展館導游機器人輪式行走系統(tǒng)設計,展館導游機器人輪式行走系統(tǒng)設計,展館,導游,機器人,輪式,行走,系統(tǒng),設計 中期檢查表 學生姓名 ? 學 號 指導教師 選題情況 課題名稱 展館導游機器人輪式行走系統(tǒng)設計 難易程度 偏難 適中 √ 偏易 工作量 較大 合理 √ 較小 符合規(guī)范化的要求 任務書 有 √ 無 開題報告 有 √ 無 外文翻譯質量 優(yōu) 良 √ 中 差 學習態(tài)度、出勤情況 好 √ 一般 差 工作進度 快 按計劃進行 √ 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) 良 √ 中 差 中期成績評定： 良 所在專業(yè)意見： 負責人： 2011 年4 月 15日 任務書 學院(系)： 專 業(yè)： 學 生 姓 名： 學 號： 設計(論文)題目： 展館導游機器人輪式行走系統(tǒng)設計 起 迄 日 期: 2011年2 月25日 ~5月 27 日 設計(論文)地點: 指 導 教 師: 專業(yè)負責人: 發(fā)任務書日期: 2011年 2 月25日  任務書填寫要求 1．畢業(yè)設計（論文）任務書由指導教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經學生所在專業(yè)的負責人審查、學院（系）部領導簽字后生效。此任務書應在第七學期結束前填好并發(fā)給學生； 2．任務書內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼； 3．任務書內填寫的內容，必須和學生畢業(yè)設計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應當經過所在專業(yè)及系部主管領導審批后方可重新填寫； 4．任務書內有關“學院（系）部”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學生的“學號”要寫全號； 5．任務書內“主要參考文獻”的填寫，應按照國標GB 7714—2005《文后參考文獻著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性； 6．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。 任 務 書 1．本畢業(yè)設計（論文）課題應達到的目的： 根據(jù)設計要求，完成展館導游機器人輪式行走系統(tǒng)的設計。通過構思機構運動方式和傳動結構布局、并對零部件進行三維實體造型和設計計算等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的設計、計算、制圖能力，通過比較完整系統(tǒng)的設計過程，以提高同學獨立分析與解決工程實際問題的能力。 2．本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）： （1）內容： 根據(jù)機器人項目的設計要求，完成展館導游機器人輪式行走系統(tǒng)的設計。 （2）要求： ① 根據(jù)機器人設計要求，查閱資料，撰寫開題報告。 ② 翻譯與機器人相關的外文資料(12000字符以上)。 ③ 對導游機器人輪式行走系統(tǒng)進行設計。 根據(jù)設計指標，導游機器人的總體尺寸≤500mm×500mm×1500mm(長x寬x髙)；總重量：≤30kg；最大行進速度約0.6m/s。故要求： 機器人底盤輪式行走系統(tǒng)總體尺寸≤450mm×500mm×200mm；具有行走和轉向功能； 重量≤12kg； 最大行進速度約0.6m/s； 車輪直徑：120～160mm。 ④ 繪制導游機器人輪式行走系統(tǒng)的裝配圖及零件圖。 ⑤ 整理設計文檔資料，編寫設計、計算說明書。 任 務 書 3．對本畢業(yè)設計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設計論文、圖表、實物樣品等〕： （1）設計導游機器人輪式行走系統(tǒng)的裝配圖及零件圖。 （2）根據(jù)系統(tǒng)的設計計算和分析結果編寫設計、計算說明書。 4．主要參考文獻： [1] 白井良明. 機器人工程[M]. 北京: 科學出版社, 2001. 