一种新型的爬楼梯机器人

机械 2009年第5期 总第36卷 机器人技术 ·75·

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收稿日期：2009－03－23

作者简介：黄先琪（1959－），四川南部人，教授级高级工程师，工学学士，主要研究方向为机电系统设计。

一种新型的爬楼梯机器人

黄先琪

（四川交通职业技术学院 机电工程研究所，四川 成都 611130）

摘要：研制了一种利用平行四边形变形特点，实现上下楼梯功能的机器人，用于楼道、墙面自动吸尘器。该机器人结构紧凑、体积小、重量轻、操作方便，爬楼梯速度快、平稳可靠，采用单片机控制系统，用以协调整个系统的行走、转向等动作，实现全工作过程的自动化。实验结果验证平行四边形机构机器人具有较强的越障能力和路面适应能力。 关键词：爬越；楼梯；机器人；设计

中图分类号：TP242.3 文献标识码：A 文章编号：1006－0316 (2009) 05－0075－02

A new type of stair climbing robot research

HUANG Xian-qi

(Sichuan Traffic Vocational and Technical College ，Chengdu 611130，China)

Abstract ：A new type of stair climbing robot using parallelogram deformation characteristics is designed for auto vacuum cleaner for corridors and walls. The robot is compact, small size, light weight, easy to operate, stair climbing fast, reliable and stable. A single-chip computer control system is used for coordinating the entire operating system, which can coordinate the actions of processing and turning. The experimental results verify the parallelogram robot has a good ability to over obstacles and adapt roads.

Key words ：climbing ；stairs ；robot ；design

1 爬楼梯机器人现状

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。早在20世纪60年代，就已经开始了关于移动机器人的研究，按照移动方式可以采用轮式、履带式和腿式三种机构模型。

1.1 轮式机器人

直接利用车轮或类轮转动达到行进或爬坡目的的机器人称为轮式机器人（图1）。在满足一定地形适应性前提下，可充分发挥移动机器人移动灵活、控制简单等优点。但对地形的适应性大小与轮子的数量成正比，随着轮子数量的增加又带来了体积庞大、重量重等缺点。

1.2 履带式机器人

直接利用履带转动达到行进或爬坡目的的机器

人称为履带式机器人（图2）。地面适应性强、稳定性高、机构简单，但能量损耗高。

1.3 腿式机器人

模仿人类或其它动物腿部运动的机器人称为腿式机器人（图3）。地面适应性强，稳定性高，但机构及控制复杂、运行速度低。

图1 轮式机器人 图2 履带式机器人 图3 腿式机器人

2 爬越楼梯机器人机构设计

2.1 楼道、墙面自动吸尘器设计方案

楼道、墙面自动吸尘器由原动系统、传动系统、

·76· 机器人技术 机械 2009年第5期 总第36卷

工作系统和控制系统等组成，通过德国慧鱼创意组合模型完成组装（图4）。该机器人本体与平行四边形机构用铰链相连，六个车轮的直径均为85 mm ；前轮上安装有二个电动机，一个驱动转向，另一个驱动小车的前进和后退；中间轮和后轮上各安装有一个电动机，驱动小车前进和后退；四个电动机具有相同的功率。

利用平行四边形变形特点，改变与主体相连平行四边形机构的角度，可使前车轮、中间车轮分别抬起和落下，来实现自适应在楼梯面的爬行。

2.2 楼道、墙面自动吸尘器本体结构分析

本体主要起支撑整车支架的作用。前端、中间采用二轴四轮驱动轮，分别安装在两侧向平行四边形机构上，与其链接在一起。同时，本体上安放了小车控制机构，尾部安装一轴二轮驱动轮。后车轮也用来起支撑作用，后车轮采用电动轮，其动力有助于提高吸尘器爬越楼梯的能力。在本体上连接两

