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目 录
1 绪论 ..................................................................................................................................... 1
1.1概述 ........................................................................................................................... 1
1.1.1课题研究的背景和意义 ................................................................................ 1 1.1.2移动机器人的发展与应用 ............................................................................ 1 1.1.3主要研究内容与研究方法 ............................................................................ 2 1.2垃圾捡拾机器人的运行框图 ................................................................................... 3 2 垃圾捡拾机器人方案设计与选择 ..................................................................................... 4
2.1捡拾机构设计 ........................................................................................................... 4
2.1.1方案一：铲斗车型结构 ................................................................................ 4 2.1.2方案二：机械手抓取型结构 ........................................................................ 4 2.1.3方案三：旋转毛刷收集机构 ........................................................................ 5 2.1.4捡拾方案的确定 ............................................................................................ 5 2.2移动形式的确定 ....................................................................................................... 5 3 机器人工作过程简单分析与机械臂机构设计 ................................................................. 6
3.1工作过程简单分析 ................................................................................................... 6
3.1.1垃圾捡拾机器人驱动的简单分析 ................................................................ 6 3.1.2捡拾机器人的机械手的工作分析 ................................................................ 6 3.1.3机器人支撑座 ................................................................................................ 7 3.2机械臂的机构设计 ................................................................................................... 7
3.2.1机械臂机构的设计要求 ................................................................................ 7 3.2.2机械臂机构的具体设计 ................................................................................ 7
4 液压控制环节 ..................................................................................................................... 9
4.1液压控制的优点 ....................................................................................................... 9 4.2液压系统控制油路图 ............................................................................................. 10 4.3液压系统油缸选型 ................................................................................................. 11
4.3.1摆动液压缸的选型 ...................................................................................... 11 4.3.2手臂1与2的液压缸选型 .......................................................................... 12 4.3.3机械手手爪活塞缸选型 .............................................................................. 13 4.4液压泵的选型 ......................................................................................................... 14 4.5系统校核 ................................................................................................................. 16 4.6液压系统其他元件的选择 ..................................................................................... 19 5 机器人的控制机构设计 ................................................................................................... 20
