智能机器人的发展趋势以及对未来技术的展望，最后提出了自己的建议和设想，分析我国在智能机器人方面发展并提出期望。 关键词：智能机器人；发展现状；应用；趋势 The status and trends of intellectual robot Abstract:This paper briefly discusses the development, status of intellectual robot, development of intellectual robot in many countries. And then it presents the categories of intellectual robot, talks about the extensive applications in all works of life from several typical aspects and trends of intellectual robot. After that, it puts forward prospects for future technology, suggestion and a tentative idea of myself, and analyses the development of intellectual robot in China. Finally, it raises expectations of intellectual robot in China. Key words: intellectual robot; development status; application; trend 二、引言 机器人是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。智能机器人则是一个在感知- 思维- 效应方面全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能各个领域的技术，研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。一部智能机器人应该具备三方面的能力：感知环境的能力、执行某种任务而对环境施加影响的能力和把感知与行动联系起来的能力。智能机器人与工业机器人的根本区别在于，智能机器人具有感知功能与识别、判断及规划功能[1]。 随着智能机器人的应用领域的扩大，人们期望智能机器人在更多领域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。然而,智能机器人所处的环境往往是未知
《机器人技术及应用》综合习题 一、判断 1.机器人是在科研或工业生产中用来代替人工作的机械装置。（对） 2. 19世纪60年代和20世纪70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。（错） 3. 对于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。（对） 4. 所谓特种机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。（错） 5. 机器人机械本体结构的动作是依靠关节机器人的关节驱动，而大多数机器人是基于开环控制原理进行的。（错） 6. 机器人各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出，由主计算机根据示教点参考坐标的空间位置、方位及速度，通过运动学逆运算把数据转变为关节的指令值。（对） 7. 为了与周边系统及相应操作进行联系与应答，机器人还应有各种通信接口和人机通信装置。（对） 8. 轮式机器人对于沟壑、台阶等障碍的通过能力较高。（错） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 机器人定义的标准是统一的，不同国家、不同领域的学者给出的机器人定义都是相同的。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 可编程机器人可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作，目前在工业界已不再应用。（错） 15. 感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。（对） 16. 第三阶段机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，称之为智能机器人。（对） 17. 工业机器人的最早研究可追溯到第一次大战后不久。（错） 18. 20世纪50年代中期，机械手中的液压装置被机械耦合所取代，如通用电气公司的“巧手人”机器人。（错） 19. 一般认为Unimate和Versatran机器人是世界上最早的工业机器人。（对） 20. 