个四边形机构来达到在楼梯上行进的目的。

2.3 爬楼梯运动分析

经试验，在驱动力允许条件下，该机器可爬楼梯台阶的高度为40 mm 。爬楼梯过程如图6所示：首先整车向前运动，直到前轮接触台阶（图6（a ）），然后前轮越过台阶（图6（b ）），这时前车轮机构向上抬起，然后在中间轮和后轮电动机驱动力的作用下，前两个轮子越过台阶（图6（c ）），而中间轮和后轮与台阶始终保持接触，当中间两个轮子越过台阶时（图6（d ）），安装在主体机构上的后车轮在电动机作用下同时爬楼梯台阶（图6（e ））。

图4 楼道、墙面自动吸尘器 图5 本体结构

（a ） （b ） （c ）

（d ） （e ）

图6 爬楼梯示意图

3 小结

楼道、墙面自动吸尘器本体采用平行四边形机构实现上下楼梯功能，爬行速度快、平稳可靠。转向机构采用传统差速机构，增加红外线位置扫描系统实现智能化。吸尘器机构采用伸缩机构，同时实现对地面、楼梯、扶手及墙面的自动吸尘。控制系统采用单片机控制器，用以协调整个系统行走、转向、伸缩及吸尘等动作，实现全工作过程的自动化。

该机器人参加2008年9月第三届全国大学生机

械创新设计大赛慧鱼组竞赛并荣获一等奖。

参考文献：

[1]李波，等. 可爬越楼梯的新型地面移动侦察车辆研究[J]. 兰州工业高等专科学校学报，2004，（12）.

[2]乔凤斌，等. 机器人六轮移动机器人爬楼梯能力分析[J]. 机器人，2004，（7）.

[3]徐国华，等. 移动机器人的发展现状及其趋势[J]. 机器人技术与应用，2001，（6）.

[4]李翠兰，等. 一种新型的可被动适应崎岖表面的六轮月球漫游车[J].传动技术，2005，（3）.

F 1 K 1 H O 1 O 2 O 3 ω ω ω O F 2 N

G 总 修正量O O O ωωωO N G O '?K 3G 总 l O O O ωω ω O N F α θ

H L H G O ' ?O O O ωω ωO N F 1F 2ΣF 'O O O ωωωF

3

ΣF

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

六自由度工业机器人设计

六自由度工业机器人 对于工业机器人的设计与大多数机械设计过程相同;首先要知道为什么要设计机器人机器人能实现哪些功能活动空间（有效工作范围）有多大了解基本的要求后，接下来的工作就好作了。 首先是根据基本要求确定机器人的种类，是行走的提升（举升）机械臂、还是三轴的坐标机器人、还是六轴的机器人等。选定了机器人的种类也就确定了控制方式，也就有了在有限的空间内进行设计的指导方向。 接下来的要做的就是设计任务的确定。这是一个相对复杂的过程，在实现这一复杂过程的第一步是将设计要求明确的规定下来;第二步是按照设计要求制作机械传动简图，分析简图，制定动作流程表（图），初步确定传动功率、控制流程和方式;第三步是明确设计内容，设计步骤、攻克点、设计计算书、草图绘制，材料、加工工艺、控制程序、电路图绘制;第四步是综合审核各方面的内容，确认生产。 下面我将以六轴工业机器人作为设计对象来阐明这一设计过程： 在介绍机器人设计之前我先说一下机器人的应用领域。机器人的应用领域可以说是非常广泛的，在自动化生产线上的就有很多例子，如垛码机器人、包装机器人、转线机器人;在焊接方面也有很例子，如汽车生产线上的焊接机器人等等;现在机器人的发展是非常的迅速，机器人的应用也在民用企业的各个行业得以延伸。机器人的设计人才需求也越来越大。 六轴机器人的应用范筹不同，设计形式也各不相同。现在世界上生产机器人的公司也很多，结构各有特色。在中国应用最多的如：ABB、Panasonic、FANUK、莫托曼等国外进口的机器人。 既然机器人的应用那么广泛，在我国却没有知名的生产公司。对于作为中国机械工程技术人员来说是一个值得思考的问题！有关机器人技术方面探讨太少了从业人员还不能成群体虽然在很多地方可以看到机器的论术，可是却没有真正形成普及的东西。 即然是要说设计，那我就从头一点一点的说起。力求讲的通俗简明一些，讲得不对的地方还请各位指正！ 六轴机器人是多关节、多自由度的机器人，动作多，变化灵活;是一种柔性技术较高的工业机器人，应用面也最广泛。那么怎样去从头开始的设计它呢工作范围又怎样去确定动作怎样去编排呢位姿怎样去控制呢各部位的关节又是有怎么样的要求呢等等。。。。。。让我们带着众多的疑问慢慢的往下走吧！ 首先我们设定：机器人是六轴多自由度的机器人，手爪夹持二氧气体保护焊标准焊枪;完成点焊、连续焊等不同要求的焊接部件，工艺要求、工艺路线变化快的自动生线上。最大伸长量：1700mm;转动270度;底座与地平线水平固定;全电机驱动。 好了，有了这样的基本要求我们就可以做初步的方案的思考了。 首先是全电机驱动的，那么我们在考虑方案的时候就不要去考虑液压和气压的各种结构了，也就是传动机构只能用齿轮齿条、连杆机构等机械机构了。 机器人是用于焊接方面的，那么我们就去考察有人工行为下的各种焊接手法和方法。这里就有一个很复杂的东西在里面，那就是焊接工艺;即然焊艺定不下来，我们就给它区分一下，在常用焊接里有单点点焊、连续断点点焊、连续平缝焊接、填角焊接、立缝焊接、仰焊、环缝焊等等。。。。。。 搞清了各种焊方法，也就明白了要实现这些复杂的动作就要有一套可行的控制方式才行;在机械没有完全设计出来之前可以不做太多的控制方案思考，有一个大概的轮廓概念就行了，待机械结构做完，各方面的驱动功率确定下来之后再做详细的程序。 焊枪是用常用的标准的焊枪，也就是说焊枪是随时可以更换下来的，也就要求我们要做到对焊枪的夹持部分进行快速锁定与松开。

