展館導(dǎo)游機(jī)器人輪式行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)

展館導(dǎo)游機(jī)器人輪式行走系統(tǒng)設(shè)計(jì),展館導(dǎo)游機(jī)器人輪式行走系統(tǒng)設(shè)計(jì),展館,導(dǎo)游,機(jī)器人,輪式,行走,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 開題報(bào)告學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號(hào)：專 業(yè)：設(shè)計(jì)(論文)題目：展館導(dǎo)游機(jī)器人輪式行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)指 導(dǎo) 教 師:2011年3月18日開題報(bào)告填寫要求1開題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)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(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見；3“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊(cè)）；4有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 740894數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。開 題 報(bào) 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述摘要 導(dǎo)游機(jī)器人是近年來發(fā)展的比較快的一種服務(wù)機(jī)器人。本文介紹了國(guó)內(nèi)如：哈工大、臺(tái)灣精密機(jī)械研究發(fā)展中心對(duì)導(dǎo)游機(jī)器人的一些研究成果，也介紹了國(guó)外:如英國(guó)、韓國(guó)、日本等國(guó)機(jī)器人的一些研究成果。并對(duì)它們的行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行的一些淺顯的分析，總結(jié)了各種行走機(jī)構(gòu)的一些特點(diǎn)。關(guān)鍵詞 輪式行走機(jī)構(gòu) 腿式行走機(jī)構(gòu) 人機(jī)交流 1 研究本課題的意義展館導(dǎo)游機(jī)器人是一種服務(wù)型的智能機(jī)器人。近幾年來，隨著旅游業(yè)的快速發(fā)展，導(dǎo)游機(jī)器人越來越受到人們的重視1。展館導(dǎo)游機(jī)器人也承擔(dān)著越來越多的任務(wù)，正在接近人類導(dǎo)游的水平，并且在某些方面已經(jīng)超越人類導(dǎo)游，比如：翻譯，有的機(jī)器人甚至?xí)畮追N語言。展館導(dǎo)游機(jī)器人不僅可以將人類從勞動(dòng)中解放出來，而且還可以使跨國(guó)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(dòng)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(nèi)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(jī)器人參加導(dǎo)游使得展覽館增加經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。研究展館導(dǎo)游機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，可以使導(dǎo)游機(jī)器人在展館中隨意行走，既使得導(dǎo)游機(jī)器人變的更人性化，又可以最大限度的發(fā)揮導(dǎo)游機(jī)器人的作用。2 國(guó)內(nèi)外展館導(dǎo)游機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)目前已經(jīng)應(yīng)用的導(dǎo)游機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)有輪式、履帶式、腿式等2，本課題旨在設(shè)計(jì)一種輪式的導(dǎo)游機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)。第一臺(tái)導(dǎo)游機(jī)器人的出現(xiàn)是在1995年倫敦舉行的歐洲有線通訊博覽會(huì)上，在這場(chǎng)博覽會(huì)上這個(gè)機(jī)器人明星出盡了風(fēng)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(gè)機(jī)器人只有半米高，行走機(jī)構(gòu)采用的是四個(gè)輪子的輪式行走機(jī)構(gòu)。它圓圓的大腦袋上有兩個(gè)茶杯口大小的眼睛，閃閃地發(fā)著藍(lán)光。眼睛里裝的是小型雷達(dá)，用來探測(cè)周圍的行人和物體。它可以自動(dòng)躲避障礙物，從一個(gè)展臺(tái)走向另一個(gè)展臺(tái)。 國(guó)內(nèi)導(dǎo)游機(jī)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(jī)器人研究所研制的我國(guó)首臺(tái)智能型DY-I導(dǎo)游服務(wù)機(jī)器人在哈工大邵館與觀眾見面。該機(jī)器人由伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用輪式行走機(jī)構(gòu)，多傳感器信息避障及路徑規(guī)劃系統(tǒng)，語音識(shí)別及語音合成系統(tǒng)組成。導(dǎo)游機(jī)器人由蓄電池供電，可連續(xù)運(yùn)行四小時(shí)，在一定的環(huán)境下可自主行走，并且能識(shí)別出障礙物是人還是路障，發(fā)出不同的反應(yīng)。該公司研制的第二代導(dǎo)游機(jī)器人增加了多媒體功能，具有自動(dòng)查詢和場(chǎng)景解說等本領(lǐng)4。2002年2月7日，哈工大研制的兩個(gè)可愛的智能機(jī)器人“探探”和“夢(mèng)夢(mèng)”。這兩個(gè)機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)同樣是采用的輪式。2003年11月，哈工大又研制出“智能三代”導(dǎo)游機(jī)器人。這個(gè)集視覺、運(yùn)動(dòng)、避障、會(huì)眨眼睛和張嘴說話等功能于一身的新一代智能服務(wù)型機(jī)器人，身高1.7米，體重100公斤，兩只眼睛很大，上肢活動(dòng)自如，下肢為輪式設(shè)計(jì)，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(diǎn)，是渾身上下裝滿了12個(gè)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(zhǔn)確地判斷出對(duì)面的障礙物是人還是物體。