模块化机器人设计与控制
机器人机械结构设计
2021.02科学技术创新机器人机械结构设计宛俊（复旦大学，上海200000）摘要：一款机器人在底盘结构设计方面，运用模块化的思想，设计可变弹簧可用做减震功能，提升驱动轮的稳定性和越障功能。
在底盘上增加了激光和超声波等多种传感器，以达到导航和避障的功能。
本文主要机器人机械结构部分，包括底盘的设计及加工，硬件的采购，机器人充电机械结构，并将各个零件进行组装。
关键词：机器人；结构设计；功能中图分类号:TP242文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2021)02-0157-031机器人系统功能概述运动参数：最大速度1.5m/s;转弯半径为0cm;最大的越障为20mm ；爬坡角度为8°，整机的高度控制在1.2m 以内。
总质量为60kg 。
外壳采用ABS 工程塑料。
内部采用欧标20*20型材做骨架支撑。
机器人利用自身搭载的传感器进行避障。
底盘设计要从产品定位点出发来确定定位整体布局，主动轮，从动轮，悬架等设计。
包括驱动电机选型。
2底盘机械结构总统方案目前移动机器人移动有：轮式、履带式和腿式。
履带式通过性，越障性好。
但是尺寸大，结构复杂，成本过高。
腿式，能用在复杂困难的地形，结构自由度太高，机构复杂。
轮式结构简单，自重轻。
行走速度能够简单控制。
维护方便等优点，所有市面室内机器人很多采用这种方式。
2.1底盘轮子方案轮式结构分为3轮、4轮、6轮等，分别介绍。
图1车轮配置方式（1）轮子移动机构。
三轮轮式，从动轮在前，驱动轮在后，存在着转弯半径过大，重心要求在三角形中心得阴影内，否则造成重心不稳，如图1（a ）所示。
这种方案对上层结构的高度也需要很低，不然容易造成倾覆。
（2）轮子移动机构。
四轮轮式，两个主动轮，两个从动轮。
如图1（b ）所示。
这种方案能够解决重心不稳的情况，但是转弯半径过大，在狭窄场所很难通过。
（3）轮子移动机构。
六轮轮式，前后两个从动轮，中间是驱动轮，此种轮式方案能够达到零转弯半径，且载重面很大，重心也很稳定。
基于PWM信号遥控机器人的设计与制作_张晴
数字技术与应用?应用研究?基于ＰＷＭ信号遥控机器人的设计与制作张晴袁晓梅罗凯（徐州空军学院航空弹药系江苏徐州 221000）摘要：本文介绍一款遥控机器人，以ATmega16单片机为核心控制器，用航模遥控器驱动MG945舵机工作，控制机器人的运动。
该机器人具有可无线遥控、垂直升降、自主语音讲解等功能。
本系统采用模块化设计思想，软件用C语言编写。
关键词：ATmega16单片机航模遥控器 MG945舵机中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1007-9416（2010）10-0080-011 设计任务和要求以ATmega16单片机为核心，制作一款遥控机器人，机器人具有可无线遥控、垂直升降、自主语音讲解等功能。
无线遥控时，由航模遥控器控制舵机转动从而驱动小轮胎，推进机器人运动；垂直升降时，遥控器控制电机工作，带动旋翼旋转以完成垂直方向的工作任务；自主语音讲解时机器人通过无线遥控接通语音模块电源并按预先设计好的语音文件做讲解。
个放电晶体管和一个由3只电阻组成的分压器，3只电阻R1、R2、R3均为5KΩ。
遥控发射电路。
555集成块与R1、R2、RP1、VD1、VD2及C1组成一个无稳态、大范围、可变占空比振荡器。
通过RP1阻值的调节，占空比的变化范围可达到1%—99%，输出50Hz方波信号。
VT1及外围元件构成晶体稳频电容三点式振荡器，石英晶体的谐振频率选用27.145Hz，VT1震荡产生的高频载波经555电路方波信号调制，由天线发射出去。
本电路采用石英晶体稳频，故工作可靠。
接收驱动电路。
由VT2及其外围元件构成超再生检波器，检出原方波调制信号。
由C12、R7加至IC2的引脚进行放大，放大后的信号经VD3、VD4倍压整流，由VT3输出平滑的直流电压。
