1、畢業設計（論文）任務書畢業設計（論文）任務書專業（班）專業（班）： 05 機電一體化機電一體化 姓名姓名： 劉帥劉帥 課題名稱、主要內容和基本要求課題名稱：模擬物流機器人的總體結構設計主要內容： 1、根據工況要求研究機器人的工作原理2、學習主題是模擬物流機器人的工作過程，實現工件運輸功能，完成總體的結構設計，并對關鍵部件作 CAD 圖或三維立體圖的設計。3、負責機器人整體設計，確定機械部分各相關的尺寸及電機選型等。在制作環節中，完成焊接工作和整體調試工作。機器人完成后能實現從工件庫中挑選出圓形或方形工件，送到指定的地點進行堆垛。基本要求：1、了解模擬物流機器人的應用范圍2、分析模擬物流機器人機

2、械結構和功能原理3、通過分析完成結構方案的設計，經加工、焊接等工序完成機器人的組裝工作。 進度安排周次工作內容執行情況5-6查詢、收集資料、市場調查、確定總體設計方案，并進行電機選型。7了解組成機器人所需的材料，選材，制定采購清單8完成機器人結構設計并進行改良910協調其它部件的加工制作，并配合其它成員進行整體組裝，對需要焊接的部件進行焊接和調整11-12完成機器人總體結構設計圖紙13試運行，并對的結構進行改良14-15寫畢業論文16畢業論文審核、修改17畢業答辯 指導教師評語 指導教師簽名： 評閱教師評語 評閱教師簽名： 畢業設計（論文）成績答辯委員會主任簽名： 摘摘 要要機器人學是當今世界

3、極為活躍的研究領域之一，它涉及計算機科學、機械學、電子學、自動控制、人工只能等多個學科。機器人是一種典型的現代機電一體化產品。隨著科學技術的發展，機器人已成為人類的好幫手。在航空航天、深害探測中，往往使用機器人去代替人類完成艱巨又復雜的極限工作任務。工業機器人自誕生到現在近半個世紀以來，已廣泛應用于國民經濟各個領域。今天，機器人又深入到現代生產、國民經濟和人們的生活當中。作為機電一體化專業的大學生，有必要掌握一定深度的機器人技術方面的知識，以便在工作、學習和生活中不斷提自己的能力和水平。我們的畢業設計課題是模擬物流機器人的設計與制作，本文主要介紹模擬物流機器人的總體結構設計。全文分為四章，第一

4、章是緒論，它包括的內容有畢業設計課題的來源以及研究的目的和意義。第二章是機器人的總體結構分析，通過對搬運機器人的功能的分析來確定機器人所需要的零部件，接著是對機器人的一定方式的分析，對步行機器人和輪式機器人的優缺點結合模擬環境進行比較，確定輪式機器人為最終方案。第三章是機器人的總體機械結構設計，主要將了機器人的組裝，以及組裝時要注意的問題。而且還提供了本機器人的工程圖以及效果圖。第四章是對制作機器人整個過程的總結。由于我的水平有限，文中難免存在不當之處，所以我懇請各位老師給予批評指正。最后要感謝和我一起制作機器人的組員已經我的指導老師。關鍵詞： 模擬物流機器人、總體結構設計、工程圖、效果圖 目

5、錄目錄摘 要.IV第一章 緒論.11.1 畢業設計課題的來源及研究的目的和意義.1課題來源.1課題的目的和意義.21.2 課題主要研究的內容.2第二章 機器人總體結構分析.42.1 功能分析.42.2 移動式機器人分析.5步行式機器人分析.5輪式機器人.9本機器人的驅動方式.132.3 機器手分析.132.4 其他方面分析.14第三章 機器人總體機械結構的設計.163.1 總體結構設計.163.2 機器人的組裝.183.3 安裝時需要注意的問題.203.3 機器人的效果圖.22第四章 課題總結.24參考文獻.27致謝.28附錄.29第一章第一章 緒論緒論1.1 畢業設計課題的來源及研究的目和意