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

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

工业机器人设计方案

工业机器人设计方案 工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。工业机器人机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。工业机器人机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。 目录 1.工业机器人特点有以下几个 2. 工业机器组成结构及工作原理 3.工业机器人有哪些 1.工业机器人特点有以下几个

(1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可执行不同的作业任务。(4)工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。

工业机器人毕业设计

工业机器人 摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上重要的成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动程度极大的工作，工作方式一般采取示教在线的方式。 本文将设计一台圆柱坐标型的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的大臂、小臂、底座和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台：在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、以及控制元件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。

目录 摘要 1绪论 (1) 1.1 工业机器人研究的目的和意义 (1) 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势…………………….. 1.3 工业机器人的分类 1.4 本课题研究的主要内容 2 总体方案的确定 2.1 结构设计概述 2.2 基本设计参数 2.3 工作空间的分析 2.4 驱动方式 2.5 传动方式确定 3 搬运机器人的结构设计 3.1 驱动和传动系统的总体结构设计 3.2 手爪驱动气缸设计计算 3.3 进给丝杠的设计计算 3.4 驱动电机的选型计算

3.5 手臂强度校核 4 搬运机器人的控制系统 4.1 机器人控制系统分类 4.2 控制系统方案分析 4.3 机器人的控制系统方案确定 4.4 PLC及运动控制单元选型 5 结论与展望 致谢

全国3D大赛优秀作品---助老助残爬楼梯机器人说明书

团队编号：3DDSG429 团队编号 作品名称：助老助残爬楼梯机器人说明书参赛团队：旗舰队

目录 一背景及研发现状 二系统拆分及模具体现数控编程、有限元分析 数控编程有限元分析三原理分析、关键技术原理分析关键技术四应用领域及市场前景

一1、研发背景 研发背景 1 目前老龄化严重，给医护护理及子女带来了巨大压 力我需高智机务 力，我们急需一批高智能化机器人为人服务。 2 城市化加快，平房被楼房所代替，给老人及残疾人 带来了巨大挑战。 战 3 随着智能化、自动化、先进机构技术不断提高，给 智能化爬楼机器人研究带来了巨大挑战 楼