该电压的大小与发送的不同占空比信号波形有关，占空比大，电压高，经R11为VT4提供的偏执电流大，电机的转速高；占空比小，电压低，经R11为VT4提供的偏执电流小，电机转速慢。
工业机器人设计理念
工业机器人设计理念一、背景介绍随着工业自动化技术的不断发展，工业机器人在现代制造业中发挥着越来越重要的作用。
为了满足不断变化的制造需求，工业机器人设计理念也在不断更新和优化。
本文将介绍工业机器人设计中的高效性、安全性、灵活性、可维护性、人机交互、可靠性、经济性和可扩展性等方面的理念。
二、设计理念1.高效性：工业机器人的首要任务是提高生产效率，因此在设计时应注重优化机器人的运动轨迹、速度和加速度，以实现高效的生产。
此外，还应考虑机器人的负载能力和工作范围，以便在生产过程中充分发挥机器人的性能。
2.安全性：工业机器人的安全性是设计过程中必须考虑的重要因素。
应采取一系列措施，如设置安全围栏、使用安全协议和控制程序等，确保机器人在工作过程中不会对人员和设备造成伤害。
3.灵活性：现代制造业对工业机器人的灵活性要求越来越高。
设计时应考虑机器人的可编程能力和多任务处理能力，使其能够适应不同的生产环境和生产需求。
此外，还应考虑机器人的移动性和手臂的自由度，以便在生产过程中轻松应对各种复杂的工作。
4.可维护性：为了降低工业机器人的维护成本和停机时间，设计时应注重机器人的可维护性。
应采用模块化设计，便于机器人的维护和更换部件。
此外，还应提供智能诊断和故障预警功能，以便及时发现并解决问题。
5.人机交互：随着工业机器人技术的不断发展，人机交互变得越来越重要。
设计时应考虑机器人的交互能力和人机协作能力，以便实现人与机器人之间的信息交流和协同工作。
6.可靠性：工业机器人的可靠性是保证生产稳定性的关键因素。
设计时应采用高可靠性的硬件和软件，并经过严格的质量控制和测试，确保机器人在长时间工作过程中具有高可靠性和稳定性。
7.经济性：在满足高效性、安全性和灵活性的前提下，应考虑工业机器人的经济性。
设计时应采用性价比高的材料和部件，并经过精细的设计和优化，以降低制造成本和维护成本。
同时，应考虑机器人的可扩展性和升级能力，以便在未来适应新的生产需求和技术发展。
204_何斌_HyperMesh在五自由度模块化服务机器人手臂设计与分析中的应用
HyperMesh在五自由度模块化服务机器人手臂设计与分析中的应用何斌韩立志刘文珍上海大学机电工程与自动化学院上海市机械自动化及机器人重点实验室摘要：本文介绍一种用于服务行业的五自由度模块化机器人手臂的设计与分析方法。
根据机器人手臂的使用要求，运用模块化的设计方法将机器人划分为关节模块和连接模块两类模块, 通过这两种模块的组合形成其基本结构，对各模块进行了详细的结构设计，建立了机器人手臂的三维模型。
运用HyperWorks分析软件对手臂关键受力零件进行有限元分析，根据分析结果修改相应参数，使其满足工作要求。
机器人手臂的样机证明该模块化设计与分析的方法是有效的。
关键词：模块化设计，服务机器人手臂，HyperWorks，分析1 概述随着机器人技术的发展，机器人在各个行业中的应用也越来越广泛，开始由传统的工业领域向医疗、餐饮、娱乐等服务行业渗透，于是就诞生了服务机器人。
国际上对服务机器人有一个大致的定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人, 它能完成有益于人类的服务工作, 但不包括从事生产的设备[1]。
在服务型机器人领域，模块化设计扮演了一个非常重要的角色。
服务机器人不同于工业机器人的最显著特点，即需要满足不同用户的个性化需求，所以服务机器人应具备形态和功能的多样性。
传统的机器人开发模式无法满足未来服务机器人产业发展的要求。
作为服务机器人实现具体功能的一个重要组成部分——机械臂，针对其进行模块化的设计得到了广泛的关注。
“模块化设计”是针对常规机器人设计方法的不足提出的，引起了日本、美国等大学和研究机构的极大兴趣。
机器人采用模块化设计的优点有：重构性好、冗余性好、装配方便、良好的灵活性及便于维护，国内外在这方面做了大量的研究并取得了一定的成果。
