爬楼梯机器人开题报告
开题报告论文题名全方位移动爬楼梯机器人小车的研究
专业名称：机械电子工程＿
学号：＿ 082358 ＿＿
学生姓名：鱼帅
导师姓名：＿刘光磊＿＿
目录
一、课题意义 (2)
(一)具有越障功能移动机器人的简介 (2)
(二) 具有越障功能机器人研究的文献综述 (4)
二、课题方案 (8)
（一）课题研究的主要内容 (8)
（二）研究目标及创新 (10)
三、可行性分析 (10)
四、课题进度安排 (12)
五、参考文献 (12)
一、课题意义
(一)具有越障功能移动机器人的简介
机器人作为一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。对不同任务和特殊环境的适应性，也是机器人与一般自动化装备的重要区别。非结构环境中的多功能全自主的移动机器人技术多年来一直是机器人研究中的热点问题之一．但是非结构环境给移动机器人的运动造成了自主决策和路径规划的困难．越障机器人的研究．对扩展机器人的作业空间，在人不能到达或不便到达的环境中进行作业，具有重要的意义。越障机器人还可用于工业中的一些险难作业，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境．减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。其中，移动机器人从事各项事务响应任务时，楼梯是人造环境中的最常见的障碍，也是最难跨越的障碍之一。针对各种不同的运动环境，一直以来移动机器人所采用的运动方式大体包括轮式、履带式、足式等。
国外对爬楼梯装置的研究开始得相对较早，最早的专利是1892年美国的Bray发明的爬楼梯轮椅。此后，各国纷纷开始投入此项研究，其中美国、英国、德国和日本占主导地位，技术相对比较成熟，且有一些产品已经投入市场使用。我国对此类装置的研究虽然起步较晚，但近年来也涌现了很多这方面的
专利，然而投入实际使用的还很少。
总结目前国内外现有的爬楼梯装置和专利，按爬楼梯功能实现的原理主要分为履带式、轮组式、步行式爬楼梯装置。下面分别对国外、国内各种类型装置的发展作简要介绍，并分析其各自优缺点。
(l)履带式
履带式爬楼梯装置的原理类似于履带装甲运兵车或坦克，其原理简单，技术也比较成熟。英国Baronmead公司开发的一种电动轮椅车，底部是履带式的传动结构，可爬楼梯的最大坡度为35°，上下楼梯速度为每分钟15--20个台阶。法国Topchair公司生产的电动爬楼梯轮椅，它的底部有四个车轮供正常情况下平地运行使用，当遇到楼梯等特殊地形时，用户通过适当操作将两侧的橡胶履带缓缓放下至地面，然后把这四个车轮收起，依靠履带无需旁人辅助便能自动完成爬楼等功能。
履带式结构传动效率比较高，行走时重心波动很小，运动非常平稳，且使用地形范围较广，在一些不规则的楼梯上也能使用。它除了具备爬楼梯功能外，也能作为普通的电动轮椅使用。但是这类装置仍存在很多不足之处:重量大、运动不够灵活、爬楼时在楼梯边缘造成巨大的压力，对楼梯有一定的损坏；且平地使用所受阻力较大，而且转弯不方便，这些问题限制了其在日常生活中的推广使用。
(2)轮组式
轮组式爬楼梯装置按轮组中使用小轮的个数可分为两轮组式、三轮组式以及四轮组式。单轮组式结构稳定性较差，在爬楼过程中需要有人协助才能保证重心的稳定；而双轮组式虽能实现自主爬楼，但由于其体积庞大且偏重，影响了它的使用范围。
美国著名发明家Dean Kamen发明的了一种能自动调节重心的两轮组式轮椅iBOT。它有6个轮子，前面有一对实心脚轮，后面有两对行星结构的充气轮胎，通过两后轮交替翻转可以上下楼梯。iBOT几乎能适用于所有楼梯，此外它也能在沙滩、斜坡和崎岖的路面上行驶，而且后轮可以直立行走，为使用者提供了更多方便之处，帮助他们能达到正常人的高度。它最大的优点就是在轮椅重心安装了陀螺仪，控制器根据陀螺仪的信号调整重心的位置，使轮椅能在不同状态下保持平衡。经过数十年的研究开发，它己经由iBOT3000发展到了iBOT400O，功能也越来越强大，是目前该领域中性能最高的产品，它的售价在
3万美元左右，相当于一辆中档桥车的价格，难以被普通使用者接受。
我国在上世纪八十年代对轮组式爬楼梯装置已有研究，1987年专利号为86210653的国家专利中介绍了一种平地、楼梯运行多用轮椅，前滚轮和后滚轮都用多个星形轮组成，除自转外还绕滚轮轴公转而实现上下楼。内蒙古民族大学物理与机电学院的苏和平等人借鉴了iBOT的爬楼方式，采用星形轮系作为爬楼梯机构，设计了一种双联星形机构电动爬楼梯轮椅。改轮椅爬楼时需要人工辅助或者楼梯扶手的辅助支撑，使其能调整重心的位置，安全爬楼。
轮组式爬楼梯装置的活动范围广，运动灵活，但是上下楼梯时平稳性不高，重心起伏较大，会使乘坐者感到不适。此外，轮组式爬楼梯装置体积较大，很难在普通住宅楼梯上使用。
(3)步行式
早期的爬楼梯装置一般都采用步行式，其爬楼梯执行机构由铰链杆件机构组成。上楼时先将负重抬高，再水平向前移动，如此重复这两个过程直至爬完一段楼梯。步行式爬楼梯装置模仿人类爬楼的动作，外观可视为足式机器人，采用多条机械腿交替升降、支撑座椅爬楼的原理。
步行式爬楼梯装置爬楼时运动平稳，适合不同尺寸的楼梯;但它对控制的要求很高，操作比较复杂，在平地行走时运动幅度不大，动作缓慢。
综上所述，国外在爬楼梯装置方面的研究已经有一百多年的历史，成果也较多，但是它们大多结构复杂、造价昂贵，远远超出了发展中国家人民的经济承受能力。国内的研究相对较晚，虽然也诞生了很多专利，但由于受到体积、重量、稳定性及安全性的限制，还没有产品真正投入使用。由此可见，为了解决移动机器人使用受限的问题，同时考虑到我国使用者的经济承受能力，需要研究一种价格低廉、功能多样的爬楼梯装置。
用作搬运的自主移动机器人，要求能随工作任务和环境的改变，智能地重规划行驶路径，并要求能快速适应工作环境。要达到这种水平，当前还有很多问题需要深入的研究，而其中的机器人楼梯环境智能导航问题是较为重要的一个研究课题。
(二)具有越障功能机器人研究的文献综述
Ⅰ、应用：
楼梯是人造环境中的最常见的障碍，也是最难跨越的障碍之一，爬楼梯机器人的研究是解决当前全自主机器人在非结构环境下正常工作的重要环节之
一。爬楼梯机器人可应用于危险环境探查、侦察、救灾、导盲、助残、搬运、清扫、维修、安装等作业，其实际意义重大。
Ⅱ、对目前研究的状况分类：
（1）开环控制与伺服控制分类
在目前已开发的研究项目中，开环控制的机器人主要是运用于为残疾人和老人设计的器械中，需要人的辅助来为其导航，其突出特点的是稳定性，确保人的安全性。
伺服控制的设计也可分为嵌入式控制和高智能CPU控制。嵌入式控制运用一些光电传感器，来控制机器人的速度、方向；高智能CPU能够采集更广泛的信息（比如需要高运算内存空间的视觉采集系统），实现轨迹及运动目标跟踪、视觉信息的分析与处理、地面轨迹图像的计算机理解与处理。
也有半自动的，通过人的控制为其导航。但便携式、履带等机器人控制距离有限，当履带机器人在危险区域作业时，其控制操作人员的安全不能保证，此外遥控机器人的操作人员需要专门训练，因而进一步提高机器人自主能力是该研究方向的趋势。
（2）机构设计上分类
1、履带机器人