发展状 2、发展现状 目前爬楼机器人主要分为三类 1 轮式爬楼梯机器人：利用轮或轮传动达到行进和爬行目的的机器人。其主要为行星式机器人能实现重载且较平稳但自动化程度不高需借助于其主要为行星式机器人，能实现重载，且较平稳。但自动化程度不高，需借助于附加人力，在自动调节座椅水平方面存在很大缺陷。 2 履带式爬楼梯机器人：利用履带达到行进和爬行目的的机器人。其能适应不同规格的楼梯，但工作时噪音较大，能量损失较高，对楼梯破坏较重。 3 腿式爬楼梯机器人：利用类似于腿的结构达到行进和爬行目的的机器人。其能较好的适应不同规格的楼梯，创意新颖。但目前自动化程度较低，需器人其能较好的适应不同规格的楼梯创意新颖但目前自动化程度较低需借助于附加人力，且座椅不能保持水平状态。

、各爬楼方案总结 3、 轮式、履带式、腿式爬楼梯机器人虽能实现上下楼功能，但存在以下缺陷： 11 动化程度不高，需借助于附加人力。 2 座椅不能时刻保持水平状态，在上下楼过程中，使人 感到不舒服。 3 对楼梯破坏较重，噪音较大，能量损失较高。

毕业设计之爬楼机器人传动设计

机电学院 CDIO 项目教学
一级项目期末报告书
（2012-2013 学年第一学期）
项目名称： 报 告 人： 专业班级： 指导教师： 报告日期：
爬楼梯机器人及机械手分析 冯江涛 10 级机制 4 班 周殿春 柴宝明 2012.1.12
成
绩：

一、项目简介： 1．项目内容：爬楼梯机器人。2.项目研究的意义：了解爬楼梯 机器人的结构及其运动原理；提升观察能力和动手能力；可以帮助进 一步理解“机械原理”课，使其真实可见。3.项目成果预期：真正弄 懂爬楼梯机器人的构造，做个模型，会画三维实体图，了解其动力系 统。 二、工作过程简述 1.认真完成老师分配的任务；2.结合所学课程研究爬楼机器人； 3.认真查阅机械手相关资料；4.业余时间学习画图软件，看画图书。 三、CDIO 工作成果 1.进一步分析爬楼梯机器人的结构； 2.对机械手进去结构功能分 析；3.初步了解液压；4.学习 PLC。5.了解现代机械设计理论与技术。
四、能力提升 结合课程教学，学习能力提升，设计能力提升，工程能力提高。 五、学期小结 1.学习要认真对待，一分耕耘，一分收获；2.机器人相关知识博 大精深，我们现在所学的知识冰山一角，需更加努力学习；3.今后首 先将三维画图工具学好，学会画实体图，装配和仿真；4.建议：小组 内讨论，多互动，互相学习，互相帮助。

一、关于爬楼机器人的进一步分析 爬楼机器人传动设计
1.轮组单元的传动设计及基本原理 如图 1 所示，轮组采用行星轮式结构，包括传动轴，过渡齿轮，中心齿轮， 小车轮和驱动齿轮轮组的机械原理:车体重量通过轴承间接承载在四个轮组上， 轮组中的所有齿轮都绕转臂上的小轴转动，当电机动力传到传动轴时，轴带动中 心齿轮转动，中心齿轮带动过渡齿轮转动，再传给驱动齿轮，由于小车轮与驱动 齿轮固连，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， 转臂不能转动只能随车沿路面平动， 此时驱动轮系为定轴轮系， 实现机构在平直面上的快速行驶 ; 当小车遇上台阶时，由于台阶与车轮的摩擦 力，行星轮的齿轮系都被锁住，无法转动，这时整个行星轮板在中心齿轮的驱动 下，变成一个类轮机构转动，从而带动小车爬上台阶。
图 1 轮组机构示意图