6、義畢業設計課題的來源及研究的目和意義 機器人學的進步和應用是二十一世紀自動控制最大的成就，是當代具有最高意義的自動化。進入二十一世紀，人們已經越來越親身的感受到機器人深入產業、深入的生活、深入社會的堅實步伐。 近年來機器人作為機械學、電子學、計算機技術、人工只能等學科的典型載體被廣泛地用來作為高校教學和研究的選題之一。機器人專業研究方向如雨后春筍般的出現，機器人賽事也方興未艾。圖 1 為大學生機器人 圖 1比賽現場。 機器人比賽的宗旨是喚起青少年課外科技活動的興趣和熱情，培養學生的科學創新精神，激發思維的想象力，鼓勵理論與實踐的相結合。機器人的應用越來越廣泛，我們機電一體化專業就是專門培養一批

7、對機器人學有所了解大學生。每年我們都會舉行大學生機器人大賽，通過比賽我們將對機器人學了解更加深入，對機器人未來的發展有很大的幫助。機器人學已不僅僅是科學家門的專利，作為大學生的我們已經能夠具備設計和制作機器人，因為我們對機器人有著濃厚的興趣。我們畢業設計的課題來源于2008 年全國職業院校技能大賽高職組“機器人”項目競賽做為參考題目，機器人在比賽場地中從工件庫中挑選出球形白色工件，并送入加工槽，再從工件庫中挑選出紅色立方形工件，送到倉庫，堆垛排列。因此我們的畢業設計任務是制作出一臺物流搬運機器人，其功能是實現乒乓的搬運。 課題的目的和意義課題的目的和意義機器人技術是機電一體化技術的典型應用。包

8、括有機械技術、計算機技術、以及傳感器機器等。我們得所制作的機器人都將用到以上技術，通過機器人的制作可以增強我們的專業知識。 機械技術是機電一體化繁榮基礎，它對系統的結構、重量、體積、剛性與耐用性等有著重要的影響。通過機器人結構的設計我們對機械技術有了更深的了解。 信息處理技術包括信息的輸入、識別、變換、運算、存儲及輸出技術，他們大都依靠計算機來進行的。通過對機器人的編程我們的計算機技術水平也有了響應的提高。傳感器技術是機器人的關鍵拘技術，它將所測得的各種參量如位移、位置、速度、力、溫度等信號轉換為統一規格的電信號輸入到信息處理系統中。通過對機器人傳感器得安裝、選擇以及編程讓我們更加深入得體會到

9、了傳感器的重要性。我們通過對機器人進行創意設計和制作實踐以及組裝編程等，增強了我們的動手能力，培養團隊意識與合作精神，拓展我們的視野，豐富我們的知識，提升我們的綜合素質。 俗話說“實踐出真知” ，我們自己動手制作將創意變為現實，制作過程中難免會遇到各種各樣的問題，通過大家的研究和討論解決所出現的問題深切感受到理論與實踐相結合的重要性。有了制作機器人的經歷，相信在事物的分析、判斷，規劃等能力上都有一定的進步。在日后的工作當中，將給我們帶來很大的幫助。1.2 課題主要研究的內容課題主要研究的內容在這次畢業設課題當中我主要研究的是機器人總體設計方面的內容。模擬物流機器人主要組成部分為：機械手爪用于抓

10、取物體，傳感器用于巡線導航，電池提供電源，電機為機器人的動力源，車輪用于驅動機器人移動，底盤用來裝載所有的零部件，重點是研究各個零部件相關的裝配尺寸。首先測量電機、電池以及電路板等零部件的尺寸，確定機器人底盤的尺寸大小。然后將底盤的草圖繪制在草稿紙上，并且標注好尺寸，再用 CAD軟件進行三維建模。通過研究和討論確定方案可行，最后生成二維工程圖紙進行機加工。底盤的尺寸要保證既能將所有零件都安裝上去，而且不能剩余大量空間。尺寸不夠，則導致零件安裝不上，尺寸過大則浪費空間，增加了機器人的自身重量，所以把握好底盤的尺寸是非常關鍵的。各個零件之間的安裝順序會影響安裝質量，零件安裝的順序要盡量避免在安裝時