履带式爬楼梯装置的原理类似于履带装甲运兵车或坦克，其原理简单，传动效率比较高，行走时重心波动很小，运动非常平稳，且使用地形范围较广，在一些不规则的楼梯上也能使用，技术比较成熟。
履带式移动机器人以其强大的地形适应性而倍受青睐，但是也有不足之处。其重量大、运动不够灵活、爬楼时在楼梯边缘造成巨大的压力，对楼梯有一定的损坏；且平地使用所受阻力较大，而且转弯不方便，这些问题限制了其在日常生活中的推广使用。
2、轮式机器人
轮式移动机器人克服了履带式的这些缺点，在满足一定地形适应性的前提下，可以充分发挥移动机器人快速性、灵活性、可控性，而且能够在保持机体方位不变的前提下沿平面上任意方向直线移动或在原地旋转任意角度，近年来得到了广泛的研究。
但是它对地形的适应性远不如履带式机器人，一般来说，轮式移动机器人对地形的适应性大小与轮子的数量成正比，但是随着轮子数量的增加，又带来
了机器人体积庞大、重量重等缺点。怎样使轮子的数量越少而同时又有能够满足使用要求的地形适应性，这对机器人设计具有重要意义。
单轮组式结构稳定性较差，在爬楼过程中需要有人协助才能保证重心的稳定；轮组式爬楼梯装置的活动范围广，运动灵活，但是上下楼梯时平稳性不高，重心起伏较大。此外，轮组式爬楼梯装置体积较大，很难在普通住宅楼梯上使用。
3、腿式机器人
早期的爬楼梯轮椅一般都采用步行式，其爬楼梯执行机构由铰链杆件机构组成。上楼时先将轮椅抬高，再水平向前移动，如此重复这两个过程直至爬完一段楼梯。步行式爬楼梯装置模仿人类爬楼的动作，外观可视为足式机器人，采用多条机械腿交替升降、支撑座椅爬楼的原理。
步行式爬楼梯装置爬楼时运动平稳，适合不同尺寸的楼梯；但它对控制的要求很高，操作比较复杂，在平地行走时运动幅度不大，动作缓慢。此外，座椅距地面的高度较大，易给使用者造成心理恐惧，距离实际应用还有很大的距离
4、复合类机器人
基于履带式、轮式、腿式移动机器人的优缺点，在研究中，采用了腿-履复合和轮-腿-履带复合等结构。设计主要是依靠腿式机构来完成越障，以及履带平稳性和轮组的灵活性来达到功能的完整。机器人摆臂在一定范围可上下摆动，辅助越障、攀爬，具有较强的越障性能、路面通过性和上下台阶能力。
但是各种机构的复合也给控制方面提出了更高的要求，而且爬楼过程中的稳定性、如何适应不同尺寸的楼梯、如何实现手动操作省力与省时的问题以及反向自锁等问题仍然存在。
5、轮、履、腿式移动机构性能比较
车轮式、履带式、腿式移动系统性能比较见下表1所示。
表1 典型移动机构的性能对比表
Ⅲ、分析问题
1、爬楼梯装置在爬楼梯过程中的稳定性是影响其实用安全性的重要指标；
2、使用安全性；
3、对于多功能爬楼梯装置，如何实现平地模式与爬楼模式之间的平滑切换也是重要的问题。
为解决以上这些问题，传感器技术、计算机控制技术必将越来越多地应用到爬楼梯装置中，从而提高装置的自动化程度以及使用安全性、舒适性。同时，伴随机器人控制技术的发展，移动机器人的大量技术如计算机视觉、机器人导航和定位、模式识别等也将被运用到爬楼梯装置中，使其朝着智能化的方向发展。多功能爬楼梯装置将融合机械、控制、传感器、人工智能等技术于一体，逐渐跨入服务机器人的行列。
一般在各研究中会采用以下几个研究方法：
①在机构的设计中采用功能分析的方法，确定机构各尺寸关系间的约束关系。
②运动学分析：建立合理的运动学模型，从而对不同运动阶段进行分析。
③运动学仿真与分析：在机器人越障的运动学模型基础上，改变机构相关尺寸进行仿真分析，从而得到最优解。
④对机体质心及其稳定性进行分析，选取合适参数做仿真，得到最优解。
⑤介绍了机器人结构实现方法，从传动设计、零件组成及选用，从设计方面对机器人的结构进行了详细说明。
⑥机构动力消耗问题的研究。
⑦设计的机构在模态环境和非模态环境下使用情况的对比，验证其适应性。
在控制方面的研究：
①电机的选择及控制原理；
②信号检测装置设计与选择（超声波传感器测距，激光测距扫描仪，基于视觉的检测）；
③信息的融合（贝叶斯方法、DS证据理论、模糊集理论、神经网络、聚类分析、模板方法、估计理论等）；
④电路的设计；
⑤控制系统介绍（系统具有开放性）；
Ⅳ、总结
通过以上分析，笔者认为爬楼梯机器人首先要解决好“爬”的问题，即将机构设计好，其次是设计好控制系统，弥补机械部分的不足。机构要解决：①机器人平地行驶与爬楼梯之间的转换；②爬楼梯的动作；③机构在保持稳定性的基础上保持灵活性；④设计最优结构，降低整个机器人的能耗。控制部分：①采集信号，要尽可能准确且具有一定鲁棒性；②使机器人功能尽可能完善，并朝着智能化，自主化方向发展。结合我国国情，开发应尽可能结构简单，造价低廉，通用性强。
二、课题方案
（一）、课题研究的主要内容
1、主要研究内容
⑴爬楼机器人的原理研究和机械结构的设计。要求机器人能在平地行驶，
攀爬通常规格的楼梯，转弯，以及具备一定的避障能力。
⑵对其运动过程分析，提取出爬楼机器人关键动作，运用运动学和动力学
理论分别进行了运动学（运用Matlab进行仿真）和动力学分析，最后
对爬楼机器人进行静态稳定性分析。
⑶使用三维实体造型软件Pro/E建立了爬楼机器人的三维实体模型，然后将Pro/E导出的模型导入ADAMS软件中，定义刚体，添加约束、力、运动等，完成爬楼机器人的虚拟样机的机械系统模型。
⑷针对六轮腿移动机器人越障行为进行了仿真，对机器人机构设计进行优化。
⑸控制系统的设计。使机器人能够自动转弯、与楼梯栏杆（或墙壁）保持一定距离、避开跨越不了的障碍。
2、关键技术及难点
⑴爬楼机器人的设计与优化
⑵运动学分析与仿真
⑶虚拟样机的机械系统模型的建立
⑷控制系统的设计
3、爬楼机器人结构的基本原理
轮子的机械原理如图1所示：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为轴，1为基本构件，2为太阳轮，3、4为行星轮， 5为行星架（即转臂），6为小车轮，动力电机传到Ⅰ轴，Ⅰ轴带动太阳轮2转动，太阳轮带动行齿轮3转动，再传给4，机器人前进。当车轮组机构运行在平直的路面上时，受两个车轮同时着地的约束限制，转臂5不能转动只能随车沿路面平动，此时驱动轮系演变成定轴轮系，实现机构在平直面上的快速行驶；当前进的车轮碰上高障碍（如楼梯）而停止不动时，驱动轮系就演变成行星轮系，转臂5带着另外4个车轮绕前轮的轴线回转，实现翻越障碍（即爬楼梯）的目的。其自由度F=3n-2PL-PH=3×4-2×4-2=2 其中n为除机架外的构件，PL为n个活动构件之间的低副， PH为n个构件之间的高副。
图1 机器人原理图
4、爬楼机器人的机构设计
根据原理图和爬楼梯的要求设计了爬楼机器人机构简图，如图2。
整个机构设有四个电机，每个电机负责给一个行星轮机构提供动力。电机传递动力给太阳轮所在传动轴的，再通过齿轮之间的相互啮合来传递动力，最终将动力传递给小车轮，实现平直路面上的行驶。当遇到小障碍物时，行走机构立即演变成行星轮机构，直接跨越。当遇到在攀登范围内的大障碍（楼梯）时，机构一直以行星轮机构作用，达到攀登的目的。当遇到攀登范围之外的障碍，要求机器人转向时，通过控制左右两个电机的转速快慢来实现。
图2 机器人机构简图
1、楼梯
2、小车轮
3、4传动齿轮 5、行星轮 6、太阳轮
7、行星架（转臂） 8、车架
（二）、研究目标及创新
爬楼机器人要求具有在平面行驶和爬楼梯的功能，当然也具备转向避障和
