开题报告(含文献综述、外文翻译)

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1、开题报告1.选题的背景和意义1.1选题的背景机器人的应用越来越广泛，几乎渗透所有领域。进入九十年代以来，人们广泛开展了对服务机器人的研制和开发。各国尤其是西方发达国家正致力于研究、开发和广泛应用服务机器人。目前，在美国、日本等发达国家，机器人已应用于商场导购、物品移送、家居服务、展厅保安和大面积清扫等多个服务领域。随着我国国民经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，将势必会在各个领域广泛、大量地应用服务机器人。与普通工业机器人相比，服务机器人具有更大更灵活的工作空间，因此其往往是移动机器人。移动机器人狭义上指的是地面可移动机器人，是继操作手和步行机之

2、后机器人技术的一个新的研究目标，也是进一步扩展机器人应用领域的重要研究方向。移动机器人目前主要包括军事和民用服务两大应用领域。在民用服务领域，美国和日本处于遥遥领先的地位，机器人被广泛应用于车站清扫、大面积割草、商场导游导购、导盲和保安巡逻等各个方面。在我国的移动服务机器人的研究和应用还处于起步阶段，上海大学、哈尔滨工业大学曾先后研制成功导购机器人、导游机器人和清扫机器人。随着我国经济建设的不断开展和人民生活水平的提高，广泛应用服务机器人必将成为趋势。1.2选题意义29 上述移动服务机器人的应用场合决定了要求具有能在狭窄、拥挤的场合灵活快捷地自由运动

3、的性能，这也成为了机器人研究和设计的难点问题。能在工作环境内移动和执行功能是移动服务机器人的两大特点。因此，移动机构是组成移动机器人的重要部分，它是保证机器人实现功能要求的关键，其设计的成功与否将直接影响机器人系统的性能。目前，移动机构开发的种类已相当繁多，仅就平面移动而言，移动机构就有车轮式、履带式、腿足式等形式。各种移动机构可谓各有千秋，适应了各种工作环境的不同要求。但车轮式移动机构显得尤其突出，与步行式移动机构相比，它的优点很多:能高速稳定地移动、能源利用率高，机构简单、控制方便、能借鉴至今已很成熟的汽车技术和经验等等，它的缺点是移动场所限于平

4、面。但是，目前机器人工作的场所几乎都是人工建造的平地，并且即使有台阶，只要以车轮式移动机构为基础再附加几个自由度便不难解决。因而，轮式移动机构在机器人技术中得到广泛应用，目前已成为移动机器人运动机构的最主要形式。本课题将对全向移动机器人底盘设计进行分析和研究。2.设计内容和关键问题2.1主要设计内容分析四个轮全方位轮组成的全向移动机构的运动协调原理，建立了该全方位移动机构的运动学、动力学模型，提出了四轮协调的控制策略。进行了轮廓参数设计和结构设计，设计制造装配零部件，制作成可全方位移动的机器人底盘。2.2拟解决的关键问题移动服务机器人的应用场合决定了

5、要求具有能在狭窄、拥挤的场合灵活快捷地自由运动的性能，这也成为了机器人研究和设计的难点问题。能在工作环境内移动和执行功能是移动服务机器人的两大特点。因此，移动机构是组成移动机器人的重要部分，它是保证机器人实现功能要求的关键，其设计的成功与否将直接影响机器人系统。29 3.设计的方法及措施3.1方法及措施3.1.1三轮机构三轮移动机构具有一定的稳定性，是轮式机器人的基本移动机构之一，在机器人领域已经得到广泛的应用，而且在实现方式上也呈现多样化。1）两轮独立驱动机构两轮独立驱动机构是最常用的一种驱动机构。如图（1），该机构利用一个高精度驱动轮和两个随机轮

6、构成。左右两个驱动轮由两个电动机经过减速器独立驱动，随机轮置于机器人底盘的前方位置。机器人的行进方向由两轮驱动机构的速度差值决定，通过对两个电机施加不同的速度可实现任意方向的驱动，因此属于差分驱动方式。这种结构的特点是运动灵活，机构组成简单；当两轮转速大小相等方向相反时，可以实现机器人本体的灵半径回转。该机构的缺点是对伺服系统的要求较高，如进行严格的直线运动则需保证左右两个轮子的旋转速度完全一样，且在加减速时的动态特性也应完全一致，这就要求伺服驱动系统要求有足够的精度和优异的动态特性，从而会导致机器人底盘的成本增加。2）前轮驱动前轮导向机构29 如图

7、（2），该机构中的前轮既是驱动轮又是导向轮（操舵轮），采用两个电机分别控制：导向电机控制前轮的转向角度，驱动电机控制前轮的旋转速度。因此，通过对前轮的这两个自由度进行复合控制，可以同时实现对机器人本体的运行速度和运行方向的控制。两个被动后轮没有电机控制，完全是随机轮。该种移动机构的特点是控制比较方便，能耗低，对于伺服系统和制造装备精度要求不高，而且旋转半径可以从0到无穷大连续变化；缺点是由于导向和驱动的驱动器均集中在前轮部分，复合运动结构设计复杂，而且车体本身的运动并不十分灵活。3）后轮差动减速器驱动前轮导向机构该种机构如图（3），导向控制电机通过减

8、速器控制导向前轮，决定了机器人本体的运动方向。驱动轮同驱动控制电机通过驱动齿轮箱体连接，在箱体内安装有全部传