爬楼梯机器人设计

爬楼梯机器人设计 摘要 机器人是一门涉及计算机科学、机械、电子、自动控制、人工智能等多个方面的科学。 步行者机器人是一台在四连杆机构的基础上而设计出来的爬楼梯机器人。它最大的特点是能够始终保持自身重心，实现爬上楼梯的目的，动作稳定，优美。虽然该作品结构较为简单，但是其中采用了模块化设计，使其可以随时更新、升级（这是现今机电一体化工程中鲜有的设计方法）；使机器不仅能适应不同的楼梯，更可以在不同情况的路面上发挥其作用。其中利用的仿生学原理使该机器人即使在路况不是很好的情况下也可以稳定的进行工作。 1、进行了较完善和全面的方案设计而后分析论证。重点分析讨论了其中具有代表性的三个方案。并从中选取一个作为设计方案。 2、对于机器人运动方式，系统设计及其驱动要求进行了认真仔细的分析，对比和计算校核。 3、针对已定方案的设计计算，进行了实际制作从而验证了机构的可行性。关键词：机器人爬行台阶 目 录 前 言 (1) 第一章机械的功能原理设计 1．1 实现功能 (2) 1．2 原理设计 (2) 第二章运动方案设计分析

2．1 方案设计 (3) 2．1．1 方案一 (3) 2．1．2 方案二 (3) 2．1．3 方案三 (3) 2．2 方案的对比和分析 (4) 第三章零件的选定与基本计算 3．1 材料选取与电机选取 (4) 3．2 驱动系统技术参数的计算 (5) 3．2．1 功率的计算 (5) 3．2．2 死点位置的计算与处理 (6) 第四章 制作与改进 4．1 制作过程遇到的问题及改进方案 (7) 4．2 调试及改进结果 (7) 4．3机械运动方案图 (9) 第五章总结 5．1总结和设计制作感受 (10) 参考文献及相关网址 (11) 前言 在一个学期的《机械原理》课程学习中，我们学到了有关机械原理的基本概念、基本理论和基本方法。老师授课深入浅出，很适合我们学习专业课的认识规律，便于我们理解和掌握，在整个课程的学习中取得了良好的效果和成绩。

工业机器人设计与实现毕业设计

工业机器人毕业设计 目录 摘要 1绪论 (1) 1.1 工业机器人研究的目的和意义 (1) 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势…………………….. 1.3 工业机器人的分类 1.4 本课题研究的主要内容 2 总体方案的确定 2.1 结构设计概述 2.2 基本设计参数 2.3 工作空间的分析 2.4 驱动方式 2.5 传动方式确定 3 搬运机器人的结构设计 3.1 驱动和传动系统的总体结构设计 3.2 手爪驱动气缸设计计算 3.3 进给丝杠的设计计算 3.4 驱动电机的选型计算 3.5 手臂强度校核

4 搬运机器人的控制系统 4.1 机器人控制系统分类 4.2 控制系统方案分析 4.3 机器人的控制系统方案确定 4.4 PLC及运动控制单元选型 5 结论与展望 致谢

1 绪论 1.1 工业机器人研究的目的和意义 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统 （FMS）、自动化工厂（ＦＡ）、计算机集成制 造系统（ＣＩＭＳ）的自动化工具。广泛采用 工业机器人、不仅提高产品的质量与数量而且 也保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强 度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低 生产成本有着十分重要的意义。与计算机、网 络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益 改变着人类的生产和生活方式。 ２０世纪８０年代以来，工业机器人技术逐渐成熟、并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广和普及工程中，下面三个方面的技术进步起着非常重要的作用。 １驱动方式的改变 ２０世纪７０年代后期，日本安川电动机公司研制出了第一台全自动的工业机器人而此前的工业机器人基本上采用液压驱动方式。但与采用液压驱动的机器人相比，采用伺服电动机驱动机器人在响应速度、精度、灵活性等方面都有很大的提高。因此它逐步代替了采用液压驱动的机器人成为工业机器人驱动方式的主流。在此过程中，谐波减速器、ＲＶ减速器等高性能减速机构的发展也功不可没。近年来，交流伺服驱动已经逐渐代替传统的直流伺服驱动方式，直线电动机等新型驱动方式在许多应用领域也有了长足发展。 ２信息处理速度的提高 机器人的动作通常是通过机器人的各个环节的驱动电动机的运动而实现的。为了是机器人完成各种复杂动作，机器人控制器需要进行大量计算并在此基础上向机器人的各个环节的驱动电动机发出必要的控制指令。随着信息技术的不断发展，CPU的计算能力有了很大的提高，机器人控制器的性能也有了很大提高，高性能机器人控制器甚至可以同时控制２０多个关节。机器人控制性能的提高，也进一步促进了工业机器人本身性能的提高并扩大了工业机器人的应用范围。近年来，随着信息技术和网络技术的发展已经出现了多台机器人通过网络共享信息并在此基础上进行协调控制的技术趋势。 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势 目前，工业机器人有很大一部分应用于制造业的物流搬运中，极大的促进物流自动化，随着生产的发展，搬运机器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。气动机械手大量应用到物流搬运机器人领域。在手爪的机械结构方面根据