良好的行走线性轨迹。本机构具有如下特点：1）能够实现在平直路面上的轮式快速移动，且跨越一定高度的障碍；2）无需传感装置来检测允可范围（除不可攀越的障碍物）的障碍；3）平面运动和越障运动之间的转换取决于路面对小车轮的作用力情况，无需复杂的辅助机构来协同定成，机构实现简单。
三、可行性分析
行星轮系是由太阳轮（几何轴线固定的齿轮）、行星轮（随行星架绕主轴
线回转的构件）、行星架（支持行星轮且能承受外力矩的构件）构成的。本课题研究的爬楼机器人基本原理如图1，从机构分析，运用差动轮轮系传动比的相关公式，可以得出如下关系式：
254452Z Z ωωωω-=-
其中，2ω为中心齿轮2的转速；5ω为转臂5的转速；4ω为驱动齿轮4的转速；2Z 为中心齿轮2的齿数；4Z 为驱动齿轮4的齿数。 当驱动轮系为定轴轮系时，5ω=0，所以2ω/4ω=4Z /2Z ，车轮6与中心齿轮2具有相同的旋向。当驱动轮系为行星轮系时，4ω
=0，所以2ω/5ω=1-4Z /2Z ，在电机旋向不变的情况下，要使整个车轮组继续往前运动，转臂的旋向必须和中心齿轮的旋向相同，所以2ω/5ω≥0，即2Z ≥4Z 。当2Z ≥4Z 取得较大值时，可以提高车轮组的越障能力。
对机器人的运动学分析是采用整车为研究对象，找出爬楼的最大坡度，来
优化行星轮、太阳轮及行星架的尺寸比，并且运用Matlab 对其仿真。 Matlab （Matrix Laboratory ）是一种高度集成化的科学计算环境，是集数值计算和图形处理等功能与一体的工程计算及数值分析软件。Matlab 现有30多个工具箱，Simulik 工具箱就是其中应用广泛，影响较大的一个。它是一个用来进行动态系统建模、仿真和分析的集成软件包。不仅可以进行线性系统仿真，也可进行非线性系统仿真，既可以实现连续时间系统仿真，也可以实现离散时间系统甚至连续-离散时间系统的仿真，还支持多制式采样率的系统仿真。利用Matlab 可以分析出结构的运动轨迹、速度、加速度。
ADAMS 是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚
拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。用户使用ADAMS 软件，可以自
动生成包括机、电、液一体化在内的、任意复杂系统的多体动力学数字化虚拟样机模型，能为用户提供从产品概念设计、方案论证、详细设计、到产品方案修改、优化、试验规划甚至故障诊断各阶段、全方位、高精度的仿真计算分析结果，从而达到缩短产品开发周期、降低开发成本、提高产品质量及竞争力的目的。通过Pro/E导出的模型导入ADAMS软件中，定义刚体，添加约束、力、运动等，完成爬楼机器人的虚拟样机的机械系统模型。
电机使用单片机进行控制，通过编码器构成反馈系统；在机器人两侧装上激光测距扫描仪，保证机器人与楼梯的在安全距离范围，通过单片机不断采集信号，用PID控制电机速度，修正其轨迹；在机器人前端大于越障范围处安装激光测距仪，使机器人原速返回另择路径。
四、课题进度安排
1 、2008年03月～2008年10月：确定课题题目及研究的内容，收集资料，
查阅文献，做前期基础工作
2、2008年10月～2008年12月：撰写开题报告，开题答辩
3、2008年12月～2009年06月：课题研究实施阶段，完成主要内容
4、2009年06月～2009年10月：撰写论文
5、2009年11月；完善论文，论文答辩。
五、参考文献
[1] 蔡自兴编著.机器人学.北京:清华大学出版社，2000
[2] Robin R. Murphy Introduction to AI Robotics 电子工业出版社，2004
[3] 蔡自兴 21世纪机器人技术的发展趋势南京化工大学学报 2000.7
[4] 国家863计划智能机器人专家组.机器人博览.中国科学技术出版社，2001
[5] 梁斌，王巍，王存恩.未来我国发展月球车的初步构想.中国航天，2003
[6] 蔡鹤皋.机器人将是21世纪技术发展的热点.中国机械工程第11卷.2002.2
[7] 罗志增，蒋静坪.机器人感觉与多视觉融合.北京:机械工业出版社，2002.6
[8] 张海洪龚振邦. 具有越障功能的全方位移动机构研究. 高技术通讯,2001
[9] 蔡改贫吴光华欧阳田.越障机器人运动学分析与仿真.江西有色金属，2008.3.
[10]李贻斌，刘明，周风余.移动机器人多超声传感器信息融合方法.系统工程
与电子技术，1999;21(9):55--57
[11]张骏杨杰杜华生吴月华吴建兵.关于SMA微小型越障机器人越障过程中本体位姿控制的研究. 中国科学技术大学学报，1998.6.
[12]王德新王付锐董二宝宋轶群杜华生杨杰.自主越障机器人在非结构化环境下的越障控制研究.制造业自动化.2005.7.
[13]汪增福关胜晓曹洋.一种主动适形越障机器人的设计与特性分析.计算机仿真.2007.4.
[14]陈慧宝李婷徐解民.关节式履带机器人的爬梯性能研究.电子机械工程.2006.11.
[15]肖俊君尚建忠罗自荣.一种多姿态便携式履带机器人传动和结构设计.机械设计，2007.3
[16]庞涛尹志强朱华炳柳欣.爬楼梯小车控制系统的研制.合肥工业大学学报，2006.9
[17]唐鸿儒宋爱国章小兵.基于传感器信息融合的移动机器人自主爬楼梯技术研究.传感技术学报，2005.12.
[18]苏和平王人成.一种双联星形轮机构电动爬楼梯轮椅的设计.中国临床康复.2005.7.
[19]苏和平王人成.爬楼梯轮椅的研究进展.中国康复医学杂志.2005.5.
[20]乔风斌杨汝清.六轮移动机器人爬楼梯能力分析.机器人.2004.7.
[21]武明项海筹张济川.新型爬楼梯轮椅稳定性的灵敏度分析.甘肃工业大学学报.1998.3.
[22]范明聪吴月华杨杰.高机动性越障机器人运动学分析与轨迹控制研究.光学精密工程.2004.6.
[23]康玉辉.基于虚拟样机技术的六轮腿移动机器人研究.南京理工大学硕士学位论文.2007.
[24] 白琨.履带式移动机器人越障能力的研究.内蒙古工业大学硕士学位论
文，2007.
[25] 陆丰勤.多功能爬楼梯装置的研究及控制系统的设计.南京理工大学硕
士学位论文，2008
[26] 李天庆.基于多传感器融合的机器人自主爬楼梯研究，合肥工业大学硕士学位论文，2008
[27]瞿亮.基于NATLAB的控制系统计算机仿真.北京.北京交通大学出版
社.2006
[28] 刘金馄.先进PID控制及其MATLAB仿真.北京.电子工业出版社2003
[29] 王正林，王胜开，陈国顺.MATLAB/Simulink与控制系统仿真.北京.电子工业出版社.2005
[30] 苏金明，王永利.MATLAB 7.0实用指南.北京.电子工业出版社.2004
[31] 方建军，刘仕良.机械动态仿真与工程分析.北京.化学工业出版社.2004
[32] 霍伟.机器人动力学与控制.北京.高等教育出版社.2005
[33] 李增刚.ADAMS入门详解与实例.北京.国防工业出版社.2006
[34] 陈立平.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程.北京.清华大学出版社. 2005 .
