一種爬梯機械人的設計摘要在日常生活和生產中經常要將重物搬上樓梯，傳統的方法基本是靠人力搬運完成，有時由于重物太重或人手不足而無法搬運，本課題就是為克服這個難題而設計的。本論文主要對爬樓機器人星型輪的傳動機構及控制系統進行詳細設計。首先介紹了國內外爬樓機器人研究現狀，闡明本課題研究的目的、意義。然后進一步介紹了本爬樓機器人總體結構。在深入分析爬樓機構及其攀爬對象的基礎上，設計了相對優勢較明顯的輪組結構爬樓機器人。對機器人小車的運動學模型進行分析，論證小車實現任意曲線運動所包含的自轉、直線前進、圓弧前進三個基本運動單元的可行性。引入虛擬樣機技術，通過Pro/Engineer三維建模并進行模擬運動仿真。文章最后研究設計了在各種環境下，以單片機C8051F310為核心的爬樓控制系統。在控制系統中，采用超聲波傳感器的對稱排列，獲取了自主上樓梯所必須地兩個關鍵參數和q；對驅動大功率電機的電路進行分析，設計了更適合大功率，更安全的電機驅動電路，直流馬達配合高功率MOSFET型驅動器。關鍵詞：爬樓機器人；三星輪；MOSFET驅動電路；單片機C8051F310AbstractIIAbstractMovingweightfromupanddownisrequiredinourdailyactivitiesandproductivities,anditwasdonebyhand.Whileitistooheavyorshorthandedtofinishedinsometimes.Thisthesisisdesignedtoovercometheobstaclesanditgivesadetaileddesigningontransmissiondeviceandcontrolsystemofstar-likewheelofstair-climbingrobot.Firstly,itintroducedacurrentsituationofstair-climbingrobotathomeandabroad,clarifiedthepurposesandmeanings,introducedaoverallstructureofstair-climbingrobot.Afterdeeplyanalysisthestair-climbingframeandtheobject,designedawheelsetsstair-climbingrobotwithmoreadvantagesthanothers.Analyzedthekinematicsmodeloftherobotcar,anddemonstratetheavailableofachievinganycurvemovementwiththerotation,straightforward,andarcforward.Robotcanachievetrackcontrollingbasedonspeedmatching.Withtheaidofvirtualprototypingtechnology,throughthe3DsoftwareofSolidWorks,thedynamicanalysisofthestair-climbingrobotiscarriedoutinADAMS.Atlast,thethesisdesignthecontrollersystemwiththecoreofC8051F310basedonruleenvironment，Inthecontrolsystem,withthehelpofarrangedultrasonicsensors,getthetwokeyparametersandqwhichimportforclimbingstaircaseAnalyzedthecircuitofhigh-powermotordriving,designamoresuitablecircuitthanICL298N.WhichisdcgeneratorwithhighlyefficientdrivingMOSFET.Keywords：Stair-climbingrobot；Threestarwheels；MOSFETdrivingcircuit；SinglechipmicrocomputerC8051F310目錄目錄摘要-IAbstract-II第一章引言-11.1課題研究的目的和意義-11.2移動機器人的發展概況-11.3爬樓梯機器人目前的研究狀況-41.4論文研究的主要內容-6第二章爬樓機器人的總體設計-82.1爬樓機器人的設計要求-82.2爬樓機器人的總體方案-8第三章爬樓機器人傳動、輪組及轉向機構設計-113.1爬樓梯機器人小車的執行電機選擇-113.1.1技術指標-113.1.2電機選型-113.2爬樓機器人的機構設計-133.2.1機器人小車傳動機構設計-133.2.2傳動部件的設計與校核-153.2.3爬樓機器人轉向機構設計-193.2.4機器人小車結構設計-203.3爬樓機器人小車三維實體建模-223.3.1Pro/E軟件介紹-223.3.2三維實體建模-223.4爬樓機器人小車行駛性能分析-233.4.1可跨越最大垂直障礙高度-233.4.2最小轉彎半徑-24第四章爬樓機器人控制系統設計-264.1機器人爬樓梯的控制目標-264.2機器人的體系結構及系統組成-264.3控制系統主要硬件的選擇-28目錄4.3.1單片機的選型-284.3.2傳感器的選擇-294.4機器人控制系統的程序編制-31第五章總結與展望-385.1全文總結-385.2展望-38致謝-III參考文獻-IV一種爬梯機械人的設計1第一章引言自盤古開天辟地，人類誕生以來，人們就一直用智慧開辟著完美的生活！進入新的21世紀，人類除了致力于自身的發展外，還十分關注機器人、外星人和克隆人等問題。機器人正是本論文研究的對象。“機器人”這人名詞對許多人來說，并不陌生。從古代的神話傳說，到現代的科學幻想小說，戲劇，電影和電視，都有許多關于機器人的精彩描繪。而且越來越多的機器人出現在我們的生活生產中，更多科學工作者和業余愛好者也投入到機器人研究的行列當中來。機器人應用范圍遍及工業、科技和國防的各個領域。在“機器人王國”日本，一直擁有全世界60%左右的機器人，工業機器人應用于最多的工業部部門依次為家用電器制造、汽車制造、塑料成型、通用機械制造和金屬加工等工業，而且正應用于更多的新領域中。據統計，目前全世界服役機器人約100萬臺；機器人學也維持較好的發展勢頭，充滿希望的進入這嶄新的世紀。1.1課題研究的目的和意義本文討論的移動機器人是具有越障功能，能夠靈巧翻越樓梯的一種光機電一體化的智能裝置。用作搬運的自主移動機器人，要求能隨工作任務和環境的改變，智能地重規劃行駛路徑，并要求能快速適應工作環境。要達到這種水平，當前還有很多問題需要深入的研究，而其中的機器人樓梯環境順利翻爬問題是較為重要的一個研究課題。越障機器人的研究，對擴展機器人的作業空間，在人不能到達或不便到達的環境中進行作業，具有重要的意義。越障機器人還可用于工業中的一些險難作業，不僅可提高產品的質量與產量，而且對保障人身安全，改善勞動環境.減輕勞動強度，提高勞動生產率，節約原材料消耗以及降低生產成本，有著十分重要的意義。樓梯是人造環境中的最常見的障礙，也是最難跨越的障礙之一，爬樓梯機器人的研究是解決當前全自主機器人在非結構環境下正常工作的重要環節