機(jī)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(huì)動(dòng)的眼皮，可以沖你眨眼睛，說起話來嘴巴還可以靈活關(guān)閉，更具人形的特征和親和力。這個(gè)機(jī)器人不僅可以與普通人進(jìn)行日常對(duì)話，還可以依靠其底座的輪式行走機(jī)構(gòu)在室內(nèi)自由行走。如果在行進(jìn)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(jìn)行語言交流；而一旦前面遇到了障礙物它也不會(huì)慌張，而是選擇調(diào)轉(zhuǎn)方向擇路走。此外，機(jī)器人的胸部由人際互動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成的視窗則更具人性化，人們只需通過簡(jiǎn)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(nèi)容5-6。2010年9月22日英國(guó)康沃爾郡一家小公司與發(fā)明了一款先進(jìn)的人形機(jī)器人- Rob Thespian，它會(huì)講15種語言，具有幽默感，甚至可以模擬你的動(dòng)作。這款機(jī)器人采用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，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(dòng)。這款機(jī)器人有三個(gè)版本，分別為簡(jiǎn)化版、標(biāo)準(zhǔn)版、豪華版。它還可以在各種活動(dòng)上充當(dāng)“導(dǎo)游”。豪華版的Rob Thespian機(jī)器人擁有更為先進(jìn)的功能，如有動(dòng)力裝置的兩腿，可定制項(xiàng)目。Rob Thespian機(jī)器人會(huì)說標(biāo)準(zhǔn)的問候語，而且還會(huì)模仿人的動(dòng)作；這款機(jī)器人具有觸摸屏界面，能使用戶提前編制一系列動(dòng)作。該機(jī)器人采用的是比較復(fù)雜的腿式行走機(jī)構(gòu)7。臺(tái)灣精密機(jī)械研究發(fā)展中心目前已完成第二代導(dǎo)游機(jī)器人的研發(fā)試運(yùn)行。UPITORUser-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(dòng)導(dǎo)游機(jī)器人，是一臺(tái)具有跟游客高度互動(dòng)能力的多用途導(dǎo)游機(jī)器人，可在各大博物館、美術(shù)館、科學(xué)教育館擔(dān)任導(dǎo)游員的工作，也可在各大展覽幫廠商推銷產(chǎn)品。擁有靈活的雙手跟頭、精準(zhǔn)的定位、避障、導(dǎo)航能力，電容式觸控屏幕與生動(dòng)的圖形化人機(jī)接口，也具有播放影片、投影片或動(dòng)畫的能力！該款機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)也是采用的輪式行走機(jī)構(gòu)8。韓國(guó)一家技術(shù)公司最近開發(fā)出一種能在博物館、畫廊等室內(nèi)場(chǎng)所為游客講解、導(dǎo)游的機(jī)器人。這種導(dǎo)游機(jī)器人高1.35米，重50公斤。其體形近似方柱體，頭部為一個(gè)觸摸式液晶顯示器。位于機(jī)器人下部的驅(qū)動(dòng)裝置，可使機(jī)器人在平坦地面上移動(dòng)。機(jī)器人體內(nèi)的語言識(shí)別系統(tǒng)和語音合成器，能使其理解人的語言并進(jìn)行簡(jiǎn)要回答。游客還可通過機(jī)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(jī)器人能夠?yàn)橛慰蛶罚瑸樗麄兘榻B沿途的重要展品，并在液晶屏幕上顯示出有關(guān)信息。該機(jī)器人也是采用的輪式行走機(jī)構(gòu)9。日本豐田公司新研發(fā)了一個(gè)導(dǎo)游機(jī)器人，這個(gè)名為“羅比娜”的機(jī)器人1.2米高，裝有關(guān)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(dǎo)游任務(wù)，該機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)采用的是輪式行走機(jī)構(gòu)10。綜合上述實(shí)例，我們不難發(fā)現(xiàn)，輪式行走機(jī)構(gòu)在導(dǎo)游機(jī)器人的設(shè)計(jì)中是最常見的行走機(jī)構(gòu)，因?yàn)檩喪叫凶邫C(jī)構(gòu)的相比較其它行走機(jī)構(gòu)有著以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：1、輪式行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，且成本較低。2、輪式行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)非常平穩(wěn)，可靠性高1113。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，導(dǎo)游機(jī)器人也在不斷的更新?lián)Q代，從一開始只會(huì)做些生硬、簡(jiǎn)單動(dòng)作，只會(huì)講一門語言到能做各種各樣復(fù)雜、柔性的動(dòng)作，能講十幾門語言。未來導(dǎo)游機(jī)器人的發(fā)展將會(huì)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(guó)在未來的機(jī)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(xiàn)1 王炎，周大威. 移動(dòng)式服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及我們的研究J. 電氣傳動(dòng)，2000,(4):2633.2 陳軍，陳振華，李素平. 迎賓機(jī)器人輪式移動(dòng)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)與控制方法研究J. 機(jī)械制造，2009,47(543):2426.3 謝森林，董曉慶. 智能導(dǎo)游相器人的研制J. 科技信息, 2009,(6):5864.4 李開生,張慧慧,費(fèi)仁元. 制造業(yè)自動(dòng)化J. 2008, 22(6):8485. 5 朱磊磊，陳軍. 輪式移動(dòng)機(jī)器人研究綜述J. 機(jī)床與液壓, 2009, (8):242246.6 Gordon McComb,Myke PredkoM. 龐明，王曉宇，任宗偉 譯. 機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn). 科學(xué)出版社,2005.7 張毅，羅元，鄭太雄. 移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用M. 電子工業(yè)出版社,2003.8 宗光華. 機(jī)器人的創(chuàng)意設(shè)計(jì)與實(shí)踐M. 北京：航天航空大學(xué)出版社,2004.9 蔡自興. 機(jī)器人原理及其應(yīng)用M. 長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué),2000.10 周佰英. 