基于模块化设计方法的服务机器人结构设计
第２７卷第２期２０１０年２月
机电工程
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ－２７Ｎｏ．２
Ｆｅｂ．２０ｌＯ
匮，机器天技术◆溺
基于模块化设计方法的服务机器人结构设计
舒畅１，熊蓉２，傅周东１
（１．浙江大学流体传动与控制国家重点实验室，浙江杭州３１００２７；２．浙江大学控制科学与工程系，浙江杭州３１００２７）
摘要：为了降低服务机器人的开发周期与成本，基于模块化设计方法，对服务机器人的机械结构进行了模块化划分，并对传动结构布局、传动实现、身体稳固性、模块化结构设计等内容进行了详细阐述。样机组装及实验结果表明，基于模块化设计方法的服务机器人产品开发周期短，其性能达到了设计要求。
关键词：模块化；服务机器人；结构设计
中图分类号：ＴＰ２４２．３文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４５５１（２０１０）０２—０００１—０４
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｓｅｒｖｉｃｅｒｏｂｏｔｂａｓｅｄｏｎｍｏｄｕｌａｒｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄ
ＳＨＵＣｈａｎ９１，ＸＩＯＮＧＲｏｎ９２，ＦＵＺｈｏｕ—ｄｏｎ９１
（１．ＴｈｅＫｅｙＳｔａｔｅＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｌｕｉｄＰｏｗｅｒａｎｄＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ，ｚａｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ；
２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｎｔｒｏｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｉｍｅａｎｄｃｏｓｔｏｎｓｅｒｖｉｃｅｒｏｂｏｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．ｍｏｄｕｌａｒｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗ船ｇｉｖｅｎｏｕｔｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｍｏｄｕｌａｒｄｅｓｉｇｎ．Ｄｅｔａｉｌｅｄｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌａｙｏｕｔ，ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｂｏｄｙｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｍｏｄｕｌａｒｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｒｏｂｏｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅａｓｓｅｍｂｌｙａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎａｓａｍｐｌｅｒｏｂｏｔｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｃｙｃｌｅｏｆｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｒｏｂｏｔｂａｓｅｄｏｎｍｏｄｕｌａｒｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｉｓｓｈｏｒｔｅｎｅｄ，ａｎｄｉｔｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓａｔｉｓｆｉｅｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅ－ｍｅｎｔｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｄｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ；ｓｅｒｖｉｃｅｒｏｂｏｔ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎ
０引言
随着科学技术的发展和社会的进步，机器人的应用领域越来越广泛，从传统的工业领域向军事、医疗、服务等各个领域渗透…。传统的机器人设计主要面向特定的应用场合，机械结构往往根据应用展开定制性的设计和研制，不同应用的机器人机械结构事实上存在很多的重复设计。微软公司董事会主席比尔?盖茨曾预言旧１：个人服务机器人将重复个人计算机产业崛起的道路，成为我们日常生活的一部分。在这种趋势下，面向特定应用的机器人设计模式越来越不能满足快速增长的服务机器人市场。为了实现机器人产业化，必须将模块化设计思想引入到机器人设计中。在过去的２０年中，模块化机器人的研究经历了从最初的概念性研究到实体机器人制作的整个过程，并已经在工业领域得到了实际应用旧…。
本研究面向各类服务机器人的应用需求，提出一种模块化结构设计方案，进行模块化结构分析，详细介绍各模块的功能定义和结构设计。实验结果证明：其具有良好的移动特性，各模块的性能达到设计要求。
１模块化结构分析
机器人模块化体系结构是指对机器人各功能构件进行模块化、标准化分解，实现软、硬件分离与功能独立化，充分体现面向不同应用领域的可重构的通用机器人的总体系统概念设计”?。国内外观点认为，为推进服务机器人的实际应用和产业化，必须研究模块化的机器人体系结构，将不同功能构件作为组成机器人系统的元素，最终通过集成这些模块来构建满足用户需求的机器人系统。
模块化机器人系统设计的主要内容是模块的划分和模块的设计。模块的划分既要考虑模块化机器人的应用范围、工件特点和性能，同时也要符合以下几条基本原则：
收稿日期：２００９一ｌＩ一０４
基金项目：国家高技术研究发展计划（“８６３”计划）资助项目（２００７ＡＡ０４１６０３）
作者简介：舒畅（１９８５一）．男，四川攀枝花人，主要从事机器人学及机械设计方面的研究．Ｅ—ｍａｉｌ：８ｊ伽一ｓｈｕ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ通信联系人：傅周东，男，副教授．Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｄｆｕｌ００＠１２６．ｃｏｒｎ
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