工业机器人课程设计

河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日

目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一

步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势

爬楼机器人

中文译文B 轮组式爬楼机器人的设计与实现 1.引言 爬楼机器人是一种能适应多种参数楼梯及复杂障碍的移动机器人。本设计通过轮组交替变换的方式实现机器人的爬楼功能，系统应用无线远程控制模式，采用PWM调速实现机器人的行进控制，通过步进电机驱动实现爬楼和越障功能。本文完成了对爬楼机器人的硬件系统和软件控制程序设计，并通过实物验证了设计方案的可行性和实用性。 2.爬楼机器人结构 现有轮式机器人具有较好的水平移动能力，但其越障性能较差，难以满足现场工作的复杂环境要求。为了使爬楼机器人能自主探知障碍，并调整运动状态，其硬件系统应包括以下功能模块：主控模块、驱动模块、障碍检测模块、电源模块等。爬楼机器人控制系统结构图如图1所示。 本系统以STC89C52单片机为控制核心，通过红外传感器探测爬楼机器人周围有无障碍以及车体离障碍的距离等信息，经CPU处理后产生行进控制信号和爬楼控制信号，分别实现直流电机的行进PWM调速控制和步进电机的爬楼越障控制。 图1爬楼机器人系统结构图 3.爬楼机器人的硬件设计 3.1系统结构设计 轮组式爬楼机器人的整体结构由两部份组成，包括位于机器人中问部位由两个轮组驱动的主车架，及轮组机构。主车架由一根车轴及辅助支撑部分组成。机器人的控制部分固定于主车轴四周的支撑机构上，移动时和主轴一起同步旋转。

轮组结构由两个双层的“Y”型铝制支架构成，三个等长的轮辐互成120°夹角，如图2所示。主轴和用于越障的步进电机分别位于固定于轮辐的交点的内外侧。车轮的传动部分位于各轮辐的端点处，由大减速比的直流电机直接驱动轮子运动。从而通过轮组的翻转与步进电机的配合实现机器人水平运动及爬楼动作。 图2轮组结构示意图 3.2控制电路设计 该电路采用STC89C52单片机作为控制芯片，各控制部分使用模块化的设计结构。为了提高整个系统的可靠性，其输入部分采用无线输入控制与键盘输入控制两种形式相结合的方式。 3.3电机驱动电路设计 本机器人轮辐处使用直流减速电机，采用集成芯片L298来驱动左右两组直流减速电机。L298驱动电路原理图如图3所示。其中，控制器产生的两路PWM 信号分别接于L298的ENA和ENB引脚，用于调节电机的转速。同时IN1、IN2、IN3、IN4端口是L298逻辑控制端口，通过IN1到IN4电平的高低不同控制OUT1、OUT2电机的动作。 图3 直流电机驱动电路图

工业机器人设计说明书

目录 1. 设计背景 (2) 2. 设计思路 (3) 3. 设计方案 (7) 4. 循环动作 (8) 5. 设计心得体会 (9) 6. 参考文献 (10) 1. 设计背景 随着社会的进步和科技的发展, 机器人产品开始进入到生产过程和日常生活中, 各种类型的机器人在特定的工作环境下发挥着越来越重要的作用。但是目前对于移动式机器人多采用轮式移动机构, 在适应复杂地形时无法满足路况的要求, 由此设计一种灵活的、行走平稳和对路况适应性强的机器人成为解决此类问题的关键。 （1）为了对工业生产进一步了解，了解机器人工作原理 （2）由于组装复杂要求实践性更强，这样提高学生动手能力在传统实验里，主要是课程中的具体原理或理论的验证性实验，如机械原理中齿轮范成实验，主要是为了验证齿轮的加工原理；再如机械设计中的带传动实验主要是为了验证带传动中的两个重要的现象——弹性滑动和打滑。这些传统型实验对学生更好的理解课本的理论知识有很大的帮助，具有课本结合性强的特点。