[35]Zahed Siddique, David W Rosen. A virtual Prototyping approach to Product disassembly reasoning. Computer Aided Design，1997(12):29 [36] Valasek M.Software Tools for Mechatronic Vehicles . Design Through Modeling and Simulation.Vehicle System Dynamics
Supplement.l999(33):214一230
[37]https://www.360docs.net/doc/2018871601.html,rsson，P.Krus.Modelling,simulation and validation of complex
fluid and Mechanical systems .International ADAMS User
Conference .1998
[38]MOHSEN M. DALVAND AND MAJID M. MOGHADAM,Stair Climber Smart Mobile Robot (MSRox),Tarbiat Modares University of Iran, Iran.2006.
[39]ROEMI FERNANDEZJOAO HESPANHA,Nonlinear Control for the Dual Smart Drive Using Backstepping and a Time-Optimal Reference,
IAI/CSIC-Industrial Automation Institute.2005.
[40] Takashi Kubota1, Yasuharu Kunii, Yoji Kuroda and Working Group, Japanese lunar robotics exploration by co-operation with lander and rover,Chuo University，Meiji University.2005.
[41]Ashish Deshpande · Jonathan Luntz,Behaviors for physical cooperation between robots for mobility improvement,University of Michigan,2007.
[42]Toshihiko Mabuchi ，Takeshi Nagasawa ， Keizou Awa .Development of a stair-climbing mobile robot with legs and wheels,Kansai University,1998.
[43]Hyun Do Choi · Chun KyuWoo · Soohyun Kim · Yoon
KeunKwak · Sukjune Yoon,Independent traction control for uneven terrain using stick-slip phenomenon: application to a stair climbing robot,Korea AdvancedInstitute of Science and Technology,2007. [44]R. Morales · A. Gonzalez · V. Feliu · P. Pintado---Environment adaptation of a new staircase-climbing wheelchair，University of Castilla-La Mancha，2007.
欢迎您的下载，
资料仅供参考！
致力为企业和个人提供合同协议，策划案计划书，学习资料等等
打造全网一站式需求
关于智能扫地机器人的市场调查报告以及总体设计
关于智能扫地机器人的市场调查报告以及总体设计 杨浩荣王健聪 (北京理工大学珠海学院电气工程及其自动化系) 引言：机器人技术作为20世纪最伟大的发明之一，自上世纪60年代问世以来，已获得巨大的进步。在机器人技术不断成熟的今天，机器人在工业领域大放异彩的同时，它已快速地在农业、军事、服务等非工业领域不断拓展，并取得一定的成果。 关键词：市场需求智能扫地机器人寻路算法 Market research report on intelligent robot sweeps the floor, and the overall design Yang Haorong Wang Jianlin Abstract:robot technology as one of the greatest inventions of the 20th century, since the 1960 s, has acquired great progress. In today's robot technology continues to mature, to shine in the field of industrial robot at the same time, it has quickly in non-industrial sectors such as agriculture, military and service development, and achieved certain results. Key words: market demand intelligent sweeping robot pathfinding algorithm 1.市场需求及其调查： 作为新兴的朝阳产业，机器人出现的时间虽然短暂，但是对社会的影响是巨大的，对人类的影响也是深远的。其中，服务型机器人因更为贴近人类的生活已经有越来越多的大企业把目光投注到服务型机器人上，并制定了一些列的产品开发战略规划，产品内容包括从提供家庭日常服务的机器人到机器人玩具。尤其是玩具机器人，因为技术起点相对低，目前已成为诸多大的生产厂家的追逐热点。 服务型机器人，如今的定义尚未统一。服务型机器人的范围很广。 为了更高地了解人们对服务型机器人的了解与期望，我们进行了问卷调查，调查结果如下：
爬楼梯机器人开题报告
开题报告论文题名全方位移动爬楼梯机器人小车的研究 专业名称：机械电子工程＿ 学号：＿ 082358 ＿＿ 学生姓名：鱼帅 导师姓名：＿刘光磊＿＿
目录 一、课题意义 (2) (一)具有越障功能移动机器人的简介 (2) (二) 具有越障功能机器人研究的文献综述 (4) 二、课题方案 (8) （一）课题研究的主要内容 (8) （二）研究目标及创新 (10) 三、可行性分析 (10) 四、课题进度安排 (12) 五、参考文献 (12)
一、课题意义 (一)具有越障功能移动机器人的简介 机器人作为一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。对不同任务和特殊环境的适应性，也是机器人与一般自动化装备的重要区别。非结构环境中的多功能全自主的移动机器人技术多年来一直是机器人研究中的热点问题之一．但是非结构环境给移动机器人的运动造成了自主决策和路径规划的困难．越障机器人的研究．对扩展机器人的作业空间，在人不能到达或不便到达的环境中进行作业，具有重要的意义。越障机器人还可用于工业中的一些险难作业，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境．减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。其中，移动机器人从事各项事务响应任务时，楼梯是人造环境中的最常见的障碍，也是最难跨越的障碍之一。针对各种不同的运动环境，一直以来移动机器人所采用的运动方式大体包括轮式、履带式、足式等。 国外对爬楼梯装置的研究开始得相对较早，最早的专利是1892年美国的Bray发明的爬楼梯轮椅。此后，各国纷纷开始投入此项研究，其中美国、英国、德国和日本占主导地位，技术相对比较成熟，且有一些产品已经投入市场使用。我国对此类装置的研究虽然起步较晚，但近年来也涌现了很多这方面的
一种爬楼机器人
一种爬梯机械人的设计 [摘要] 在日常生活和生产中经常要将重物搬上楼梯，传统的方法基本是靠人力搬运完成，有时由于重物太重或人手不足而无法搬运，本课题就是为克服这个难题而设计的。本论文主要对爬楼机器人星型轮的传动机构及控制系统进行详细设计。首先介绍了国内外爬楼机器人研究现状，阐明本课题研究的目的、意义。然后进一步介绍了本爬楼机器人总体结构。在深入分析爬楼机构及其攀爬对象的基础上，设计了相对优势较明显的轮组结构爬楼机器人。对机器人小车的运动学模型进行分析，论证小车实现任意曲线运动所包含的自转、直线前进、圆弧前进三个基本运动单元的可行性。引入虚拟样机技术，通过Pro/Engineer三维建模并进行模拟运动仿真。文章最后研究设计了在各种环境下，以单片机 C8051F310 为核心的爬楼控制系统。在控制系统中，采用超声波传感器的对称排列，获取了自主上楼梯所必须地两个关键参数θ和 q；对驱动大功率电机的电路进行分析，设计了更适合大功率，更安全的电机驱动电路，直流马达配合高功率MOSFETⅡ型驱动器。 关键词：爬楼机器人；三星轮； MOSFET驱动电路；单片机 C8051F310