工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1995.11 王曉鳴. 電機(jī)的單片機(jī)控制M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002.12 張富學(xué). 傳感器應(yīng)用及其電路精選M. 北京：電子工業(yè)出版社，1992.13 熊有倫. 機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)M. 武漢：華中理工大學(xué)出版社，1996.14 龔振邦. 機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)M. 北京：電子工業(yè)出版社，1995.15 吳瑞祥. 機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994.開 題 報(bào) 告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(diǎn)：（1）機(jī)器人的行走部分設(shè)計(jì) 行走驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，也就是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇和放置的位置，本設(shè)計(jì)擬采用小功率的伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)放置在平板上傳動(dòng)軸的上面。 行走部分減速器各級(jí)傳動(dòng)比的分配 由于機(jī)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(jí)傳動(dòng)比將會(huì)在后面的設(shè)計(jì)中被確定。 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 傳動(dòng)裝置使用是可靠的齒輪和軸之間的力的傳遞，本設(shè)計(jì)擬采用渦輪蝸桿的傳動(dòng)方式。既可以簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，又能保證傳動(dòng)的平穩(wěn)性。 行走減速器的選擇 由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速較大，故選用的減速器應(yīng)當(dāng)能夠有一個(gè)比較大的減速比，減速比較大會(huì)使齒輪的直徑落差過大，所以該減速器采用三級(jí)減速較為合適。 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算和強(qiáng)度校核 傳動(dòng)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(jī)械設(shè)計(jì)課程中所學(xué)到的計(jì)算和校核公式進(jìn)行計(jì)算和校核。 軸承的選擇和校核本設(shè)計(jì)中的軸承由于承受的主要是徑向力，即導(dǎo)游機(jī)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(qiáng)度的校核同樣是利用機(jī)械設(shè)計(jì)課本中的公式進(jìn)行計(jì)算和校核。（1）機(jī)器人轉(zhuǎn)向部分設(shè)計(jì) 電機(jī)選擇 轉(zhuǎn)向電機(jī)同樣是采用小功率的伺服電機(jī)。 轉(zhuǎn)向定位機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向定位機(jī)構(gòu)擬采用汽車上常用的艾克曼轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，由后輪驅(qū)動(dòng)，前輪負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向。 轉(zhuǎn)向部分軸承的選擇和校核 由于采用的是三輪行走機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向軸是豎直放置的，轉(zhuǎn)向時(shí)只承受切應(yīng)力，故軸的直徑可以選的比較小，但是該軸同樣還承受著機(jī)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 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(jī)器人整個(gè)外觀的美觀，故車輪選用的直徑不亦過大。但機(jī)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(gè)相對(duì)美觀的塑料圈。 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(dòng)軸之間加一對(duì)軸承，以減小摩擦。 本次設(shè)計(jì)，打算先通過PROE軟件，對(duì)輪式行走機(jī)構(gòu)進(jìn)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(dòng)機(jī)的放置位置等。然后再通過一系列的計(jì)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(duì)粗步選用的方案進(jìn)行修改，最終得出一個(gè)比較合理的設(shè)計(jì)。開 題 報(bào) 告指導(dǎo)教師意見：1對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語：該同學(xué)的“文獻(xiàn)綜述”是在較好的理解和分析設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，搜集并研究相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上寫成的。綜述對(duì)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外的移動(dòng)機(jī)器人的研究及進(jìn)展作了了解與分析，對(duì)自己將進(jìn)行的設(shè)計(jì)對(duì)象有了明確的了解，為課題的深入研究打下了良好的基礎(chǔ)。2對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：本課題研究涉及到機(jī)器人行走和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算和計(jì)算機(jī)繪圖等多方面的鍛煉具有綜合訓(xùn)練作用。其中同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的輕量化、緊湊性和穩(wěn)定性，具有一定的難度及進(jìn)一步深入探討的空間。預(yù)計(jì)通過努力能完成機(jī)器人行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。 指導(dǎo)教師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日