（3）安装过程中应用知识面更广，培养综合素质实验的内容涉及面极广，不仅包括传统机械相关的实验内容，而且还涉及到了电动机、自动控制、软件编程（慧鱼公司自带的编辑软件）等多学科的知识，最重要是它能够把这些很好地知识结合起来，并体现到某个模型中。 （4）组建灵活性大，可以自行设计装配创新性高，增加学生研究性思维而在慧鱼实验中，学生不仅可以对教具所提供的样本模型进行验证式实验（通过这些模型实验可以使学生掌握机械、电子和自动化等的相关知识），而且可以把这些不同模型的特点结合起来，进行自主设计，设计出新的作品来，因此慧鱼实验具有较高的创新性。 2. 设计思路 该机器人的工作空间形式主要有四个自由度的运动和机械手的 夹松运动。 1.机械手的夹紧运动（如下图所示） 机械手结构简图

一种新型的爬楼梯机器人

机械2009年第5期总第36卷机器人技术75 ? 收稿日期：2009-03-23 作者简介:黄先琪（1959-，四川南部人，教授级高级工程师，工学学士,主要研究方向为机电系统设计。 一种新型的爬楼梯机器人 黄先琪 （四川交通职业技术学院机电工程研究所，四川成都611130 摘要：研制了一种利用平行四边形变形特点，实现上下楼梯功能的机器人，用于楼道、墙面自动吸尘器。该机器人结构紧凑、体积小、重量轻、操作方便，爬楼梯

速度快、平稳可靠,采用单片机控制系统,用以协调整个系统的行走、转向等动作,实 现全工作过程的自动化。实验结果验证平行四边形机构机器人具有较强的越障能力和路面适应能力。关键词：爬越;楼梯;机器人;设计 中图分类号：TP242.3文献标识码:A文章编号：1006-0316 (2009 05-0075-02 A new type of stair climbing robot research HUANG Xian-qi (Sichuan Traffic Vocational and Technical College, Chengdu 611130, China Abstract ：A new type of stair climbing robot using parallelogram deformation characteristics is designed for auto vacuum cleaner for corridors and walls. The robot is compact, small size, light weight, easy to operate, stair climbing fast, reliable and stable. A single-chip computer control system is used for coordinating the entire operating system, which can coordinate the actions of processing and turning. The experimental results verify the parallelogram robot has a good ability to over obstacles and adapt roads. Key words：climbing ; stairs ; robot ; design 1爬楼梯机器人现状 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。早在20世纪60年代,就已经开始了关于移动机器人的研究, 按照移动方式可以采用轮式、履带式和腿式三种机构模型。 1.1轮式机器人 直接利用车轮或类轮转动达到行进或爬坡目的的机器人称为轮式机器人(图 1 。在满足一定地形适应性前提下, 可充分发挥移动机器人移动灵活、控制简单等优点。但对地形的适应性大小与轮子的数量成正比,随着轮子数量的增加又带来了体积庞大、重量重等缺点。 1.2履带式机器人

工业机器人的设计

工业机器人设计 摘要 在生产过程工业机械手是模拟人手动作的机械设备，它可以替代人工搬运重物或单调，在高粉尘，高温，有毒，易燃，放射性和其他相对较差的工作环境。机器人可用于在生产过程中的自动化抓住并移动工件自动化设备，它是在生产过程的机械化和自动化，开发出一种新的类型的设备。近年来，随着电子技术，特别是计算机的广泛使用机器人的开发和生产的高科技领域已成为迅速发展起来的一项新兴技术，它更促进机器人的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能够代替人类完成危险、减轻人类劳动强度、重复枯燥的工作，提高劳动生产力。 本设计是关于三自由度的圆柱形机械手。利用Auto CAD软件对制件进行设计绘图。其包括夹持器、小臂、大臂和底座。明确合理的设计思路，确定了机械手工作原理并对然夹持器、气缸、步进电机、轴承进行了校核计算并附带了简图并对零件的质量、重心、惯性主轴和惯性力矩进行辅助设计计算，可以大大减轻在设计过程中繁琐计算及校核步骤。 关键字：机械手，气缸，校核。