1979年Unimation公司推出了PUMA系列工业机器人，它是全电动驱动、关节式结构、多中央处理器二级微机控制，可配置视觉感受器、具有触觉的力感受器，是技术较为先进的机器人。（对） 1. 刚体的自由度是指刚体具有独立运动的数目。（对） 2. 机构自由度只取决于活动的构件数目。（错） 3. 活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数就是该机构的自由度。（对） 4. 机器人运动方程的正运动学是给定机器人几何参数和关节变量，求末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态。（对） 5. 机器人运动方程的逆运动学是给定机器人连杆几何参数和末端执行器相对于参考坐标系的位姿，求机器人实现此位姿的关节变量。（对） 6. 机械臂是由一系列通过关节连接起来的连杆构成。（对） 7. 对于机械臂的设计方法主要包括为2点，即机构部分的设计和内部传感器与外部传感器的设计。（错） 8. 球面坐标型机械臂主要由一个旋转关节和一个移动关节构成，旋转关节与基座相连，移动关节与末端执行器连接。（对） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 刚体在空间中只有4个独立运动。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 在机构中，每一构件都以一定的方式与其他构件相互连接，这种由两个构件直接接触的可动连接称为运动副。（错） 15. 运动副可以根据其引入约束的数目进行分类，引入一个约束的运动副称为二级副。（错） 16.通过面接触而构成的运动副，称为低副；通过点或线接触而构成的运动副称为高副。（对） 17. 两个构件之间只做相对转动的运动副称为移动副。（错） 18. 构成运动副的两个构件之间的相对运动若是平面运动则称为平面运动副，若为空间运动则称为空间运动副。（对） 19. 在平面机构中，每个构件只有3个自由度。每个平面低副（转动副和移动副）提供1个约束，每个平面高副提供2
《工业机器人技术与应用》试卷（A ） 一、填空（每空1分，共30分） 1．按照机器人的技术发展水平，可以将工业机器人分为三代 ___ _ ___ 机器 人、 ____ __ _ 机器人和 ___ ____ 机器人。 2．机器人行业所说的四巨头是__________ 、 __________ 、 __________ 、__________。 3．机器人常用的驱动方式主要有_____ _ ____、 ____ __和______ ____ 三种基本类型。 4．一般来说，机器人运动轴按其功能可划分为 __ ____ 、 _ 和工装轴，________ 和工装轴统称 _______。 5．从结构形式上看，搬运机器人可分为 __________ 、 __________ 、 __________ 、 __________ 和关节式搬运机器人。 6．码垛机器人工作站按进出物料方式可分为 __ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和四进四出等形式。 7．装配机器人常见的末端执行器主要有__ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和 。 8．弧焊系统是完成弧焊作业的核心装备，主要由 、送丝机、 和气瓶等组成。 9．目前工业生产应用中较为普遍的涂装机器人按照手腕构型分主要有两种： 涂装机器人和 涂装机器人，其中 手腕机器人更适合用于涂装作业。 二、判断（每题2分，共20分） （ ）1．涂装机器人的工具中心点（ TCP ）通常设在喷枪的末端中心处。 （ ）2．一个完整的点焊机器人系统由操作机、控制系统和点焊焊接系统几部分组 成。 （ ）3. 工业机器人是一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机。 （ ）4．工业机器人的腕部传动多采用 RV 减速器，臂部则采用谐波减速器。 （ ）5．在直角坐标系下，机器人各轴可实现单独正向或反向运动。 （ ）6．当机器人发生故障需要进入安全围栏进行维修时，需要在安全围栏外配备 安全监督人员以便在机器人异常运转时能够迅速按下紧急停止按钮。 （ ）7．示教时，为爱护示教器，最好戴上手套。 （ ）8．机器人示教时，对于有规律的轨迹，原则上仅需示教几个关键点。 （ ）9．离线编程是工业机器人目前普遍采用的编程方式。 （ ）10．根据车间场地面积，在有利于提高生产节拍的前提下，搬运机器 人工作站可采用 L 型、环状、“品”字、“一”字等布局。 三、选择（每题2分，共20分） 1．通常所说的焊接机器人主要指的是（ ）。 ①点焊机器人；②弧焊机器人；③等离子焊接机器人；④激光焊接机器人 A. ①② B. ①②④ C. ①③ D. ①②③④ 2．工业机器人一般具有的基本特征是（ ）。 ①拟人性；②特定的机械机构；③不同程度的智能；④独立性；⑤通用性 A. ①②③④ B. ①②③⑤ C. ①③④⑤ D. ②③④⑤ 3．按基本动作机构，工业机器人通常可分为（ ）。 ①直角坐标机器人；②柱面坐标机器人；③球面坐标机器人；④关节型机器人 A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①②③④ 4．操作机是工业机器人的机械主体，是用于完成各种作业的执行机构。它主要哪由几部分组成（ ） ①机械臂；②驱动装置；③传动单元；④内部传感器 A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①②③④ 5．工业机器人常见的坐标系有（ ）。 ①关节坐标系；②直角坐标系；③工具坐标系；④用户坐标系 A. ①② B. ①②③ C. ①③④ D. ①②③④ 6．对工业机器人进行作业编程，主要内容包含（ ）。 ①运动轨迹；②作业条件；③作业顺序；④插补方式 A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①②③④ 7．依据压力差不同，可将气吸附分为（ ）。 ①真空吸盘吸附 ②气流负压气吸附 ③挤压排气负压气吸附 A. ①② B. ①③ C. ②③ D. ①②③ 8．搬运机器人作业编程主要是完成（ ）的示教。 ①运动轨迹 ②作业条件 ③作业顺序 A. ①② B. ①③ C. ②③ D. ①②③ 9．涂装条件的设定一般包括（ ）。 ①涂装流量；②雾化气压；③喷幅（调扇幅）气压；④静电电压；⑤颜色设置表 A. ①②⑤ B. ①②③⑤ C. ①③ D. ①②③④⑤ 班级 姓名 学号 ---------------------------------------------密-------------------------------------封---------------------------------线----------------------------------------- -封
智能移动机器人 近年来，随着机器人研究的不断发展，机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透，结合这些领域的应用特点，各种各样的具有不同功能的机器人被研制出来，并且在不同的应用领域都得到了广泛的应用。 本文主要设计一个配置机械手的智能移动机器人，可以调速、转弯、抓取物体。涉及到双目摄像头定位、激光测距、电机控制、压力传感器等技术。 一、系统总体结构图 机器人系统主要由机械系统、驱动控制系统、视觉系统、传感器系统、上位机系统、电源系统以及人机交互系统等组成。 系统总体结构图如下： 智能机器人平台采用了主从结构的分布式处理方式，由上位机系统来协调控制各个子模块系统。各个子系统都有自己的数据处理机制，数据处理都在本模块的DSP处理器中完成。上位机只是负责数据融合、任务分解、策略选择制定、协调控制各子模块等工作。当上位机需要某个模块的数据时，子模块向上位机提供该模块经过处理以后的数据。由于大量的数据处理都在各个子模块中完成，上位机得到的都是经过处理后的小量数据，大大减少了上位机的负担。采用这种方式既提高了上位机的效率，又增加了系统的稳定性，方便系统的维护。 二、机械手
该机械手的设计仿照人类手臂的构造，总共有五个自由度，包括抬手臂转动关节，肩转动关节，肘转动关节，腕转动关节，手爪旋转关节与手爪开闭关节。这种多自由度的设计使得机械手具有较大的灵活度，以适应抓取不同目标物体的要求。 三、控制系统 1、感知系统 感知系统也就是传感器系统，本智能机器人系统的传感器系统可以只包含两个传感器，一个是测障、测距用激光传感器，一个是抓物时压力感测的压力传感器。 红外测距传感器（简称PSD：Poison Sensitive Detector）： 通常采用光学三角测量方法来确定机器人同物体之间的距离：传感器的红外发光管发出红外光，当红外光没有碰到障碍的时候，红外光保持前行；当红外光碰到障碍的时候，红外光反射回来，并进入探测器。这样，在反射点，发射器，探测器之间形成一个三角形，探测器通过镜面反射，将红外光射入一个线性CCD中，由CCD测量反射光的角度，并由角度的大小来计算障碍物的距离。本机器人系统配置4路PSD传感器，分别以接近于90度的角度间距安装于机器人的前、后、左、右四个方向上和机械臂抓手的手掌内。 图2 PSD传感器位置示意图 压力传感器： 测得与物体接触的压力值返回给DSP分析处理：是否继续抓紧动作。装在机械臂抓手的每个手指上。 传感器系统结构图
智能移动式送料机器人机械系统设计 摘要：智能移动式送料机器人以电动机作为驱动系统，运用单片机传感器等技术达到其智能移动的目的，实现行走、刹车、伸缩、回转等多种动作的操作。因此它具有机械化、程序化、可控化、适应性、灵活性强的特点。 前言：工业机器人是一种典型的机电一体化产品在现代生产中应用日益广泛，作用越来越重要，机器人技术是综合了计算机、控制、机构学、传感技术等多学科而形成的高新技术是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。