11、有其他零件的障礙，否則出現零件固定不牢，有縫隙等。安裝時用螺釘螺母固定的零件不宜固定太緊，這樣容易損壞零件，并且在拆卸改進時帶來不便，拆卸次數多了會造成滑絲現象。結構總體設計最關鍵的是各個零件之間的尺寸協調問題，零件之間不能太緊密也不能離得太遠，同時要保證機器人最后運行的穩定性。因此完成此次總體結構設計還需查閱許多機器人安裝的相關書籍。通過查閱相關的資料，不斷積累總體設計方面的知識，爭取將此次物流搬運機器人的總體結構盡量設計的完美。各零件的安裝位置的設計如下：電機三個，前端一個負責驅動手抓。后端二個驅動輪子。安裝在車身的前端下方，便于尋線導航。萬向輪安裝在傳感器前端進行方向操縱。本次設計研究的

12、機器人的工作過程是：通過巡線傳感器檢測來自地板上軌跡來鎖定運動方向，在軌跡的終點放置機器人所要搬運的物體。機器人到達終點后，由電機驅動的手抓將物體加緊，隨后車身旋轉確定方向，最后巡線返回完成搬運。第二章第二章 機器人總體結構分析機器人總體結構分析2.1 功能分析功能分析 搬運作業是指用一種設備握持工件，并從一個加工位置移到另一個加工位置。因此制做搬運機器人必須滿足以上要求，握持工件必備機械手抓，通過電機帶動手抓的捏合來抓取工件。并且做為自動化作業的機器人還必須具備傳感器導航系統，保證機器人進行搬運作業的準確性和穩定性。 機器人移動需要運動機構，它能夠使機器人在它的環境中無約束的運動。但是運動有

13、縱多不同的可能途徑，因此機器人運動方法的選折是移動機器人設計的一個重要方面。在實驗室中已經有能夠行走、跳躍、跑動、滑動、游泳、飛翔和滾動的研究機器人。這些運動機構中的大部分一直受到它們生物學上對應物的啟示。 然而有一個例外：有源動力輪是人類發明的，它在平地上達到極高的效率。這一機構對生物系統而言，不完全是外來的。我們的兩足行走系統可有一個滾動的多邊形來近似。隨著步具的減小，多邊形就逼近為一個圓或輪，但是在自然界中，沒有創造出完全旋轉、有源動力的關節，而這正是輪式運動所需的技術。 生物系統在穿越各類崎嶇不平環境的運動中取得成功，因此有希望模擬他們對運動機構的選擇。但是由于若干原因，在這方面復制自

14、然界是很困難的。首先，在生物系統中，通過結構的復制可以容易的實現機械的復雜性。結合專業化知識，細胞分割技術可以很容易地制造出一個有幾百條腿和成千上萬根感知纖毛的千足蟲。在人造結構中，各部分必須單個的制作，因此不存在這種規模的機體。此外，細胞是能極小化的微觀組件，由于微小的尺寸和重量，昆蟲達到了人類制造技術還一直不能做到的魯棒性水平。 由于這些限制因素，一般移動機器人要么用輪式的機構，要么使用有關節的腿式機構。2.2 移動式機器人分析移動式機器人分析步行式機器人分析步行式機器人分析步行式機器人受到生物學上的很多啟發，因此檢驗一下生物學上成功的有腿系統是有益的，許多不同腿的結構已經在各種各樣的生物

15、體成功的存在。大型動物，如哺乳動物和爬行動物有四條腿，而昆蟲有六條腿甚至更多。某些哺乳動物僅靠兩條腿行走的能力已經很完美。尤其是人類，平衡能力已經進展到甚至可用單腿進行跳躍的水平。這種異常的機動性是以很高的代價得來的，保持平衡的更復雜的主動控制。 假定三條腿的動物能保證其重心處在地面接觸的三腳區內，它就能展示靜止穩定的姿態。如三條腿的凳子所展現那樣，靜止穩定性意味著不需要運動而保持平衡。在沒有外力時，穩定性小的偏離會被動地予以校正而趨向穩定的姿態。 但是機器人必須抬腿行走，為了能達到靜態行走機器人必須至少有六條腿。在這種結構下，有可能設計出一種步態。按此，腿的靜態穩定三腳區總是與地面接觸。 昆