在对服务机械臂进行设计的过程中，需要对其中的受力部件进行力学分析，以校核设计的安全性，保证机械臂的正常使用，随着计算机技术的高速发展，CAE已经成为进行分析的一个有效手段。
移动机器人结构设计
移动机器人结构设计一、引言随着科技的快速发展，机器人技术不断取得新突破，其中，移动机器人的发展尤为引人注目。
移动机器人的应用场景广泛，包括但不限于服务型机器人、工业自动化、无人驾驶、智慧城市等领域。
结构设计是移动机器人设计的重要组成部分，其决定了机器人的运动性能、稳定性和耐用性。
本文将对移动机器人的结构设计进行深入探讨。
二、移动机器人的基本结构移动机器人通常由以下几部分组成：1、运动系统：包括轮子、履带、足等运动部件，用于实现机器人的移动。
2、控制系统：包括电机、驱动器、控制器等，用于驱动运动部件，控制机器人的运动轨迹和速度。
3、感知系统：包括摄像头、激光雷达、GPS等感知设备，用于获取周围环境信息，为机器人提供导航和定位数据。
4、计算系统：包括计算机主板、处理器、内存等，用于处理感知数据，做出决策，控制机器人的运动。
5、电源系统：包括电池、充电器等，为机器人的运行提供电力。
三、移动机器人的结构设计要点1、轻量化设计：为了提高机器人的移动性能和续航能力，需要尽量减轻机器人的重量。
因此，应选择轻质材料，优化结构设计，减少不必要的重量。
2、稳定性设计：机器人在移动过程中需要保持稳定，避免因摇晃或震动导致结构损坏或数据丢失。
因此，需要设计合适的支撑结构和防震措施。
3、耐用性设计：考虑到机器人的使用寿命和维修需求，结构设计应便于维护和更换部件。
同时，应考虑材料和部件的耐久性，确保机器人在恶劣环境下的正常运行。
4、适应性设计：由于应用场景的多样性，机器人的结构应具有较强的适应性。
例如，在复杂地形或狭小空间中，机器人需要具备爬坡、过坎、越障等能力；在无人驾驶领域，机器人需要具备快速反应和灵活避障的能力。
因此，结构设计应具有足够的灵活性和可扩展性，以满足不同场景的需求。
5、安全性设计：考虑到机器人与人或其他物体的交互，结构设计应确保安全性。
例如，应避免尖锐的边缘和突出的部件，以减少碰撞风险；在感知系统中加入安全预警机制，避免潜在的危险情况。
SCARA机器人的单自由度结构设计
摘要工业机器人是最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着越来越重要的作用。
本文设计了一个工业用SCARA机器人。
SCARA机器人很类似人的手臂的运动，它包含肩关节肘关节和腕关节来实现水平和垂直运动。
它是一种工业机器人，具有三个自由度。
其中，两个旋转自由度，另外一个是移动自由度。
它能实现平面运动，具有柔顺性，全臂在垂直方向的刚度大，在水平方向的柔性大，广泛用于装配作业中。
本文用模块化设计方法设计了SCARA机器人的机械结构。
采用SolidWorks 和AutoCAD完成了机器人本体的三维模型和二维图设计。
关键字：SCARA；机器人；自由度AbstractThe industrial robot is a most typical mechatronic digital equipment，high value-added technology，a wide range of applications，support for advanced manufacturing technology and information society，new industries，and social development of future production will play a more and more important role.In this paper，the design of SCARA robot with an industry. The SCARA robot is very similar to human arm movement，which includes the shoulder elbow