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That is overall design and calculation of the drive mechanism and the steering mechanism. The design of drive mechanism includes the picking of the drive motor and the design of the decelerator and the picking and installation of the drive wheels. The design of steering mechanism includes the picking of the steering motor and the design of the support and the picking and installation of the steering wheels. It determines the specific structure of the bottom on the basis of the overall design and calculation of the drive mechanism and the steering mechanism. At last I drawn the CAD drawings of the total installed and some parts which is basis on the specific shape and size of the design and calculation. Keywords Drive mechanism Steering mechanism Guide robot 開題報告 學 生 姓 名： 學 號： 專 業(yè)： 設計(論文)題目： 展館導游機器人輪式行走系統(tǒng)設計 指 導 教 師: 2011年3月18日 開題報告填寫要求 1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊）； 4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。 開 題 報 告 1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 摘要 導游機器人是近年來發(fā)展的比較快的一種服務機器人。本文介紹了國內如：哈工大、臺灣精密機械研究發(fā)展中心對導游機器人的一些研究成果，也介紹了國外:如英國、韓國、日本等國機器人的一些研究成果。并對它們的行走機構進行的一些淺顯的分析，總結了各種行走機構的一些特點。 關鍵詞 輪式行走機構 腿式行走機構 人機交流 1 研究本課題的意義 展館導游機器人是一種服務型的智能機器人。近幾年來，隨著旅游業(yè)的快速發(fā)展，導游機器人越來越受到人們的重視[1]。展館導游機器人也承擔著越來越多的任務，正在接近人類導游的水平，并且在某些方面已經超越人類導游，比如：翻譯，有的機器人甚至會十幾種語言。展館導游機器人不僅可以將人類從勞動中解放出來，而且還可以使跨國旅游變得更親切，更方便。這一方面可以節(jié)省人力成本；一方面可以讓游客主動參與；一方面可以詳盡地讓游客了解展館和展品，豐富展覽館的內涵；一方面增加展覽館的吸引力，給游客留下深刻的印象；另外，機器人參加導游使得展覽館增加經濟效益和社會效益。研究展館導游機器人行走機構，可以使導游機器人在展館中隨意行走，既使得導游機器人變的更人性化，又可以最大限度的發(fā)揮導游機器人的作用。 2 國內外展館導游機器人行走機構的發(fā)展狀況及趨勢 目前已經應用的導游機器人的行走機構有輪式、履帶式、腿式等[2]，本課題旨在設計一種輪式的導游機器人行走機構。 第一臺導游機器人的出現(xiàn)是在1995年倫敦舉行的歐洲有線通訊博覽會上，在這場博覽會上這個機器人明星出盡了風頭。它不停地走來走去，一邊向人們問候，一邊給參觀者分發(fā)禮物。這個機器人只有半米高，行走機構采用的是四個輪子的輪式行走機構。它圓圓的大腦袋上有兩個茶杯口大小的眼睛，閃閃地發(fā)著藍光。眼睛里裝的是小型雷達，用來探測周圍的行人和物體。它可以自動躲避障礙物，從一個展臺走向另一個展臺。 國內導游機器人做的比較好的有哈工大等一些高校[3]。 1996年11月26日，由哈工大機器人研究所研制的我國首臺智能型DY-I導游服務機器人在哈工大邵館與觀眾見面。該機器人由伺服驅動系統(tǒng)，采用輪式行走機構，多傳感器信息避障及路徑規(guī)劃系統(tǒng)，語音識別及語音合成系統(tǒng)組成。導游機器人由蓄電池供電，可連續(xù)運行四小時，在一定的環(huán)境下可自主行走，并且能識別出障礙物是人還是路障，發(fā)出不同的反應。