16、蟲和蜘蛛一出生立即能行走，對它們來說，行走時的平衡問題比較簡單。四條腿的哺乳動物一出生不能立即穩定的行走，但是它們能很容易的站立。比如野生動物，在它們能站起來之前要花好幾分鐘來嘗試，然后又要花好幾分鐘學習行走而不摔倒。兩條腿的人類，剛出生是不可能以靜止穩定方式站在一個位置。嬰兒需要幾個月才能站力和行走，甚至需要更長的時間來學習跳躍、跑步和單腿站立。 各個腿的復雜性種類繁多，也存在潛在的能力。再者，生物世界提供了豐富的處于兩個極端的例子。例如，毛蟲利用液壓，通過構件體腔和增加壓力使各腿伸展，而且通過釋放液壓使各腿縱向的收回，然后刺激單個可拉伸的肌肉，牽引腿靠向身體。各腿只有一個自由度，它沿著腿縱

17、向的定方向。向前運動依賴于體內的液壓，它能伸張兩腿間的距離。毛蟲的腿在機械上很簡單，即利用少數的外表肌肉完成了復雜的整體運動。在另一極端，連同腳趾的深層刺激，人腿有七個自由度以上的自由度，十五個以上的肌肉群，激勵八個復合的關節。在步行式移動機器人情況下，通常要求至少兩個自由度，通過提起腿和將腿擺動向前，使腿向前運動。盡管迄今為止步行機器人還沒有大量的工業應用，但是腿式運動仍是一個長期研究的重要領域。腿式機器人數目最少的是單腿機器人。有幾個理由說明，使腿的數目盡量少是有益的。機身的質量對行走機器人是十分重要的，而一條腿使累加的腿的質量最小。當機器人有幾條腿時，就要求腿之間的協調，一條腿就不需要這

18、種協調了。也許最重要的是，單腿機器人使腿式運動的基本優點最大化：在全跟蹤的場合，如輪子一樣，腿與地面只有一個接觸點。單腿機器人只需要一系列的單點接觸，就能經受最粗糙的地形。而且取一個跑步的起點，跳躍的機器人可動態的跨過比它步伐大的溝隙。制造單腿機器人的主要困難是保持平衡。一條腿的機器人不僅不可能靜態行走，而且在靜止時保持靜態穩定也不可能。機器人或者改變他的重心，或者給出校正力，總之必須主動自我平衡，因此成功的單腿機器人必須動態的穩定。在過去的十年中，已經展示了各種類型成功的雙腿機器人如圖 2，已經證明雙腿機器人能跑、跳和上下樓梯行走，甚至玩空中把戲，如翻跟斗等。在商業部門，本田和索尼公司在過去

19、十年已經做出了重大的進展，并已能制造出高功能的雙腿機器人。兩個公司設計的小型、有動力的關節，實現了現有商業伺服機聞所未聞的功率和重量性能指標。這些新的智能伺服機，不僅提供了強大的激勵，而且用轉矩感知和閉環控制方法提供了柔性的激勵。索尼夢想機器人 SDR-4X 模型是 1997 年開始研究的結果，它以運動表演和交際娛樂為基本目的。這個具有 38 個自由度的機器人，為了聲音的精細定向、基于圖像的人員識別的單板微型立體景深圖像的重構以及有限的語音識別，裝 圖 2有七個麥克風。給定了流動性和運動表演的目標，索尼公司花費了巨大的經歷設計了標準的應用系統的運動，這能使他們的技術人員能以簡單的的方式編排舞蹈

20、。步行式機器人一個最重要的特征是他們像人的外形。他們可以制造成和人相近的尺寸，這使得它們在人機交換的研究中成為出色的交通工具。 圖 3 盡管四腿站立不動可以被動的穩定住，但要行走仍具有挑戰性。因為在步行期間，為了保持穩定，機器人的中心必須主動的偏移。最近，索尼投資數百萬美元開發一個叫最做 AIBO 的四腿機器人。為了制作這個機器人，索尼開發了近實時的新機器人操作系統和新的嚙合伺服電機。它具有足夠大的力矩支持機器人，還保證安全的可向后運動。四退機器人如圖 3，在人機交互研究中，具有當作有效人造物的潛能。比如，人類可以像對待寵物一樣對待機器人，并可以像人和狗那樣發展感情。由于行走期間的靜態穩定性降