and wrist joints to achieve horizontal and vertical movement. It is a kind of industrial robots，has three degrees of freedom. Among them，two rotational degrees of freedom，the other is a translational degrees of freedom. It can achieve planar motion，with the flexibility，the whole arm in the vertical stiffness，in a horizontal direction of large flexibility，widely used in assembly operations.In this paper，using modular design method to design the mechanical structure of robot SCARA. Using SolidWorks and AutoCAD to complete the 3D model and 2D drawing design of the robot body.Keywords：SCARA；robot；degree of freedom目录摘要 (I)Abstract (II)目录.............................................................................................................................. I II 第一章绪论.. (1)1.1引言 (1)1.2 国内外机器人领域研究现状及发展趋势 (1)1.3 SCARA机器人简介 (2)1.4项目的主要研究内容 (4)1.4.1项目研究的主要内容、技术方案及其意义 (4)1.4.2拟解决的关键问题 (4)第二章SCARA机器人的机械结构设计 (6)2.1 SCARA机器人的总体设计 (6)2.2 SCARA机器人的总体设计 (7)2.2.1机器人本体的设计原则 (7)2.2.2机器人本体的模块化设计 (7)2.2.3三维CAD技术与机器人本体建模 (8)2.3 SCARA机器人驱动方案 (9)2.3.1机器人的驱动方式 (9)2.3.2控制电机的类型、特点 (9)2.4 升降关节设计 (10)2.5 同步带选型设计与计算................................................ 错误！未定义书签。
机器人控制系统的基本组成
机器人控制系统的基本组成1. 引言机器人控制系统是指对机器人进行控制和指导的一种系统，它可以由多个组件组成。
本文将介绍机器人控制系统的基本组成。
2. 机器人的感知模块机器人的感知模块主要用于感知和获取环境信息，它可以包括各种传感器，如视觉传感器、声音传感器、力量传感器等。
视觉传感器可以用于识别物体和环境，声音传感器可以用于获取声音信号，力量传感器可以用于检测物体的力量。
感知模块的任务是将这些获取到的信息转化为机器人能够处理的数据。
3. 机器人的决策与规划模块机器人的决策与规划模块是机器人控制系统中的核心模块，它负责对感知到的信息进行分析和处理，然后制定机器人的行动策略。
这个模块通常包括路径规划、运动规划、行为选择等子模块，通过算法和规则来实现机器人的智能决策。
4. 机器人的执行模块机器人的执行模块负责执行机器人的行动策略，它控制机器人的各个执行器，如电机、液压缸等，实现机器人的各种动作。
执行模块接收来自决策与规划模块的命令，将其转化为具体的控制信号，驱动机器人实施动作。
5. 机器人的人机交互模块机器人的人机交互模块使机器人能够与人进行交互和通信。
它可以包括语音识别、语音合成、手势识别、触摸屏等技术，通过这些技术，机器人能够与人进行自然的对话，并理解人的指令。