现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”我国研制的排爆机器人不仅可以排除炸弹，利用它的侦察传感器还可监视犯罪分子的活动。监视人员可以在远处对犯罪分子昼夜进行观察，监听他们的谈话，不必暴露自己就可对情况了如指掌。 智能小车，又称轮式机器人，可以在人类无法
适应的恶劣和危险环境中代替人工作。它是一个集环境感知，规划决策，自动驾驶等功能于一体的智能系统。现如今已在诸多领域有广泛的应用。对于快要毕业的大学生来说也是一个实时、富有意义和挑战的设计课题。 正文： 设计方案： 一课题名称：智能移动式送料机器人设计 二机器人工作过程及设计要求 自主设计智能移动小车，设计一个取料 手爪装配到小车上，完成取料机器人的机械系统设计，并进行机器人运动规划和取料虚拟仿真，使机
器人完成如下动作：沿规定路径行驶——工件夹取——车体旋转——手爪张开，将工件从储存处送到运料车上。 三机器人设计的内容 一机械手的设计：
大学 机 器 人 技 术 及 应 用 结 课 论 文
智能引领未来 摘要： 智能引领未来，机器人能力将远胜人类，这不是梦想；未来的机器人也能自主的学习和思考，工作能力将远远超过人类，能承担大量人类所不能及的工作，进一步推动智能科学的发展，促进社会的进步，促进经济的高速增长，而实现智能化必须依靠强有力的硬件系统，就机器人而言，其身上集成了多种处理器、存储器与大量的传感器，设想，当这些器件不断地走向高端化、微型化、进一步集成化，那么机器人的处理速度将进一步提高，质量与体积将大大减小，机器人将越来越”聪明“。 关键词： 机器人、智能、硬件系统、高端化、集成化、微型化、聪明。 引言： 现在的机器人与人类比较起来，机器人不能自主学习与自主思考，缺乏情感，必须需要接收人的命令才能执行相关命令，或者事先就把各种命令存储到机器人的大脑中，有需要的时候就执行命令。随着集成电路的飞速发展，处理器、存储器、传感器等电子元件的高端化、微型化、集成化，机器人的处理速度将大大提高，质量与体积将大大减轻，机器人会变得越来越”聪明“。 集成电路前景优越 芯片即集成电路产业是国民经济和社会发展的战略性、基础性、先导性产业，在计算机、消费类电子、网络通信、汽车电子等几大领域起着关键作用，是全球主要国家或地区抢占的战略制高点，尤其是发达国家在这一领域投入了大量创新资源，竞争日趋激烈。 随着技术的不断进步，新的元件结构和材料上的变革都将对机器人的发展战略起到决定作用。在晶圆代工产业，14nm/16nm的FinFET器件已取得了一定的发展。拥有较低泄漏率和更高速度的低功率晶体管备受瞩目。3DNAND使平面NAND 降到20nm以下，创造出外形更小巧、位密度更高的产品。 为了改进3D设备的性能，未来的逻辑芯片和晶圆代工设备的解决方案需要采用选择性外延与高k金属栅电极材料加工工艺，以提高晶体管的速度，降低泄漏率。低功耗、高性能的晶体管则能丰富移动设备的功能，同时延长电池寿命, 3DNAND需要HAR蚀刻、阶梯绘图、多层堆叠沉积和高选择性硬模等技术的支持，从而在小巧的外形空间内实现高密度存储，这对智能化设备，如对机器人来说简直就是如虎添翼啊！ 随着LED产业发展越来越趋于健康和理性，LED领域设备需求也更多来自于新工艺、新技术的驱动，而非简单生产规模的扩张，比如倒装芯片与高压芯片被认为是目前最具有发展前景的LED芯片技术，而这两种技术也带动了深槽刻蚀设备和金属反射层镀膜设备等新设备、新工艺的需求。除此之外，还有AlN镀膜设备、高亮度红黄光芯片刻蚀设备等设备的需求。 集成电路引导未来生活 一张0.5毫米厚的世博会门票，其“真实面目”是个集成电路产品。门票里装了RFID芯片，当门票靠近读卡机时，门票上的线圈会感应出电流，电流便驱
《工业机器人技术与应用》试卷 （A ） 一、填空（每空1分，共30分） 1．按照机器人的技术发展水平，可以将工业机器人分为三代 ___ _ ___ 机器 人、 ____ __ _ 机器人和 ___ ____ 机器人。 2．机器人行业所说的四巨头是__________ 、 __________ 、 __________ 、__________。 3．机器人常用的驱动方式主要有_____ _ ____、 ____ __和______ ____ 三种基本类型。 4．一般来说，机器人运动轴按其功能 可划分为 __ ____ 、 _ 和工装轴，________ 和工装轴统称 _______。 5．从结构形式上看，搬运机器人可分为 __________ 、 __________ 、 __________ 、 __________ 和关节式搬运机器人。 6．码垛机器人工作站按进出物料方式可 分为 __ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和四进四出等形 式。 7．装配机器人常见的末端执行器主要有__ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和 。 8．弧焊系统是完成弧焊作业的核心装 备，主要由 、送丝机、 和气瓶等组成。 9．目前工业生产应用中较为普遍的涂装 机器人按照手腕构型分主要有两种： 涂 装 机 器 人 和 涂装机器人，其中 手腕机器人更适合用于涂装作业。 二、判断（每题2分，共20分） （ ）1．涂装机器人的工具中心点 （ TCP ）通常设在喷枪的末端中心处。 （ ）2．一个完整的点焊机器人系统 由操作机、控制系统和点焊焊接系统几部分组成。 （ ）3. 工业机器人是一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机。 （ ）4．工业机器人的腕部传动多采 用 RV 减速器，臂部则采用谐波减速器。 班级 姓名 学号