21、低了控制復雜性，六腿結構在移動機器人學中曾經很流行。如圖 4 六腿機器人在大多情況下，各條腿有三個自由度，包括臀部彎曲、膝蓋彎曲和臀部外展。昆蟲被證明是地球上最成功的運動生物，它們擅長于用六足穿越所有形式的地形，甚至倒著行走。目前，人造六腿機器人于六腿昆蟲的性能之間的差距仍然很大。有趣的是，這并不由于機器人缺乏足夠的自由度，而是因為昆蟲把為數不多的主動自由度于被動機構結合起來，如細微倒毛和和質地粗糙的肉趾，這極大的增強了各腿的爪力， 圖 4機器人學對這種被動的末端結構的深入研究才剛剛開始。 步行式運動是機器人和地面之間的點接觸為特征。其主要優點包括在粗糙地形上的自適應性和機動性。因此只需要一組

22、點接觸，所以只要機器人能夠保持適當的地面步距，這些點之間的地面質量是無關緊要的。另外，只要步行機器人的步距大于洞穴的寬度，他就能跨過洞穴和裂口。步行式機器人的最后一個優點是，有高度的技巧來操縱環境中的物體。舉一個精彩的昆蟲例子，即是甲殼蟲，它用靈巧的前肢在運動的同時能夠滾動一個球。步行機器人運動的最主要的缺點包括動力和機械的復雜性。步行機器人的腿可能包括幾個自由度，必須能夠支撐機器人部分總重量，而且在許多機器人中，腿必須能夠抬高和放低機器人。另外，如果腿有足夠的數量自由度，在許多不同的方向給予力，機器人就能實現高度的機動性 輪式機器人輪式機器人輪式機器人主要有四種輪子類型，在運動學方面他們差別

23、很大。因此輪子類型的選擇對移動機器人的整個運動學有很大的影響。標準輪（圖 5）和小腳輪（圖 6）有一個旋轉主軸，因而是高度有向的。在不同的方向運動，必須首先沿著垂直軸操縱輪子。這兩種輪的主要差別在于標準輪可以完成操縱而無 圖 5 圖 6副作用，因為旋轉中心經過接觸片著地，而小腳輪繞偏心軸旋轉，在操縱期間會引起一個力，加到機器人的底盤。瑞典輪和球形輪二者的設計比傳統的標準輪受力方向的約束少一些。瑞典輪的功能與標準輪一樣，但它在另一方向產生低的阻力。該方向有時垂直與常規方向，有時在中間角度。球形輪是（圖 7）一種真正的全向輪，經常被設計成可以沿任何方向受動力而旋轉。實現這種球形構造的一種機構模仿了

24、計算機鼠標的結構。無論用什么輪，在為所有地形環境設計的機器人和具有三個以上輪子的機器人中，正常情況下需要一個懸掛系統以保持輪子與地面的接觸。一種最簡單的懸掛方法是輪子本身設計成柔性的。例如，在某些使用小腳輪的四輪室內機器人情況下，制造廠家已經把軟橡膠可變形的輪胎用在輪上，制作基本的懸掛體。當然，這種有限的解決方案不能與應用中錯 圖 7綜復雜懸掛系統相比擬。在應用中，對明顯的非平坦地形，機器人需要更動態的懸掛系統。輪式機器人類型的選折與輪子裝配或輪子幾何特征的選擇密切相關。移動機器人的設計者在設計輪式機器人的運動機構時，必須同時考慮這兩個問題。為何輪子的類型和輪子的幾何特征如此重要？因為機器人的

25、三個基本特征由這些選折所支配：機動性，可控性和穩定性。一些機器人是全向的，這以為著他們可以在任何時候沿著地面（x,y）向任意方向運動，包括機器人繞它自己的垂直軸轉。這一層次的機動性需要能朝一個以上方向運動的輪子。所以，全向機器人經常使用有動力的球形輪。在研究領域中，可實現高度機動性的其他類的移動機器人是很普遍的，它們只比全向結構機器人稍微差一點。這種類型的機器人，在特定方向上的運動可能開始需要一個旋轉運動。一般來說，可控性和機動性之前存在著逆向關性。例如，對全向裝置，諸如四小腳輪結構，要求效果顯著的處理能把期望的轉動和平移的速度轉換成單個輪子的命令。而且，這種全向裝置經常在輪子上有較大的自由度