Abstract Industrial manipulator is the mechanical equipment which is used in the production process and simulate to the behave of hands with electrical integration. It can carry heavy objects and work in the harsh environment which is high temperature, poisonous ,full of dust, flammable and combustible monotonous and full of radioactive substance instead of people. Manipulator is a automatic device which is used in the automatic production process and it can carry and move things. It is a new device which is developed in the mechanization and automatic production process. In recent years , with the widely used of electronic technique especially the electronic computer. The research and production of robot has became a new technology which is developing rapidly in the high-tech industry . It promotes the development of manipulator. It makes the combination of the manipulator with mechanization and automation become easier . Manipulator can complete the dangerous and boring work instead of people. It can reduce labour intensity of people and raise the labour productivity . This design is a cylindrical manipulator which is related to delta degrees of freedom. It designs and draws the picture with Auto cad software ,it includes holder, a small arm, the big arm and the base. The clear and reasonable thinking determines the working principle of the manipulator . This also checks and calculates the holder, cylinder, stepper motor and bearing. Apart from this , it contains some pictures and design and measure the quality , barycentre principal axis of inertia and force of parts. It can greatly reduce the complicated calculation and check in the design process. Keywords: robot, cylinder, checking

工业机器人机械系统设计模板

工业机器人机械系 统设计

工业机器人机械系统设计 机器人技术是利用计算机的记忆功能、编程功能来控制操作机自动完成工业生产中某一类指定任务的高新技术, 是当今各国竞相发展的高技术内容之一。它是综合了当代机构运动学与动力学、精密机械设计发展起来的产物, 是典型的机电一体化产品, 工业机器人由操作机和控制器两大部分组成。操作机按计算机指令运动, 可实现无人操作; 控制器中计算机程序可依加工对象不同而从新设计, 从而满足柔性生产的需要。 机器人应用领域广泛, 包括建筑、医疗、采矿、核能、农牧渔业、航空航天、水下作业、救火、环境卫生、教育、娱乐、办公、家用、军用等方面, 工业机器人在国内主要应用于危险、有毒、有害的工作环境以及产品质量要求高( 超洁、同一性) 的重复性作业场合, 如焊接、喷涂上下料、插件、防爆等。 一、工业机器人的总体设计 1．主体结构设计 工业机器人主体结构设计的主要问题是选择由连杆件和运动副组成的坐标形式。工业机器人的坐标形式主要有直角坐标式、圆柱坐标式、球面坐标式、关节坐标式等。 直角坐标式机器人主要用于生产设备的上下料, 也可用于高精度的装配和检测作业。

圆柱坐标式机器人主要有三个自由度: 腰转, 升降, 手臂伸缩。手腕常采用两个自由度, 绕手臂纵向轴转动与垂直的水平轴线转动。手腕若采用三个自由度, 机器人总自由度达到六个。 球面坐标式机器人也叫极坐标式机器人, 具有较大的工作范围, 设计和控制系统比较复杂。 关节坐标式主体结构的三个自由度腰转关节、肩关节、肘关节全部是转动关节, 手腕的三个自由度上的转动关节( 俯仰、偏转和翻转) 用来最后确定末端操作器的姿态, 它是一种惯犯使用的拟人化的机器人。

工业机器人结构设计

1绪论 1.1工业机器人概述 工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学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。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。从某种意义上说它也是机器进化过程的产物，它是工业以及非工业领域的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。工业机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全

生产，尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，由它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，工业机械手在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。工业机械手的结构形式开始比较简单专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的应用。 1.2工业机器人的组成和分类 1.2.1工业机器人的组成 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。各系统相互之间的关系如方框图1.1所示。 图1.1机器人组成系统