Abstract Moving weight from up and down is required in our daily activities and productivities, and it was done by hand. While it is too heavy or short –handed to finished in some times. This thesis is designed to overcome the obstacles and it gives a detailed designing on transmission device and control system of star-like wheel of stair-climbing robot. Firstly ,it introduced a current situation of stair-climbing robot at home and abroad, clarified the purposes and meanings, introduced a overall structure of stair-climbing robot.After deeply analysis the stair-climbing frame and the object, designed a wheelsets stair-climbing robot with more advantages than others . Analyzed the kinematics model of the robot car,and demonstrate the available of achieving any curve movement with the rotation, straight forward, and arc forward . Robot can achieve track controlling based on speed matching. With the aid of virtual prototyping technology, through the 3D software of Solid Works, the dynamic analysis of the stair-climbing robot is carried out in ADAMS. At last, the thesis design the controller system with the core of C8051F310 based on rule environment ，In the control system, with the help of arranged ultrasonic sensors, get the two key parameters θ and q which import for climbing staircase Analyzed the circuit of high-power motor driving, design a more suitable circuit than IC L298N.Which is dc generator with highly efficient driving MOSFETⅡ. Key words：Stair-climbing robot；Three–star wheels；MOSFET driving circuit；Single chip microcomputer C8051F310 II
自动搬运机器人设计开题报告
本科毕业设计开题报告 题目：自动搬运机器人设计 院（系）：电气与信息工程学院 专业：电子信息工程 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 开题报告日期：2012年12月25日
填写说明 一、开题报告应包括下列主要内容： 1．研究目的和意义； 2．国内外发展情况(文献综述)； 3．研究/设计的目标； 4．研究/设计主要内容； 5．时间进程； 6．参考文献。 二、开题报告字数应不少于2.5千字。 三、开题报告时间应最迟应于开题答辩后一周上交。 四、若本次开题报告未通过，需在1个月内再次进行开题报告。 五、开题报告结束后，评议小组给出开题报告成绩，由教研室归档。 六、双面打印。 七、此表不够填写时，可另附页。
黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告 题目自动搬运机器人设计 1、研究目的和意义 本课题最终目的在于研制机器搬运取代人工搬运工作，由于现代工业的迅猛发展，使得机器人已被越来越多的应用到科技、生产加工、服务等各个领域，并将有着更加广泛的发展，机器人的研制和生产已迅速发殿起来的一门新兴的技术。机器人是提高生产效率、改善产品质量的重要工具。将机器人应用于生产具有如下优点: 以提高生产过程中的自动化程度，有效的完成工业生产的各种操作流程，以及人工所不能完成的一些操作，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本；以改善劳动条件，避免人身事故，在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而搬运机器人即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故；可以减轻人力，并便于有节奏的生产，代替人进行工作，直接减少人力劳作，同时由于还可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产，是现代机械工业发展的必然趋势，通过机器人及搬运机械手结构设计的分析研究，熟悉了机器人设计分析的思路和流程，了解了我国和世界其他各国机器人的发展水平和现状，认知了当今机械行业的最新前沿科技，检测了自己在分析理论和解决实际问题上的能力，为日后的研究工作打下了良好的基础。 2、国内外发展情况(文献综述) 自从20世纪60年代初人类制造出第一台工业机器人以后，机器人就显示出了极强的生命力。经过四十年的迅速发展，在工业发达国家中，工业机器人已经广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等诸多领域中。机器人的分类方法有多种，按其应用可分为，工业机器人、军用机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、空间机器人和娱乐机器人。作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人是机器人中的一个重要分支，是机器人领域的重要研究发展方向，对工业机器人运动轨迹规划和控制的研究，一直受到人们的普遍关注。工业机器人已经成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志，搬运机械人的是工业机器人的一个重要分支，它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。目前，对机器人技术的发展有最重要影响的国家是日本和美国，美国在机器人技术的综合性水平上仍处于领先地位，日本生产的机器人数量和种类则居世界首位。 我国发展机器人技术起步于20世纪70年代末，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。但是我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离。总体来说，我国仍是一个机器人设备的消费市场，行业市场处于发展壮大中，因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，搬运机器人就是为实现这些工序的自动化而产生的。搬运机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。国外在这方面的运用不仅在单机、专机上采用，以减轻工人的劳动强度，并和机床共同组成一个综合的数控加工系统。同时研究采用摄象机和力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件的方位达到准确搬运的目的。所以搬运机器人以及搬运机械手的研究发展是我国现代化工业发展的必然趋势。
扫地机器人项目可行性报告
扫地机器人项目可行性报告 xxx实业发展公司
摘要 智能扫地机器人前几年不为人所知到渐渐被人们所喜爱，现在几乎成 为每家必备，成为了家里的一位新成员。不过虽然我国扫地机器人的交易 规模和渗透率在逐年提高，但距离欧美发达国家相比还有很大差距。尤其 是我国扫地机器人目前只覆盖主要的一二线城市，在更广的空间范围内， 渗透率提高还需时间。 报告从节约资源和保护环境的角度出发，遵循“创新、先进、可靠、 实用、效益”的指导方针，严格按照技术先进、低能耗、低污染、控制投 资的要求，确保投资项目技术先进、质量优良、保证进度、节省投资、提 高效益，充分利用成熟、先进经验，实现降低成本、提高经济效益的目标。 该扫地机器人项目计划总投资17059.02万元，其中：固定资产投资14344.93万元，占项目总投资的84.09%；流动资金2714.09万元，占项目 总投资的15.91%。 达产年营业收入26699.00万元，总成本费用20175.70万元，税金及 附加299.77万元，利润总额6523.30万元，利税总额7722.84万元，税后 净利润4892.48万元，达产年纳税总额2830.37万元；达产年投资利润率38.24%，投资利税率45.27%，投资回报率28.68%，全部投资回收期4.99年，提供就业职位362个。 项目基本信息、建设背景及必要性分析、项目调研分析、投资方案、 项目选址、工程设计说明、工艺先进性、项目环保分析、项目安全保护、
项目风险、节能方案、实施进度计划、投资方案分析、经济收益、总结及建议等。