26、。對一個特定的行走方向，控制全向機器人也比較困難，而且當它與比較小的機動性裝置比較時往往準確度較低。迄今為止，輪子一般是移動機器人學和人造交通車輛中最流行的運動機構。它可以達到很高的效率，而且運用比較簡單的機械就可實現它的制作。另外，在輪式機器人設計中，平衡通常不是一個研究的問題。因為在所有的時間里，輪式機器人一般都被設計成在任何時間里所有的輪子均與地接觸。因而，三個輪子就足以保證穩定平衡。輪式機器人研究傾向于把重點放在牽引、穩定性、機動性及控制問題，而不是擔心平衡。為覆蓋所有的預期地形，機器人的輪子能否提供足夠的牽引力和穩定性，機器人的輪子結構能對機器人的速度進行有級的控制嗎。.總之，沒有理

27、想的驅動結構可以同時使穩定性、機動性和可控性最大化。各移動機器人的應用對機器人設計問題上唯一的約束，而設計者的任務就是在折衷的空間中，選擇最合適的可行的驅動結構。圖 8 給出了輪子結構的概述，按輪子數目的排序，表中描述了特殊輪子類型的選擇和機器人底盤上他們幾何結構的兩個方面。圖 8 本機器人的驅動方式本機器人的驅動方式步行式機器人在行走時總得不停的調整重心以保證不會跌倒，此時控制器必須不斷的將機器人的平衡狀態反饋回來，然后機器人不停地改變加速度或者重心的位置以滿足平衡或定位的要求。這種機器人結構復雜動靜平衡不好控制，步態的調整也是一難點而且速度緩慢，同時價格昂貴。輪式機器人可以不用考慮自身的平

28、衡問題，而且結構簡單，價格便宜，制作方便，因此通過步行式機器人與輪式機器人的比較，以及我們模擬環境的分析，采用輪式機器人是最佳的選擇。我們的模擬物流機器人采用的是三輪式機器人，因為三個輪子就足以保證機器人的穩定平衡，再者我們所模擬的地形是光滑的地板，并非崎嶇不平的地形，所以選折了三輪子來支撐機器人. 機器人的前端有一個無動力萬向輪，之所以選擇萬向輪為前端操縱是因為它可以實現任意方向旋轉，行走極其靈活。機器人的后端有兩個獨立的驅動輪，他的作用主要是牽引機器人。驅動輪的動力源為兩個小型的伺服電機，可由程序對其的轉速等參數進行設置。2.3 機器手分析機器手分析我們的模擬物流機器人所搬運的物體是乒乓球

29、，我們考慮的是用帶有連桿機構的機器手爪（如圖 9）來抓取乒乓球以實現對乒乓球的搬運。因此機械手是整部機器人的關鍵部分。 圖 9手抓抓取物體要的最基本的動作就是張開手抓和閉合手抓。因此我們選用了連桿機構，連桿機構加工方便，價格便宜，運動靈活，比較容易實現抓取動作。其動作過程如下：首先由電機驅動的桿 1 通過齒輪嚙合帶動桿 2，同時桿 1 和桿 2 通過連桿機構帶動其余的桿進行物體的抓取和釋放,抓取還是釋放由電機的轉動方向來控制，通過編程即可對其控制。機器手爪制作是用鋁材料制作的，鋁材料質量相對對鐵輕很多，電機驅動時的負荷不是很大。由于是金屬材料制作的手抓，其抓取乒乓球時與乒乓球接觸的部位要添加些

30、棉花之類的，目的是避免打滑不至于被夾取的物體脫落。接下來分析乒乓球，目前通用的乒乓球的直徑為 40 毫米，重量為 2.7克。我們的機器手爪的最大張開距離約有 50 毫米，閉合距離為 30 毫米，因此實現乒乓求的夾取是完全合理的。2.4 其他方面分析其他方面分析我們采用的電源是 6V 的直流電源，由 4 個 1.5V 的電池組成（如圖 10）。電池安放在電池槽中，由于底盤下端的空間不足，電池槽由螺釘固定在底盤的上端。這種 1.5V 電池價格便宜，易于購買，拆卸方便，電源恒定。 圖 10我們采用的是六個觸頭的巡線傳感器（如圖 11），分別有六個指示燈，當其檢測到物體時，則該觸頭的指示燈亮，提示我們

