机器谱
图文展示3264(1)

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副标题

作品说明

作者:潘乾豪 卢威威 鲁安 孙泽 陈杨波

单位:杭州师范大学钱江学院

指导老师:马宝丽 吴小涛

1. 引言
1.1研究背景

      随着科学技术的迅速发展,机器人技术已经成为科学研究最为活跃的领域。而作为机电一体化的集中体现,拉车机器人技术将机械设计,力学分析,传感器应用,自动控制以及人机工程学等多学科成果加以融合。

      人工智能观光车即人坐在车上由机器人来拉车的一种娱乐工具,现有的拉车机器人的双腿行走机构仅仅只能完成简单的迈步、落脚的动作,而迈步过程腿部抬起速度慢,且抬腿较低,而脚也只能平抬、平落,没有任何缓冲不能具备同真人一样逼真的行走效果,造成机器人行走不稳,振动较大,导致拉车上的乘客坐车非常不舒服。针对现有技术不足,本项目设计制作了本款拉车机器人。本作品可保持平稳的同真人一样逼真的行走效果,保证乘坐由拉车机器人拉车的乘客舒适感。

1.2 国内外研究现状

      很多科技强国都非常重视服务机器人产业的发展,如在美国、日本、欧洲等发达国家和地区,相关科研人员一直在对服务机器人进行着探索研究,将智能技术、传感技术、生物技术等高科技成果应用在服务机器人上,使得服务机器人得到了快速发展。下面对服务机器人在一些国家的发展状况进行简要分析。  日本一直重视机器人技术的发展,对服务机器人的研究取得了很多显著成果,其技术水平和制造水平在全世界范围内都很有影响力。当然,这与日本政府对服务机器人研究发展的重视程度以及日本国内老龄化现象严重有着密不可分的关系。近年来日本研制出的GeminoidF机器人是其杰出代表,它是很多高新技术的结晶,可以做出很多类似于人的动作,如眨眼睛、说话聊天、对人微笑等。有关数据显示,2005年,机器人行业在日本国民经济中有高达7601亿日元的产值,而且在过去的10年中,这一数据一直呈上升趋势,在2015年,其产业用机器人产值总量成功突破了1万亿日元。有关人士预计,到2020年日本全国以服务型机器人为代表的机器人产业将会达到2.8万亿日元的产值。仅从数据分析可知,服务机器人产业在日本经济体系中扮演着相当重要的角色。  美国是世界上最早进行机器人研究的国家。尽管在早期,美国一直将大量的资金投入到其理论研究当中而忽略了实际应用,但在20世纪80年代之后,美国政府开始制订相应的政策,大力发展实用型服务机器人。众多企业结合市场需求,研制出了很多技术先进、用途广泛的服务机器人。2009年5月,美国发布了《机器人技术路线图从互联网到机器人》,使机器人技术可以应用于更多的领域。一直到现在,美国很多领域的服务机器人都非常出色。作为世界头号军事强国,美国的军用服务机器人的发展研究在全世界有着更大的影响,首次出现在阿富汗战争中、各方面性能表现得都十分杰出的Packbot机器人是其代表。对美国出台的相关政策进行分析可以看出,不管是为了在机器人行业提高美国的影响力,还是为了提高其自身的军事实力,服务机器人产业在美国将会继续得到重视。  欧洲一些主要的发达国家对服务机器人的研究可以追溯到20世纪70年代,如德国的独臂家政服务机器人,它以体型大小适中、动作灵活、智能化程度高且具有一定的学习能力等而成为了家庭生活的好助手;法国成功地将Nao机器人系列中一款名为Zora的拟人化机器人在养老院投入使用,小巧灵活的Zora机器人可以很好地服务老年人,这是法国第一次将服务机器人正式投入到实际生活中,实现了零的突破,给老年人甚至整个社会带来了福音。鉴于服务机器人所能应用的领域越来越广,功能越来越强大,欧洲很多发达国家也将越加重视发展服务机器人产业。

1.3 本课题研究意义

      1)用Arduino编程软件对机器人进行控制,系统构成灵活,拓展容易,灵敏性高,操作方便。      

      2)编程简单,采用简明的逻辑语言,调用原有的库函数,现场调试容易。另外,可在线修改程序,改变控制方案而不拆动硬件。

      3)能够适应各种恶劣的环境,抗干扰能力较强,可靠性强。

      4)通过技能训练,培养学生的动手能力和实际操作能力,培养团队合作的能力。

      5)了解机器人机构及控制系统设计的基础知识

      6)掌握机器人系统中元部件的正确选择方法和特征参数的确定

      7)培养学生对所学知识的综合应用,理解联系实际的能力。

1.4 设计简介

      作品设计为机器人工作机构设计,机器人的类型较多,其工作性质又可以分为工业类和服务类本次设计是利用电机的转动带动齿轮的转动使其啮合的另外齿轮转动后带动螺杆转动,之后与螺杆想配合的放块板下上移动,从而使机器人向前走动。

      本作品是一种可供人们乘坐的可按规律移动的游乐设备。拉车机器人实际上是旧时人力黄包车的化身,可应用于景区观光。机器人的行走方式及外表形状和真人一样。安放一种电动机械装置作为机器人的行走装置,采用两套曲柄连杆机构,由电动驱动曲轴带动曲柄连杆机构作交替运动。一个两足直立行走的机器人拉着一辆车向前行走。看似是机器人拉车前进,实则车辆也通过连杆起到支撑机器人的作用,二者巧妙配合产生拉车前进的动态效果。

2. 作品概述2.1机器人的设计概述

      要设计和开发一个机器人,首先应该对机器人进行总体分析和设计,确定机器人的功能、基本结构,然后进行搭建。

搭建完成以后,再根据所需要的目标编写程序,进行调试,以达到所需要的效果。

2.2 目标定位

      通过程序的编入和驱动的作用,实现机器人的前后运作。

2.3 总体结构图

      经过对整体结构的分析和设想,以及对机器人一定基础的了解以后,搭建出机器人。机器人的总体结构图如下所示:

作品说明

2.4 机器人三维设计图

机器人下半部分连接图

脚部接图

车体连接图

3. 控制系统

3.1 控制过程

      采用直流电机双驱动、程序控制

3.2 控制板

控制板如下图所示:

控制板

3.3 控制程序
void setup() {

pinMode(5,OUTPUT);

pinMode(6,OUTPUT);

}

void loop() {

GO();

}

void GO()

{

digitalWrite(5,1);

digitalWrite(6,0);

}


参考文献

[1] 宗光华.机器人的创意设计与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

[2] 刘鸿文.材料力学[M].北京:高等教育出版社,2011.

[3] 廖汉元,孔建益.机械原理[M].北京:机械工业出版社,2013.

[4] 唐介.电工学[M].北京:高等教育出版社,2009.

[5] 范思冲.画法几何及机械制图[M].北京:机械工业出版社,2004.

[6] 濮良玉,陈国定,吴立言.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2013.

[7] 季隽,傅瑛.Arduino创客之路[M].上海:上海科技教育出版社,2016.

[8] 王伯平.互换性与测量技术基础[M].北京:机械工业出版社,2013.

* 本项目未获得作者开源授权,无法提供资料下载

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