該公司研制的第二代導游機器人增加了多媒體功能，具有自動查詢和場景解說等本領[4]。 2002年2月7日，哈工大研制的兩個可愛的智能機器人“探探”和“夢夢”。這兩個機器人的行走機構同樣是采用的輪式。 2003年11月，哈工大又研制出“智能三代”導游機器人。這個集視覺、運動、避障、會眨眼睛和張嘴說話等功能于一身的新一代智能服務型機器人，身高1.7米，體重100公斤，兩只眼睛很大，上肢活動自如，下肢為輪式設計，全身由一種比較特殊的玻璃鋼制成，外面涂上了一層金屬漆。它的最大特點，是渾身上下裝滿了12個作為感覺器官的超聲波傳感器，這使它的感官非常靈敏，還可以準確地判斷出對面的障礙物是人還是物體。機器人的頭部首次增加了攝像頭作為它的視覺系統(tǒng)。臉部修飾也很特別，不僅有會動的眼皮，可以沖你眨眼睛，說起話來嘴巴還可以靈活關閉，更具人形的特征和親和力。這個機器人不僅可以與普通人進行日常對話，還可以依靠其底座的輪式行走機構在室內自由行走。如果在行進過程中前方遇到人，它可通過自己的攝像頭迅速做出決策，選擇與人打招呼、進行語言交流；而一旦前面遇到了障礙物它也不會慌張，而是選擇調轉方向擇路走。此外，機器人的胸部由人際互動系統(tǒng)構成的視窗則更具人性化，人們只需通過簡便操作的觸摸屏，便可以全面地了解想要知道的一些具體內容[5-6]。 2010年9月22日英國康沃爾郡一家小公司與發(fā)明了一款先進的人形機器人--- Rob Thespian，它會講15種語言，具有幽默感，甚至可以模擬你的動作。這款機器人采用壓縮空氣驅動，幾乎完全用鋁材料制造，更具陽剛之氣。Rob Thespian將呆在地球上活動。這款機器人有三個版本，分別為簡化版、標準版、豪華版。它還可以在各種活動上充當“導游”。豪華版的Rob Thespian機器人擁有更為先進的功能，如有動力裝置的兩腿，可定制項目。Rob Thespian機器人會說標準的問候語，而且還會模仿人的動作；這款機器人具有觸摸屏界面，能使用戶提前編制一系列動作。該機器人采用的是比較復雜的腿式行走機構[7]。 臺灣精密機械研究發(fā)展中心目前已完成第二代導游機器人的研發(fā)試運行。UPITOR「User-Interfaced Purpose-defined Interactive Tour Guide Operation Robot」，也就是「具有用戶接口之用途定義化互動導游機器人」，是一臺具有跟游客高度互動能力的多用途導游機器人，可在各大博物館、美術館、科學教育館擔任導游員的工作，也可在各大展覽幫廠商推銷產品。擁有靈活的雙手跟頭、精準的定位、避障、導航能力，電容式觸控屏幕與生動的圖形化人機接口，也具有播放影片、投影片或動畫的能力！該款機器人的行走機構也是采用的輪式行走機構[8]。 韓國一家技術公司最近開發(fā)出一種能在博物館、畫廊等室內場所為游客講解、導游的機器人。這種導游機器人高1.35米，重50公斤。其體形近似方柱體，頭部為一個觸摸式液晶顯示器。位于機器人下部的驅動裝置，可使機器人在平坦地面上移動。機器人體內的語言識別系統(tǒng)和語音合成器，能使其理解人的語言并進行簡要回答。游客還可通過機器人頭部的觸摸式液晶顯示器了解游覽方向和展品。如游客需要，機器人能夠為游客帶路，為他們介紹沿途的重要展品，并在液晶屏幕上顯示出有關信息。該機器人也是采用的輪式行走機構[9]。 日本豐田公司新研發(fā)了一個導游機器人，這個名為“羅比娜”的機器人1.2米高，裝有關節(jié)的手指具有簽名功能，從8月27日開始在位于日本中部愛知縣的豐田公司展示廳中執(zhí)行導游任務，該機器人的行走機構采用的是輪式行走機構[10]。 綜合上述實例，我們不難發(fā)現(xiàn)，輪式行走機構在導游機器人的設計中是最常見的行走機構，因為輪式行走機構的相比較其它行走機構有著以下幾點優(yōu)勢：1、輪式行走機構的設計比較簡單，且成本較低。2、輪式行走機構運動非常平穩(wěn)，可靠性高[11~13]。 隨著科學技術的日新月異，導游機器人也在不斷的更新?lián)Q代，從一開始只會做些生硬、簡單動作，只會講一門語言到能做各種各樣復雜、柔性的動作，能講十幾門語言。未來導游機器人的發(fā)展將會朝著高人性化、高智能化、高專業(yè)化的方向發(fā)展。我期待著中國在未來的機器人發(fā)展中發(fā)揮更多的智慧和創(chuàng)造更多的成果[14,15]。 參 考 文 獻 [1] 王炎，周大威. 移動式服務機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及我們的研究[J]. 電氣傳動，2000,(4):26~33. 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[15] 吳瑞祥. 