扫地机器人项目可行性报告目录 第一章项目基本信息 第二章项目承办单位基本情况第三章建设背景及必要性分析第四章项目选址 第五章工程设计说明 第六章工艺先进性 第七章项目环保分析 第八章项目风险 第九章节能方案 第十章实施进度及招标方案第十一章人力资源 第十二章投资方案分析 第十三章经济收益 第十四章总结及建议
星轮行星轮转换式可爬楼轮椅设计说明书
星轮行星轮转换式可爬楼轮椅设计说明书 作品内容简介 针对目前普通轮椅不具备爬楼功能，而国内市场上尚未出现比较成熟、实用的爬楼轮椅这一现状，我们设计了一种实用的星轮行星轮转换式可爬楼轮椅。该轮椅既可以像普通轮椅一样在平地上行走，又可以攀爬楼梯，通过手摇来驱动。我们在行星齿轮结构的基础上加以改进，在中心轴和转臂间设一离合器，离合器分离时，驱动中心齿轮便会带动各行星齿轮旋转，此时为行星轮驱动模式，适用于平地行走；而操纵离合器使其结合时，中心轴和转臂锁死，各行星齿轮将不能自传，驱动中心轴整个行星轮系将整体翻转，主动翻越障碍，此时为星轮驱动模式，适用于爬楼梯。这种新的结构我们称之为星轮行星轮转换式结构（该结构我们已经申请了专利）。在此结构的基础上，我们在万向轮两侧增加了一对起引导和越障作用的导向轮，导向轮与万向轮的巧妙结合增强了万向轮的越障能力。此外我们还准确设计重心位置，并将靠背设计成可调形式，爬楼时可以调节重心位置，保证了爬楼时的安全性和舒适性。 1 研制背景及意义 目前市场上的轮椅存在一个很大的不足：由于采用了传统的轮式结构，只能够在平地上行走，面对台阶、楼梯这样比较复杂的地形却显得无能为力。很多场合尤其是室外比如银行门前，购物中心门前等都或多或少有几级台阶，而对于室内仍有很多地方没有电梯，对于那些乘坐轮椅的残疾人，他们仍然有很多不便。当然，国家也花费了大量的人力和财力在某些场所修建了相应的轮椅坡道和其它公用设施以方便残疾人活动。但由于受各种因素的影响，这些措施起到的作用仍然非常有限。 解决这一问题的最好方法就是改进残疾人使用的行走设备，也就是说通过改进残疾人轮椅的机械结构，使其能够适应日常生活中所碰到大多数的地形。对于残疾人轮椅车的改进，已有不少人提出各种解决方案：有的使用履带式的辅助爬升设备帮助轮椅上下楼梯，有的采用步进式的结构一步一步往上踏，有的使用精密的陀螺仪控制两轮结构的翻转，立起来上下楼梯，但这些方案都有一些不尽如人意的地方，比如：结构复杂，造价高，使用不便，不能很好的适应平地行驶等，因而都未能得到较广泛的应用。 在总结前人设计经验的基础上，我们在星轮行星轮转换式结构的基础上设计一种新型轮椅，一种简单实用、安全可靠，即能够适应平地行走，又能够上下楼梯的轮椅，希望能够为残疾人带来福音。 2 设计方案 2.1 步进式 受火车的曲柄连杆机构的启发，经过思考，我们想到一种连杆机构，如图1所示，通过驱动三个互成120度的曲柄带动三个踏板交替与楼梯接触前行。在平路的时候和普通的轮椅车是一样的，靠轮子行走，在爬楼梯的时候，驱动轮则切换成上述步进机构，较平稳的沿着楼梯的棱边往上爬，如同爬一个斜坡一样。
机械系统设计课程论文爬楼机器人设计
2012机械系统设计课程论文 爬楼机器人设计 一、设计要求 设计一台能够转向和平地上行走的爬楼机器人，要求机器人从四个方位都能攀爬楼梯，在攀爬过程中机器人要保持水平姿态。从机械系统观念出发，提出不少于二套设计设计方案，并进行必要的方案评价和技术论证。 二、设计背景与意义 在城市里, 楼梯是人造环境中最常见的障碍，也是最难跨越的障碍之一。因此, 机器人的爬梯能力是移动机器人的重要越障性能指标。通过加载不同的仪器设备，机器人可广泛用于危险环境探查、救灾、助残、搬运等作业, 其应用价值巨大[1][2]。 三、爬楼机器人研究现状 总结目前国内外现有的爬楼梯装置和专利，按爬楼梯功能实现的原理主要分为履带式、轮组式、步行式爬楼梯装置[3]。 (l)履带式 履带式爬楼梯装置的原理类似于履带装甲运兵车或坦克，其原理简单，技术也比较成熟。履带式结构传动效率比较高，行走时重心波动很小，运动非常平稳，且使用地形范围较广，在一些不规则的楼梯上也能使用。它除了具备爬楼梯功能外，也能作为普通的电动轮椅使用。但是这类装置仍存在很多不足之处:重量大、运动不够灵活、爬楼时在楼梯边缘造成巨大的压力，对楼梯有一定的损坏；且平地使用所受阻力较大，而且转弯不方便，这些问题限制了其在日常生活中的推广使用。 (2)轮组式 轮组式爬楼梯装置按轮组中使用小轮的个数可分为两轮组式、三轮组式以及四轮组式。单轮组式结构稳定性较差，在爬楼过程中需要有人协助才能保证重心的稳定；而双轮组式虽能实现自主爬楼，但由于其体积庞大且偏重，影响了它的使用范围。 轮组式爬楼梯装置的活动范围广，运动灵活，但是上下楼梯时平稳性不高，重心起伏较大，会使乘坐者感到不适。此外，轮组式爬楼梯装置体积较大，很难在普通住宅楼梯上使用。 (3)步行式 早期的爬楼梯装置一般都采用步行式，其爬楼梯执行机构由铰链杆件机构组成。上楼时先将负重抬高，再水平向前移动，如此重复这两个过程直至爬完一段楼梯。步行式爬楼梯装置模仿人类爬楼的动作，外观可视为足式机器人，采用多条机械腿交替升降、支撑座椅爬楼的原理。步行式爬楼梯装置爬楼时运动平稳，适合不同尺寸的楼梯;但它对控制的要求很高，操作比较复杂，在平地行走时运动幅度不大，动作缓慢。 四、两种设计方案 <方案一> 袋鼠滑冰”机器人 （1）、设计构想 本产品通过曲柄凸轮机构的运动特色，设计出爬楼梯时的组件，也就是四个脚。人爬楼梯时，腿是弯曲的，用在机构上，就可以采用曲柄式的摇臂，带动袋鼠腿式的板结构，实现
工业机器人的控制系统设计开题报告 (116)
学号: 20131516 开题报告 工业机器人的控制系统设计
1：背景 1.1机器人在工业生产的广泛应用 自从20 世纪60 年代初人类创造了第一台工业机器人以后，机器人就显示出它极大的生命力，经过四十多年的发展，工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中，尤其是在汽车产业中，工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。目前，汽车制造业是制造业所有行业中人均拥有工业机器人密度最高的行业，如，2004 年德国制造业中每1万名工人中拥有工业机器人的数量为162 台，而在汽车制造业中每1 万名工人中拥有工业机器人的数量则为1140 台；意大利的这一数值更能说明问题，2004 年意大利制造业中每1 万名工人中拥有工业机器人的数量为123台，而在汽车制造业中每1万名工人中拥有工业机器人的数量则高达1600 台。随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范周还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到其他制造业，进而推广到机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中，弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。2005 年，亚洲地区电子电气行业对工业机器人的需求仅次于汽车及汽车零部件制造业，其占所有行业总需求的比例为31%；而在欧洲地区橡胶及塑料工业对工业机器人的需求则远远超过电子电气行业而排名第二位；美洲地区由于汽车及汽车零部件制造业对工业机器人的需求遥遥领先，所以金属制品业(包括机械)、橡胶及塑料工业以及电子电气行业对工业机器人的需求比例相当，均在7% 左右。另外诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外，在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多，如无人侦察机(飞行器)、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实 例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。而且，随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩，未来各种专业服务机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活，其市场的繁荣兴旺将指日可待。 1.2工业机器人的发展趋势 新的市场和新的需求为工业机器人的发展提供了新的机遇。敏捷制造的基本思想是企业能迅速将其组织和装备重组,快速响应市场变化,生产出满足用户需求的个性化产品。敏捷制造要求企业底层的生产设备具有柔性和可动态重组的能力。机器人是一种具有高度柔性的自动化生产设备。如果我们站在更高的层次,将机器人视为一种有“感知、思维和行动”的机器,那么,敏捷生产设备就应当是新一代机器人化的机器。这将为工业机器人的发展提出更高的要求。这要求着工业机器人朝着以下几种方式发展。 朝着标准化方向发展 提高运动速度和运动精度,减轻重量和减少安装占用空间,必将导致工业机器人功能部件的标准化和模块组合化(它可以分为机械模块、信息检测模块、和控制模块等) ,降低制造成本和提高可靠性。近年来,世界各国注意发展组合式机器人。它是采用标准化的组合件拼装而成的。目前,国外已经研制和生产了各种不同的标准组件。除了机器人用的各种伺服电机、传感器外,手臂、手腕和机身的结构也已经标准化了,如臂伸缩轴、臂升降轴、臂俯仰轴、臂摆动轴;转轴、摆动轴、固定台身、机座、移动轴。 研究新型机器人结构 随着工业机器人作业精度的提高和作业环境的复杂化,应开发新型微动机构保证动作;开发多关节、多自由度的手臂和手指,研制新型的行走机构等以适应复杂的作业环境。 朝着智能化方向发展 在多品种,小批量生产的柔性制造自动化技术中,特别是机器人自动装配技术中,工业机器人对外部环境和对象物体有自适应能力,即具有一定的“智能”,是指机器人具有感觉、知觉等,即有很强的检测功能和判断功能。为此,必须开发类似人类感觉器官的传感器(如触觉传感器、视觉传感器、测距传感器等) ,发展多传感器的信息融合技术。通过各种传感器得到关