6. 机器人控制系统的集成与通信机器人控制系统的各个模块需要进行集成和通信，以保证系统正常运行。
这些模块之间通过信号和数据进行通信，实现信息传递和共享。
通常采用标准化的通信协议和接口，如Ethernet、CAN等，来实现模块之间的通信。
7. 结论机器人控制系统的基本组成包括感知模块、决策与规划模块、执行模块和人机交互模块。
这些模块之间的协调和配合，使机器人能够感知环境、做出智能决策、执行具体动作，并与人进行交互和通信。
这些组成部分共同构成了一个完整的机器人控制系统。
以上是机器人控制系统的基本组成，它们合作协调，使机器人能够完成各种任务，实现人类的助力和替代。
模块化多关节绳驱动并联机器人设计
模块化多关节绳驱动并联机器人设计
李子含;李跃松;郑帅;李泓葳
【期刊名称】《人工智能与机器人研究》
【年(卷),期】2024(13)2
【摘要】绳驱动并联机器人具有惯性低、容易调整、质量轻、出现损耗容易更换等优点,应用前景广泛。
但是绳子的柔性特点造成其运动时所需的控制电机数量要大于其运动自由度的数量且执行机构刚度不够,这样造成控制困难,控制精度低、环境适应性差等问题。
为了解决这些问题,需要降低电机数量和提升机器人的刚度,本文基于标准万向节铰链,通过刚柔结合原理,实现了并联机器人的少电机、模块化、多关节绳驱动,并通过求解其运动学和轨迹规划,使其末端能够实现圆形轨迹。
【总页数】6页(P419-424)
【作者】李子含;李跃松;郑帅;李泓葳
【作者单位】河南科技大学机电工程学院洛阳
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
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模块化机器人设计与控制
近年来，随着科技的不断迭代和创新，人工智能、机器人、区块链等高新技术
正在不断刷新着人类的认知和观念。
其中，机器人技术是人工智能技术的重要形式之一，它不仅给人类带来了诸多便利，还在生产和社会服务等领域扮演着越来越重要的角色。
而模块化机器人的设计与控制，则成为机器人技术中的一项重要研究课题。
模块化机器人的概念是指，将机器人拆分成可以相互衔接的模块，这些模块可
以自主拼装成各种不同形态的机器人，以满足不同工作任务和环境需求。
由于模块化机器人可以随着工作任务和环境需求的不同而随时自主调整结构，从而大大提高了机器人的适应性和灵活性，也让机器人更贴近人类社会的需求。
在模块化机器人的设计中，模块的大小、功能以及互动方式等都需要考虑周全。
首先是模块的大小。
一个标准化的模块尺寸可以让设计师在拼装中更加灵活和方便，同时也提高了模块的交换性。
其次是功能。
不同功能的机器人模块需要设计不同的控制回路和数据接口，以确保模块之间的相互衔接，使整个模块化机器人的功能得以实现。
最后是模块之间的互动方式。
在设计时需要考虑如何通过简单的机械方式或电气方式实现模块之间的互动，以保证模块之间的连接稳定性和通讯的可靠性。
模块化机器人的控制，主要涉及到机器人模块的连接和通讯机制，以及整个机
器人的动作规划和控制。
模块之间的连接和通讯机制对于模块化机器人的整体控制和运作非常重要。
在模块衔接时，需要确保模块之间的连接稳定可靠，并且要通过协议规范实现模块之间的数据交互和通讯。
此外，模块化机器人的动作规划和控制，需要通过集成化的控制平台实现，以方便用户对整个机器人进行控制和调试。
而这个控制平台需要具备先进的运动规划和智能控制算法，以确保机器人能够像人一样自主完成复杂的动作。
由此可见，模块化机器人的设计与控制，是一项非常复杂和全面的技术课题。
不仅需要设计师具备丰富的机械、电子、计算机等多学科知识，还需要掌握先进的
运动规划和智能控制算法。
只有把这些技术研究好了，才能让模块化机器人真正服务于人类社会，并带来更多便利和发展机遇。
总之，模块化机器人的设计与控制，是机器人技术日益发展和创新的重要方向之一。
只有深入研究和掌握了这项技术，并将其应用到实践中，才能让机器人离人类生活更近，为人类社会的发展做出更大贡献。