附录： 外文资料与中文翻译 外文资料： Robots First, I explain the background robots, robot technology development. It should be said it is a common scientific and technological development of a comprehensive results, for the socio-economic development of a significant impact on a science and technology. It attributed the development of all countries in the Second World War to strengthen the economic input on strengthening the country's economic development. But they also demand the development of the productive forces the inevitable result of human development itself is the inevitable result then with the development of humanity, people constantly discuss the natural process, in understanding and reconstructing the natural process, people need to be able to liberate a slave. So this is the slave people to be able to replace the complex and engaged in heavy manual labor, People do not realize right up to the world's understanding and transformation of this technology as well as people in the development process of an objective need. Robots are three stages of development, in other words, we are accustomed to regarding robots are divided into three categories. is a first-generation robots, also known as teach-type robot, it is through a computer, to control over one of a mechanical degrees of freedom Through teaching and information stored procedures, working hours to read out information, and then issued a directive so the robot can repeat according to the people at that time said the results show this kind of movement again, For example, the car spot welding robots, only to put this spot welding process, after teaching, and it is always a repeat of a work １
第25卷第7期V ol.25No.7 控制与决策 Control and Decision 2010年7月 Jul.2010移动机器人路径规划技术综述 文章编号:1001-0920(2010)07-0961-07 朱大奇,颜明重 (上海海事大学水下机器人与智能系统实验室，上海201306) 摘要:智能移动机器人路径规划问题一直是机器人研究的核心内容之一.将移动机器人路径规划方法概括为:基于模版匹配路径规划技术、基于人工势场路径规划技术、基于地图构建路径规划技术和基于人工智能的路径规划技术.分别对这几种方法进行总结与评价,最后展望了移动机器人路径规划的未来研究方向. 关键词:移动机器人；路径规划；人工势场；模板匹配；地图构建；神经网络；智能计算 中图分类号:TP18；TP273文献标识码:A Survey on technology of mobile robot path planning ZHU Da-qi,YAN Ming-zhong (Laboratory of Underwater Vehicles and Intelligent Systems，Shanghai Maritime University，Shanghai201306, China．Correspondent：ZHU Da-qi，E-mail：zdq367@https://www.doczj.com/doc/ce13890496.html,) Abstract:The technology of intelligent mobile robot path planning is one of the most important robot research areas.In this paper the methods of path planning are classi?ed into four classes:Template based,arti?cial potential?eld based,map building based and arti?cial intelligent based approaches.First,the basic theories of the path planning methods are introduced brie?y.Then,the advantages and limitations of the methods are pointed out.Finally,the technology development trends of intelligent mobile robot path planning are given. Key words:Mobile robot；Path planning；Arti?cial potential?eld；Template approach；Map building；Neural network; Intelligent computation 1引言 所谓移动机器人路径规划技术,就是机器人根据自身传感器对环境的感知,自行规划出一条安全的运行路线,同时高效完成作业任务.移动机器人路径规划主要解决3个问题:1)使机器人能从初始点运动到目标点;2)用一定的算法使机器人能绕开障碍物,并且经过某些必须经过的点完成相应的作业任务;3)在完成以上任务的前提下,尽量优化机器人运行轨迹.机器人路径规划技术是智能移动机器人研究的核心内容之一,它起始于20世纪70年代,迄今为止,己有大量的研究成果报道.部分学者从机器人对环境感知的角度,将移动机器人路径规划方法分为3种类型[1]:基于环境模型的规划方法、基于事例学习的规划方法和基于行为的路径规划方法;从机器人路径规划的目标范围看,又可分为全局路径规划和局部路径规划;从规划环境是否随时间变化方面看,还可分为静态路径规划和动态路径规划. 本文从移动机器人路径规划的具体算法与策略上,将移动机器人路径规划技术概括为以下4类:模版匹配路径规划技术、人工势场路径规划技术、地图构建路径规划技术和人工智能路径规划技术.分别对这几种方法进行总结与评价,展望了移动机器人路径规划的未来发展方向. 2模版匹配路径规划技术 模版匹配方法是将机器人当前状态与过去经历相比较,找到最接近的状态,修改这一状态下的路径,便可得到一条新的路径[2,3].即首先利用路径规划所用到的或已产生的信息建立一个模版库,库中的任一模版包含每一次规划的环境信息和路径信息,这些模版可通过特定的索引取得;随后将当前规划任务和环境信息与模版库中的模版进行匹配,以寻找出一 收稿日期:2009-08-30；修回日期:2009-11-18. 基金项目:国家自然科学基金项目(50775136)；高校博士点基金项目(20093121110001)；上海市教委科研创新项目(10ZZ97). 作者简介:朱大奇(1964?),男,安徽安庆人,教授,博士生导师,从事水下机器人可靠性与路径规划等研究；颜明重(1977?),男,福建泉州人,博士生,从事水下机器人路径规划的研究.
2018年江苏省高等职业院校技能大赛 “工业机器人技术应用”赛项竞赛规程 一、赛项名称 工业机器人技术应用 二、竞赛目的 赛项以“中国制造2025”规划为背景，针对装备制造业转型升级对岗位技能提升的要求，引导职业院校关注行业在“工业机器人技术应用”方面的发展趋势及新技术的应用，促进工学结合人才培养模式和课程的改革与创新。通过技能大赛,展示参赛选手维护、调试、操控机器人的技能，检阅参赛队组织管理、团队协作、工作效率、质量与成本控制、安全意识等职业素养，提升高职院校专业教师的指导水平，以赛促教，为工业机器人及系统在企业中的应用提供人才保障。 三、竞赛方式 竞赛为团体赛。每支参赛队最多由6人组成，其中领队1人（可由指导教师兼任），参赛选手3人（其中队长1人），指导教师2人。 四、竞赛内容 参赛选手在规定时间（4小时30分钟）内，以现场操作的方式，根据赛场提供的有关资料和赛项任务书，完成基本赛项任务及综合赛项任务。 基本赛项任务： 1.生产线空间位置调整、传感器安装及基本功能调试。 2.六关节机器人手爪的安装及手爪控制设备的安装调试。 3.六关节机器人参数设定、标定、现场示教编程及复现；六关节机器人安全工作区间建立。 4.AGV机器人上部输送线安装与调试;工业以太网络连接等。