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5.1PLC控制 .................................................................................................................. 20 5.2机械手的控制 ......................................................................................................... 20 5.3驱动系统的控制 ..................................................................................................... 23 总结 ....................................................................................................................................... 26 致谢 ....................................................................................................................................... 27 参考文献 ............................................................................................................................... 27
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1 绪论
1.1概述
1.1.1课题研究的背景和意义
虽然现在的社会是一个全民素质不断提高的社会，但是还是会存在一些随地乱扔垃圾的现象，还有生活垃圾的胡乱摆放的问题。这些行为会对我们的生活环境产生许多不良的影响，假如有一个可以做到自动捡拾垃圾的机器人的话，这种情况就会得到很大的改善。所以研究一台具有自动导航、识别目标、清理目标的能力的垃圾捡拾机器人既具有相当大的科研价值、又具有较高的实用价值。这样的一台机器人能很好的满足城市清洁的需求。
1.1.2移动机器人的发展与应用
在机器人这个概念提出之后，无数看到其潜在价值的有识之士都对其投入了大量的人力、物力及财力。在这样的一个良好的发育环境下机器人的发展亦是不断的进行着飞跃般的进步，在不同的领域中机器人的应用愈来愈广泛，同时不同类型的机器人如同雨后春笋一般的冒了出来，使机器人的大家族不断的扩张。在这之中移动机器人以机器人的重要分支之一的身份从众多的机器人种类中脱颖而出，并不断的向着更高的水平发展。
最早的移动机器人是由斯坦福研究院(SRI)的NiISSen和CharleSRosen等人在1966年到1972年之间制造的名为Shakey的移动型机器人，由此开启了对移动机器人研究的新的时代。这项研究是为了能够在较为冗杂的工作与环境下，通过应用人工智能技术使移动机器人系统能够做到自主的分析、判断和控制来完成任务。步行机器人的出现解决了机器人在高低起伏地区容易出现行动困难的问题，而且推动了多足步行机器人的研究。机器人的研究在计算机技术和传感器技术的发展下，非常迅猛的发展起来。在这样的一股热潮下世界各大机构、组织与公司等，都加入了机器人研究的行列中来。而他们所制造的机器人则又可以作为各个大学和研究机构的实验平台，对机器人的研究进行反哺，从而促使机器人在不同领域中都能够得到充足的发展。
其中美国NASA提供资金进行研发的“丹蒂 II型”八足行走机器人，就是一个远程探险型机器人。它与其他的机器人相比较，与众不同的地方在于它在1994年的时候在斯珀火山的火山口中进行了成功的探险测试。虽然它在完成任务后返回的途中，在一处地面环境极差的路上失去了平稳性，但它作为探险型机器人的探险任务却是的到了圆满到的完成。而别的机器人在类似的探险运动过程中，都还必须要在工作人员的参与下才能完成探险的任务。丹蒂计划的主要研究目的是为了能够在月球那凹凸不平的表面或其它人类足迹不容易踏上星球的表面进行探险而设计一种高性能移动机器人。而现在这个设想已经完成，人类发送的移动机器人已经在近地的几个星球上留下了它们行走的痕迹。
就目前来看，国内对于移动机器人方面的研究因为起步比较晚的缘故,和国外的一些研究成果还存在着很大的差距，大多数的研究还只是对某些单个项目进行研究。不过在国人
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的努力下，各大院校和研究中心都有移动机器人方面的研究成果面世。其中清华大学研制的智能型移动机器人在1994年通过了实际运行的考验。它涉及了五个方面的关键性技术：根据地图的路径规划技术研究；根据传感器的局部路径规划技术研究；路径规划的仿真技术研究；传感器技术与信息交互技术研究；智能移动机器人的结构设计和实现。香港城市大学的自动化及制造研究中心在对智能设计进行了一段时间的研究后研制了智能型自动导航车和自主服务机器人。位于沈阳的中国科学院自动化研究所则是制造了AGV和防爆机器人。还有许多的研究成果在这里就不一一详细列举和介绍。
关于移动机器人的研究大多围绕着各自不同的领域展开，各个方面都存在着不同的难题等着人们去解决。第一，要考虑机器人的移动方式，它们有：轮式、履带式、仿足式，而对于水下机器人，则靠推进器来进行移动。因为不同的使用个环境对机器人的移动方式有着不一样的要求，因此在确保移动便捷的同时是机器人具备在多种地形下的移动能力也是研究的重点。第二，要考虑驱动系统的控制，来让机器人达到要求的移动。如果不能准确的控制机器人的移动，那么移动机器人的使用价值将大打折扣几近于零，这是一个必须仔细考虑到的问题。第三，导航系统或移动路线的规划，在规划路线时，存在着更多的方面需要考虑，比如传感器信号的交互通信，对外界环境特征的提取，避免产生碰撞以及环境的映射。这些不同方面的要求，促使着人们迎接许多新的挑战和工程技术上难题，并不断促进着移动机器人的发展，引起了许多这些方面的专家教授和工程技术人员们不断钻研的热情。还因为它在国防军事的侦察、排险、防范核化污染等危险的环境以及在生产生活中的原材料的搬运和零部件的装配上具有广阔的发展前景，所以对移动机器人的研究将是一个长期且艰难的过程，但也是一个对社会发展有极大促进的过程，值得我们为此投入大量的精力。
移动机器人的系统组成是把探测、分析、判断、控制等多种模块结合在一起，进而在现实环境中完成所要求的任务。因此移动机器人系统就是一个整合了周围环境探测、信息分析与判断、动作控制与执行等多种功能的综合系统。而移动机械手则是一种在一个可移动式的装载平台系统上安装机械手来组成的移动机器人系统。这样的机械手系统可以实现抓取、持有和放置的操作，借助装载平台的移动使机械手的工作范围得到极大的提升并且具备相当高的运动冗杂性。
移动机械手系统是一个涉及多个学科，比如：机械、电子、计算机视觉、无线通讯与智能控制等的综合性系统。应用了这些知识的移动机器人将会为机器人导航、模糊控制以及神经网络等方面的研究提供良好的基础与平台。而且这种机械手在工业装配与运输、恶劣环境中代替人们工作和室内服务性工作等方面都有很高的使用价值和研究价值。
1.1.3主要研究内容与研究方法
将移动机器人的技术应用到垃圾捡拾机器人领域中并对机器人的控制结构的设计是本次研究的主题，即本次研究的目的就是能够做到，通过一定的控制手段使机器人在接受
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到传感器传送来的信号后能够较为准确的进行移动与抓取操作。
在研究的过程中，我们需要使用到许多的资料和文献，把他们进行整理并吸收它们中对自己研究方向有用的部分使自己的想法更具可行性。在确定了方案之后，通过计算来获得更为合理的方案与数据。
1.2垃圾捡拾机器人的运行框图
垃圾捡拾机器人正式的工作过程可以用图1.1的过程来表示，具体如下：开启机器人系统后①机器人的软件操作系统启动；②对机器人进行自检并初始化任务，同时把当前的状态进行储存；③先通过传感器确定周围的环境，建立区域地图；④在开始寻找目标；⑤数据确定后，机器人开始垃圾的捡拾工作。
图1.1 垃圾捡拾机器人运行框图
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