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： 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（或打印）在本開題報(bào)告第一欄目內(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）； 4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—94《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。本文介紹了國內(nèi)如：哈工大、臺(tái)灣精密機(jī)械研究發(fā)展中心對導(dǎo)游機(jī)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(jī)器人的一些研究成果。并對它們的行走機(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 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“夢夢”。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。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(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)的語言識別系統(tǒng)和語音合成器，能使其理解人的語言并進(jìn)行簡要回答。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?，為他們介紹沿途的重要展品，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：1、輪式行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較簡單，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[11~13]。 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):26~33. [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):24~26. [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):58~64. [4] 李開生,張慧慧,費(fèi)仁元. 制造業(yè)自動(dòng)化[J]. 2008, 22(6):84~85. [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):242~246. [6] Gordon McComb,Myke Predko[M]. 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 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(diǎn)： （1）機(jī)器人的行走部分設(shè)計(jì) ① 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。 ② 行走部分減速器各級傳動(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傳動(dòng)比將會(huì)在后面的設(shè)計(jì)中被確定。 ③ 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。既可以簡化機(jī)構(gòu)，又能保證傳動(dòng)的平穩(wěn)性。 ④ 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減速較為合適。 ⑤ 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。 ⑥ 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) ① 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)。 ② 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。③ 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 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(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(dòng)軸之間加一對軸承，以減小摩擦。 本次設(shè)計(jì)，打算先通過PRO\E軟件，對輪式行走機(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“文獻(xiàn)綜述”的評語： 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。綜述對機(jī)器人國內(nèi)外的移動(dòng)機(jī)器人的研究及進(jìn)展作了了解與分析，對自己將進(jìn)行的設(shè)計(jì)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(chǔ)。 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測： 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