機器人技術及應用[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，1994. 開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 本課題要研究和解決的問題有以下幾點： （1）機器人的行走部分設計 ① 行走驅動部分設計 驅動部分的設計，也就是驅動電動機的選擇和放置的位置，本設計擬采用小功率的伺服電機作為驅動，電動機放置在平板上傳動軸的上面。 ② 行走部分減速器各級傳動比的分配 由于機器人的行走速度要求比較小，所以合適的減速器是必不可少的部件，具體到減速器的各級傳動比將會在后面的設計中被確定。 ③ 傳動裝置的運動和動力參數(shù) 傳動裝置使用是可靠的齒輪和軸之間的力的傳遞，本設計擬采用渦輪蝸桿的傳動方式。既可以簡化機構，又能保證傳動的平穩(wěn)性。 ④ 行走減速器的選擇 由于電機的轉速較大，故選用的減速器應當能夠有一個比較大的減速比，減速比較大會使齒輪的直徑落差過大，所以該減速器采用三級減速較為合適。 ⑤ 軸的設計計算和強度校核 傳動軸就是上面提到過的蝸桿，它的基本輪廓可以由齒輪和軸承等確定，尺寸可以用《機械設計》課程中所學到的計算和校核公式進行計算和校核。 ⑥ 軸承的選擇和校核 本設計中的軸承由于承受的主要是徑向力，即導游機器人的自身重力，故可以采用最常見的滾子軸承，尺寸的選用和強度的校核同樣是利用《機械設計》課本中的公式進行計算和校核。 （1）機器人轉向部分設計 ① 電機選擇 轉向電機同樣是采用小功率的伺服電機。 ② 轉向定位機構 轉向定位機構擬采用汽車上常用的艾克曼轉向機構，由后輪驅動，前輪負責轉向。③ 轉向部分軸承的選擇和校核 由于采用的是三輪行走機構，轉向軸是豎直放置的，轉向時只承受切應力，故軸的直徑可以選的比較小，但是該軸同樣還承受著機器人的重力，所以直徑也不能太小，防止彎曲。 （3）車輪的安裝與選擇 ① 車輪的選擇 車輪的選擇不僅，影響行走的穩(wěn)定性，也影響到機器人整個外觀的美觀，故車輪選用的直徑不亦過大。但機器人的整體重量很大，所以必須選用承載比較大的材料，鋼材是最好的選擇，但鋼材不美觀，可以再鋼材的外部套上一個相對美觀的塑料圈。 ② 車輪的安裝 車輪的安裝沒什么好說的，主要是保證車輪與地面垂直，車輪與傳動軸之間加一對軸承，以減小摩擦。 本次設計，打算先通過PRO\E軟件，對輪式行走機構進行粗步的造型。先確定各主要部件的輪廓和放置部位。例如，輪子支架的外形選用，電動機的放置位置等。然后再通過一系列的計算、校核。確定各部件的尺寸與形狀，如與粗步的造型沖突，再對粗步選用的方案進行修改，最終得出一個比較合理的設計。 開 題 報 告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 該同學的“文獻綜述”是在較好的理解和分析設計任務書的要求，搜集并研究相關文獻資料的基礎上寫成的。綜述對機器人國內外的移動機器人的研究及進展作了了解與分析，對自己將進行的設計對象有了明確的了解，為課題的深入研究打下了良好的基礎。 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測： 本課題研究涉及到機器人行走和轉向機構的設計、計算和計算機繪圖等多方面的鍛煉具有綜合訓練作用。其中同時考慮結構的輕量化、緊湊性和穩(wěn)定性，具有一定的難度及進一步深入探討的空間。預計通過努力能完成機器人行走系統(tǒng)的設計任務。 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 第 I 頁 共 I 頁 目 錄 1 引言 1 1.1 導游機器人的研究意義 1 1.2 輪式行走機構的研究現(xiàn)狀 1 1.3 導游機器人的研究熱點 3 1.4 本課題的來源和研究內容 3 2 驅動部分設計 6 2.1 設計概述 6 2.2 驅動電機的選擇 6 2.3 減速器的設計 8 2.4 驅動軸的設計 17 3 轉向部分設計 19 3.1 轉向電機的選擇 19 3.2 轉向支架的設計 21 4 輪和底板的設計 23 4.1 車輪的選用和設計 23 4.2 車輪的安裝 23 4.3 底板的設計 24 結束語 25 致謝 26 參考文獻 27 誠信保證書 本人保證：所呈交的畢業(yè)設計(論文)是我在導師指導下獨立進行設計所取得的成果，盡我所知，除文中已經注明引用的內容和致謝部分外，本畢業(yè)設計(論文)成果不包含任何他人享有著作權的內容。盡管導師指導多名同學，因每人一個設計題目，相互間雖有切磋、交流，但不存在抄襲、剽竊。如有不實，愿承擔一切后果。 作者簽名： 日 期： 年 月 日