5.按任务要求完成机器视觉系统的设定、流程编辑，实现托盘流水线上的缺陷工件检测和工件形状种类的识别、工件库建立及坐标变换。 6.完成满足控制要求的立库码垛机和主控系统的人机界面及PLC 控制程序编制。 7.主控PLC、触摸屏、六关节机器人、流水线、立体仓库的网络建立和程序联调测试。 综合赛项任务： 1.由裁判将放有工件的托盘随机摆放到立库各仓位中，由立库码垛机根据赛项任务书的要求，依次取出托盘并放置到磁导AGV小车上。 2.磁导AGV小车每次可以携带3个托盘，沿着磁导线运动并对接到托盘流水线，自动完成立库与托盘流水线之间的工件运输。 3.托盘流水线上设置了视觉检测系统，通过对托盘上的工件进行识别，区分出不同的工件；并将托盘中工件的坐标数据传送到主控PLC 中。 4.由主控PLC通过工业网络操控多关节机器人实现所有工件的抓取、摆放和装配。 1）选用合适的工具自动抓取托盘上不同类型的工件，对合格工件和缺陷工件进行分拣； 2）根据赛项任务书的要求，将抓取的合格工件摆放在装配流水线上的相应位置以完成装配。工件在装配流水线上的具体摆放方式以及装配要求在赛项任务书中有明确规定。 五、竞赛试题 （一）采取提前公开竞赛样题的方式进行比赛，赛前一个月公布样题。 （二）备有10套以上竞赛用试题，每场次比赛试卷由赛点裁判组
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 移动机器人平台 2.1 引言 Pioneer是Active Media公司生产的一种移动机器人系列，这个系列有两轮驱动（室内移动机器人），也有四轮驱动的（室外移动机器人）（如图2-1所示）。这是一类小型移动机器人，其结构是由SRI International公司斯坦福大学的Kurt Konolige博士开发出来的。 图2-1 Pioneer 机器人系列 Pioneer Ⅰ是最初的设计型号，它引入了基于西门子68HC II的微控制器和PSOS（Pioneer Server Operating System）软件。它被设计在室内坚硬平整地面上移动，拥有坚固防滑的橡胶轮胎，还有一个双轮差分可反向驱动的系统，以及一个用于支撑的方向轮。 Pioneer II是Pioneer Ⅰ的改进型，它采用了西门子20MHz高性能的88C166微控制器。带有精度更高的轮式编码器来定位﹑测距。它还拥有面向360度范围的声纳环（前面8个，后面8个），基本达到了无缝测量。软件方面，Pioneer II采用的是P2OS（Pioneer 2 Operating System），它对Pioneer Ⅰ是向下兼容的，
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 扩展了原来的PSOS软件。 2.2 Pioneer II移动机器人硬件平台 Pioneer 2-Dx型机器人长44.5cm，宽40cm，高24.5cm ，重9kg，可载重23kg，最大的平移速度为1800mm/sec，最大的旋转速度为360deg/sec[35]。它提供了一个内嵌的西门子88C166微处理器(20MHz)，负责低层次的数据处理和命令执行。另外，它具有如下基本设备：十六个声纳测距装置、一个激光测距仪、十个避碰传感器、一个Cannon EVI-D30摄像头、一个遵循802.11b规约的无线网卡和两个RS-232串行接口等。在装满电池的情况下，该移动机器人可以连续运行近8个小时。这种机器人是即插即用（Plug and Play）的。除了上面说的这些部件外它还可以挂载其他传感器和一些附件。这些部件都是由车载微控制器（Onboard microcontroller）和移动机器人服务器端软件来控制管理的。 我们智能与复杂系统实验室使用的是DX型移动机器人，它主要由下列部件构成：控制台，通讯端口，摄像头，激光测量部件，声纳，轮式编码器，避碰传感器，语音系统，电子罗盘以及蓄电池。 2.2.1控制部件 Pioneer II控制部件包括微控制器和控制面板。微控制器就在控制面板下方，主要用于控制传感器，从传感器读取数据。并根据传感器数据由控制算法得到控制量，从而把控制量施加到驱动设备，完成本次任务。 控制面板一部分是与甲板连在一起的，另外一部分位于机器人的一侧。如图2-2所示。它包括一个液晶显示屏LCD，主要用来现实移动机器人的运行状态﹑内部信息以及相应的报警信息，比如说电池电量不足。在控制面板上还有一个MOTOR和RESET控制按钮以及相应的指示灯，是用来控制移动机器人运动的硬件开关；同时控制面板上还带有一个9针的D型接头串行口。