31、某個觸頭正在工作。六個觸頭分別用螺釘固定在底盤的下端，需要注意的是觸頭與金屬底盤必須絕緣，否者 圖 11造成短路現象，導致傳感器失效。我們的電路控制板（如圖 12）是安放在機器人底盤的上端，也由螺釘固定。安裝在上端的好處是方便設計者的安裝與調試。圖 12第三章第三章 機器人總體機械結構的設計機器人總體機械結構的設計3.1 總體結構設計總體結構設計如圖為總體結構圖，其主要由如下的零部件組成：1 號零件：驅動輪，數量兩個 2 號零件：螺柱，數量四個3 號零件：電機，數量三個4 號零件：萬向輪，數量一個5 號零件：手爪，數量一個6 號零件：電池盒，數量一個7 號零件：底盤，數量一個 圖 13 主視圖

32、 圖 14 俯視圖 圖 15 左視圖3.2 機器人的組裝機器人的組裝在機器人的組裝中我們用到了的工具有螺絲刀、螺釘、螺母、虎口鉗、榔頭、鋸子、銼刀等一系列器材。安裝第一步：首先安裝兩個驅動輪的電機，兩電機的安裝位置在底盤的后端，固定方式是用螺釘和螺母固定。每個電機的固定要用到四個釘和螺母。每個電機的四個端點都有專門給螺釘準備的通孔，為了車身的美觀我們應避免螺母露在外面，于是我們將螺母至于底盤的內側。我們所用的工具是螺絲刀，我們用螺絲刀擰螺釘的同時我們用手指將螺母固定，很快電機就安裝成功。安裝第二步：接下來我們安裝的是兩個驅動輪，兩個驅動輪是直接安裝在電機上，由電機直接驅動。驅動輪合電機的連接是

33、用葉片狀聯軸器，葉片聯軸器和車輪上均打有很細小的通孔，由于孔很細小我們找補找不到與之向匹配的螺釘來固定，于是我們決定用鐵絲將驅動輪和電機固定。我們用很直徑很小的鐵絲通過小孔將驅動輪和電機捆綁在一起。安裝第三步：電池盒的安裝相對較簡單，用螺釘直接固定在底盤的后上方即可。安裝第四步：萬向輪安裝在車身的前端，萬向輪要與后端的兩個驅動輪在通一水平上，但萬向輪的直徑卻遠遠小于驅動輪的直徑，所以我們要將萬向輪安裝在比較低的位置。我們將兩個較長的螺釘從底盤的正上方通過孔伸下來，我們用螺母將萬向輪固定在伸下來的螺釘上，這樣就能保證萬向輪與后端的兩個驅動輪在同一水平上，而且萬向輪的高度可調。安裝第五步：由于車身

34、的長度不夠，我們在車身的前端安裝了一塊小鋁板，這樣就能將車身的長度延伸。鋁板上所安裝的是電機與手爪。首先說電機的安裝，手爪驅動電機的安裝方式與驅動輪驅動的電機安裝方向有所不同，區別在于驅動的電機是橫向安裝的，而手爪驅動電機的安裝是豎直方向安裝的，即電機軸朝正上方，固定方式是一樣的，也是由螺釘和螺母固定。安裝第六步：接下來是手爪的安裝，手爪也是由電機驅動的，手爪與電機的連接也是用葉片聯軸器。我們先將手爪的動力臂轉孔，然后通過孔將手爪和葉片聯軸器用鐵絲捆綁在一起。 圖 16最后是電子元器件以及傳感器的安裝。如圖 16 是我們機器人組裝后的實物。3.3 安裝時安裝時需要注意的問題需要注意的問題手爪與