扫地机器人开题报告
沈阳航空航天大学 北方科技学院 毕业设计开题报告 论文题目：基于单片机的扫地机器人的设计 专业：通信工程 学号： B24121129 学生姓名：王新 指导教师：马凤霞 2016年 3 月 21 日
一、立题依据 1、选题目的 自动扫地机器人，是一种智能扫地、吸尘工具，是一种配备了微电脑系统的电动保洁设备，它能按照人们的设置清洁房间的某一特定部分或全部。清洁机器人最早出现在于美国，随后发展的欧美，风靡港澳台，90年代中期进入大陆。现在市场上的自动扫地机器人主要几种品牌：（TOMEFON德国）斐纳扫地机器人，（irobot美国）irobot扫地机器人，（Proscenic台湾）浦桑尼克扫地机器人，（科沃斯中国）科沃斯扫地机器人，（PHILIPS 荷兰）飞利浦扫地机器人等。 人类的一只脚已经迈进了机器人时代的大门，中国10年内机器人将融入市民日常生活，机器人将和汽车一样成为生活必需用具。这些机器人从用途上看，有用于教育类的机器人，有用于服务类的机器人，有用于制造类的机器人，等等。其中自动扫地机器人就属于服务类的机器人。机器人的发展就像上世纪80年代的个人电脑、上世纪90年代中期的手机一样，正处于产业真正起飞的前夕，巨大的市场前景已经展现。资料显示，2003年至2007年间，全球机器人以每年40%左右的速度增长。据统计，到2009年底，全球投入使用的服务型机器人已达到450万台。 2、选题的意义 自动扫地机器人优于普通吸尘器的地方主要体现在：省时、省力，整个清洁过程中不需要人控制，减轻您操作负担；还比一般吸尘器的噪音小，清洁房间的过程免受噪音之苦；还可以净化空气，内置活性炭、吸附空气中的有害物质，粉尘净化率高达96%，清洁效率接近100%；轻便小巧：轻松打扫普通吸尘器清理不到的死角。总之，自动扫地机器人，具有操作简单，使用方便、智能、安全、、清洁效果显著的特点。 3、国内外研究现状 现在国内外市场上的扫地机器人推出速度如雨后春笋，国外品牌中，美国iRobot和德国TOMEFON扫地机器人比较热门，国内目前比较知名的有科沃斯、地贝、福玛特等，其中作为进入扫地机器人市场的Proscenic，也是比较热门的一个品牌。 研究现状：自动扫地机器人作为服务机器人领域中的一个新产品，尽管目前国内在这方面的研究开发方面已经取得一定的成果，但是仍有许多关键技术问题需要解决或提高，如路径规划就是其中的一个比较重要的技术。有的可在房间内随机移动，有的能在
Free Walker 多功能概念轮椅设计说明书
上海工程技术大学 设计说明书 Free Walker多功能轮椅设计说明书 学院：材料工程学院 学生姓名：李伟陈伟 指导教师：刘淑梅 设计说明时间：二О一三年8月1日～10月1日共8周
中文摘要 由于我国居民楼中电梯并不普及，无障碍设计水平较低，给老年人士及肢体残疾人士带来了许多不便，为了帮助这类人士的出行，我们设计了这款爬楼梯轮椅。本文设计的电动轮椅通过在轮椅大轮内部增加四杆机构，实现了履带自由收放，使轮椅在平地行走时可像普通轮椅行走，上下楼梯时通过展开四杆机构绷开橡胶履带实现爬楼功能。 此款轮椅行驶速率高，爬楼梯时中心波动缓和，稳定性好，适应性强，能够帮助残疾及老年人士实现自由出行。 关键词：Free Walker，多功能轮椅，履带爬楼梯，UG NX，三维建模 Abstract Because of our residents floor in the elevator is not universal, barrier free design level is low, brings a lot of inconvenience for the elderly and handicapped people, in order to help these people travel, we designed the stair climbing wheelchair. Electric wheelchair designed in this paper by adding four rod mechanism in wheelchair wheel, the track free retraction, the wheelchair when walking on flat ground can be like an ordinary wheelchair walking up and down stairs, through the expansion of four bar mechanism realizing burst rubber track climbing function. This wheelchair driving at high speed, the stairs when center volatility, good stability, strong adaptability, can help the disabled and elderly people to realize the free travel. Keywords: Free Walker, multifunctional wheelchair, crawler stair climbing, UG NX, 3D modeling
工业机器人开题报告
工业机器人开题报告 一、选题的目的和意义： 工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且可以保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本。因此，研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义的。由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组部分。 二、国内外研究综述： 20世纪50年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人；60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。我国工业机器人起步于70年代初期，经过20多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。 我国工业机器人经过20多年的发展已经初具规模。目前我国已生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上；一批机器人技术的研究人才也涌现出来。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术；工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术；机器人软件的设计和编程技术；运动学和轨迹规划技术；弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与周边配套设备的开发和制备技术等。某些关键技术已达到或接
delta机器人设计开题报告
燕山大学 本科毕业设计（论文）开题报告 课题名称：Delta并联机器人系 统总体设计 学院（系）：里仁学院 年级专业：08机械电子工程 学生姓名 指导教师： 完成日期：2012年3月25日
一、选题背景及意义 …………………………………………………………………………………………… 二、.研究内容 ………………………………………………………………………………………… 三、研究步骤、方法及措施 …………………………………………………………………………………………… 四、研究工作进度 …………………………………………………………………………………………… 五、主要参考文献 …………………………………………………………………………………………… 六、指导教师意见 …………………………………………………………………………………………… 指导教师签字： 年月日 七、系级教学单位审核意见： 审查结果：□通过□完善后通过□未通过 负责人签字： 年月日
1.选题背景及意义 并联机器人是一类全新的机器人，它具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点，与目前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系，因而扩大了整个机器人的应用领域。并联机器人可以作为航天上的飞船对接器、航海上的潜艇救援对接器；工业上可以作为大件的装配机器人、精密操作的微动器。近年来还研究将它用作虚拟6轴加工中心，以及毫米级的微型机器人等，可以预见这类机器人在21世纪将有广阔的发展前景。 Delta并联机器人最早是在1985年由R.clavel提出的，因其基座平台和运动平台都呈三角形形状而得名。Delta机器人作为并联机构的一种，具有上述的诸多优点和各种可能的应用，是目前商业应用最成功的机器人之一。当初，比如，当在运动平台上装上适当的末端执行器后，特别适用于电子元器件的快速装配插接。在轻工业中的包装，pick-and-place操作，医学手术等也有较多应用。 在国外Delta机器人已经成功的应用在大范围的领域中，而且取得了不错的业绩。例如，在瑞士，巧克力生产商chocolat Frey，采用由Bosch的包装技术公司Sigpick Systems AG提供的新的生产线，这条生产线上，八个Delta机器人将巧克力放到泡沫盒里，再把泡沫盒放到纸箱里，减少了chocolat Frey公司的工作量，最主要的是整个操作系统简便易行，只需简单的修改一下操作系统就可以适应新的包装规格，这种简易性使得该公司可以快速而从容的应对市场的新需求。 不久前，位居全球500强之列的电力和自动化技术领导厂商ABB公司，高调宣布其进行机器人的投资建设，并列出了投资的10大理由，这十大理由包括降低运营成本、提升产品质量和一致性、改善员工工作条件、扩大产量、增强制造柔性、减少原料浪费、提高良品率等。 中国处在改革开放的关键时期，各行各业正是在高速发展的黄金阶段，高新技术产业更是朝气蓬勃。市场的快速发展带来了绝佳的研究机遇，因此，我以为在我国全面建设小康社会、大力发展现代化工业同时，机器人是个不可避免的话题。在我国进入老龄化社会，劳动力逐渐短缺之际，传统工业中
小型自动清扫机开题报告
青岛农业大学 毕业论文(设计)开题报告 题目：小型自动清扫机设计 姓名： 学院： 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 学号： 指导教师： 2012年3月10日
说明 一、有关说明 毕业论文(设计)题目确定后，学生应尽快征求导师意见，讨论题意与整个毕业论文(或设计)的工作计划，然后根据课题要求查阅、收集有关资料并编写研究提纲，主要由以下几个部分构成： 1.研究(或设计)的目的与意义。应说明此项研究(或设计)在生产实践上或对某些技术进行改革带来的经济、生态与社会效益。有的课题过去曾进行过，但缺乏研究，现在可以在理论上做些探讨，说明其对科学发展的意义。 2.国内外同类研究(或同类设计)的概况综述。在广泛查阅有关文献后，对该类课题研究(或设计)已取得的成就与尚存在的问题进行简要综述，只对本人所承担的课题或设计部分的已有成果与存在问题有条理地进行阐述，并提出自己对一些问题的看法。 3.课题研究(或设计)的内容。要具体写出将在哪些方面开展研究，要重点突出。研究的主要内容应是物所能及、力所能及、能按时完成的，并要考虑与其它同学的互助、合作。 4.研究(或设计)方法。科学的研究方法或切合实际的具有新意的设计方法，是获得高质量研究成果或高水平设计成就的关键。因此，在开始实践前，学生必须熟悉研究(或设计)方法，以避免蛮干造成返工，或得不到成果，甚至于写不出毕业论文或完不成设计任务。 5.实施计划。要在研究提纲中按研究(或设计)内容落实具体时间与地点，有计划地进行工作。 二、注意事项 1.开题报告的撰写完成，意味着毕业论文(设计)工作已经开始，学生已对整个毕业论文(设计)工作有了周密的思考，是完成毕业论文(设计)关键的环节。在开题报告的编写中指导教师只可提示，不可包办代替。 2.无开题报告者，不准申请答辩。 3.本表要用计算机填写，签字要手写，一式三份，本人、导师、所在学院(要原件)各一份。 4.学生可根据内容的多少调整表格的大小。
轮式爬楼梯轮椅设计
轮式爬楼梯轮椅设计 一、本课题的研究目的和意义： 高龄人群以及下肢残障者的最大障碍是步行能力的减弱甚至缺失，他们不仅丧失行动力，更需要有劳动能力的人来加以护理。目前，大多数老体弱者及肌体伤残者都选择轮椅作为他们的代步工具，而且使用范围越来越广。轮椅也由手动轮椅、电动轮椅趋向智能轮椅的方向发展，但由于他们一般采用传统的轮式结构，一般仅适合在平地上使用，很少具备爬楼和翻越障碍的能力。楼梯和路障使轮椅的使用受到了很大的限制，很多场合尤其是室外，比如银行、购物中心门前等或多或少有几级台阶，室内也有很多地方没有电梯，这也给轮椅用户造成很多不便。当然，国家也花费了大量的人力和财力在某些场所修建了相应的轮椅坡道和其他公用设施以方便残疾人活动。但由于各种因素的影响，这些措施的作用也非常有限。 为了给老年人和残疾人提供高性能的代步工具，解决楼梯或路障对他们使用轮椅造成的不便，帮助他们提高行动自由度，重新更好的融入社会，并考虑到我国的基本国情，研究一种价格适宜、小巧轻便的轮式爬楼梯轮椅装置具有重大的意义和实用价值。 二、文献综述（国内外研究情况及其发展）： 轮椅是康复的重要工具，它不仅是肢体伤残者的代步工具，更重要的是使他们借助于轮椅进行身体锻炼和参与社会活动。目前，我国已经进入老龄化社会，随着老人的数量不断增加，由于行动不便对轮椅的需求数量增加，普通的轮椅很难适应我国老人上下楼的需要，因为我国大部分楼房建筑是以六层以下建筑为主，该类建筑中没有安装电梯，对于使用轮椅的人来说，上下楼及其不方便，或重心易下滑，单人难上楼，需另建专用车道。因此迫切需要开发能够简便、轻巧的上下楼轮椅。 在我国，每年约有数十万老人、残疾人等需坐轮椅车行走。过去旧式轮椅车存在不能自行上、下楼等问题，使病人的活动空间大为缩小。并使监护人看护病人也很困难。为了给千百万残疾人一个自由、舒适的空间，再加上该产品有着很大实用性，存在着非常广阔的市场。于是人们不断进行着艰苦的研究，一代又一代可上楼的轮椅应运而生。可自上下楼的轮椅能更好的满足残疾病人的生活需求，使其可以自己穿梭于没有助残设施的高楼大厦内。 在我国残疾人的数量是可观的，越来越多的人关注起他们的日常生活和精神生活。他们渴望能像正常人一样的生活，渴望能够独立完成一些事情，而不用求助于正常人。这样残疾人才会更有信心的面对生活，不被歧视，不成为别人的负担。为了满足残疾人的需求，也是为了更好的建设和谐社会，上楼轮椅成为一个不可或缺的工具。 爬楼梯装置的研究已经有了较长的历史，早在19世纪90年代就已经有了此类专利的出现。特别是美、英、日德等发达国家早就开始向此领域冲击，经过不断努力开发，也出现了一些成果。由于起步较早，它们在这方面的技术也相对成熟，已经推出多种此类产品。但现存产品都还存在各种瑕疵，还没有一种能做到尽善尽美。我国对此类装置的研究起步较晚，在近几年也有一些成果产生，但距离形成成熟产品还有很长的路要走。 目前已经存在的爬楼梯装置也是各种各样，可以按照爬楼方式分为履带式、星轮式、腿足式以及复合式爬楼梯装置。各种装置都有自己的优点，但也都存在一定不足。 （1）履带式 履带式爬楼梯装置的原理类似于履带装甲运兵车或坦克，其原理简单，技术也比较成熟。如英国Baronmead公司开发的一种电动轮椅车，底部是履带式的传动结构，可爬楼梯的最大坡度为35度，上下楼梯速度为每分钟15~20个台阶，如图1所示。法国Topchair公司生产的电动爬楼梯轮椅，它的底部有四个车轮供正常情况下平地运行使用，当遇到楼梯等特殊地形时，用户通过适当操作将两侧的橡胶履带缓缓放下至地面，然后把这四个车轮收起，依靠履带无
搬运机器人设计开题报告
搬运机器人设计开题报告 毕业设计(论文)开题报告 题目4-DOF搬运机器人的结构设计 专业名称飞行器动力工程 班级学号 08033101 学生姓名 指导教师 填表日期 2012 年 3 月 12 日 说明 开题报告应结合自己课题而作，一般包括:课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势(含文献综述)、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。以下填写内容可根据具体情况适当。各专业修改但每个专业填写内容应保持一致。 一、选题的依据及意义: 传统的工业机器人常用于搬运、喷漆、焊接和装配工作。工业现场的很多重体力劳动必将由机器代替,这一方面可以减轻工人的劳动强度,另一方面可以大大提高劳动生产率。搬运机器人是可以进行自动化搬运作业的工业机器人。最早的搬运机器人出现在1960年的美国，Versatran和Unimate两种机器人首次用于搬运作业。搬运作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。搬运机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的搬运机器人逾10万台，
被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛搬运、集装箱等的自动搬运。部分发达国家已制定出人工搬运的最大限度，超过限度的必须由搬运机器人来完成。搬运机器人是近代自动控制领域出现的一项高新技术，涉及到了力学，机械学，电器液压气压技术，自动控制技术，传感器技术，单片机技术和计算机技术等学科领域，已成为现代机械制造生产体系中的一项重要组成部分。它的优点是可以通过编程完成各种预期的任务，在自身结构和性能上有了人和机器的各自优势，尤其体现出了人工智能和适应性。 应用搬运机器人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用搬运机械人可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都有搬运机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。 可见，有效的应用搬运机械手，是发展机械工业的必然趋势机械手是提高劳动生产率,改善劳动条件,减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段,国内外都很重视它的应用和发展。搬运机器人是典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。 二、国内外研究概况及发展趋势: (1)国内现状及发展趋势 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。机器人的分类方法有多种, 按其应用可分为:工业机器人、军用机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、空间机器人和娱乐机器人。搬运机械人的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性，如图1、图2的搬运机器