35、電機的安裝聯接是一個難點，我們第一中方法是用螺釘將手爪與電機的軸固定在一起。當我們試驗手爪的時發現了問題，由于手爪是個比較大的附和，電機已經開始驅動時而手爪卻未有任何動作，經過仔細檢查發現在電機轉動時并沒有帶動手爪運動而是和螺釘在重復的旋合著。發現問題后我們馬上思考第二種方法，我們用葉片聯軸器將手爪和電機進行固定。首先我們在手爪上轉孔，通過螺釘將手爪聯軸器固定，再將聯軸器安裝到電機上，當我們再次啟動電機時，手爪實現了它的嚙合功能。檢查各個零件之間的有沒有松動的地方，發現有松動的地方馬上進行固定。藉此模擬物流機器人在我們的這么多天的努力下終于安裝完成，雖然過程有些坎坷，但正是因為我們出現問題，并

36、解決問題，這使我們的動手能力以及思維能力都有了很大的提高。萬向輪的安裝重點是必須與后驅動輪在統一水平線，這樣就能能保證機器人行走時的平穩性，因此保證三輪在同一平面是非常重要的一個問題。電池槽的安裝非常重要，因為電池槽是所有零部件質量最重的，因此它的安裝應在底盤的中心，否者會造成重心偏移，機器人行走時前端或后端可能會出翹起的現象，這樣穩定性就差了很多，因此保證機器人的重心不偏移是一個重要問題。電機的安裝由螺釘固定，每個電機都由四個螺釘固定，在安裝電機時要注意螺釘的旋合。我們應將四個螺釘的旋合進給量均勻分配，即先稍微固定互為對角先的一組螺釘，然后在稍微擰一下另外一對螺釘，這樣電機受力平均，固定的效

37、果最佳，不會給電機帶來損害。萬向輪原本計劃是用螺釘固定在螺柱上，但難以保證萬向輪能與其他兩輪在同一水平面上。于是我們采用了長的螺釘與螺母的配合來固定萬向輪（如圖 17） ，這樣的好處是萬向輪的高低位置可調，解決了我們難以將三輪保持在同一水平面上的難題。 圖 17 對于大多數機器人來說，一般都是將驅動輪直接安裝在電機軸上，所以電機安裝的問題勢必涉及到了驅動輪的安裝。在安裝時應注意以下問題：當使用一對車輪驅動時，要讓左、右車輪處于同一平面內，如圖 18 那樣左右車輪高低不同是不可取的。檢查的方法很簡單，將機器人放置在一光滑的平面上，仔細觀察所有輪子是否同時接觸地面，以及機器人是否傾斜，或者在每個驅

38、動輪上的正上方給一個正壓力，觀察機器人是否會晃動。 圖 18對于雙輪驅動軸系統還要注意確保兩驅動輪的軸線處于同一前后位置上（如圖 19） ，這是保持兩驅動輪的對稱性。操作起來很容易，只要在向驅動輪安裝底盤上事先做好標記有可以了。圖 193.3 機器人的效果圖機器人的效果圖下圖為 CAD 繪制的效果圖：1機器人的頂部效果圖底部效果圖 圖 202 機器人底部效果圖 圖 21第四章第四章 課題總結課題總結 大三下學期，我開始了我的畢業設計的忙碌工作。本學期的第 5 周，我接到老師分配的選題通知后，開始著手畢業設計的準備工作。我們組的畢業設計是要制作出一物流機器人的機械人，而我的具體工作是機器人的總體

39、設計。首先要確定機器人的總體方案，我去學校的圖書館，閱覽室找與物流機器人相關的書籍。同時還利用網絡搜集等各種方式方法，盡量使我的資料完整、精確、數量多。最后在通過在資料中的選擇確定設計方案。方案確定后我先用 CAD 繪制三維立體圖讓大家看看方案的效果，然后進行討論研究，有不足的地方及時進行修改。最后每個零件的三維立體圖轉換為二圍的工程圖進行加工制作。零件加工完成后，我們開始了機器人的安裝。歷時兩個月的時間，我們的機器人在我的努力下終于完成了機器人的制作。雖然完成了機器人的制作，但我們的機器人仍存在著缺點。最大的缺點是機器人只有一個自由度，即手爪只能夾取，不能上下移動。 圖 22如圖 22 所示

40、是我們最早設計的具有兩個自由度的方案，即手爪除了能夾取物體外還能上下運動。但由于制作復雜，造價也比較貴，所以我們就沒有采用這種方案。通過機器人的制作我的機械技術水平、計算機技術水平和傳感器技術水平都由了相應的提高。接下來是畢業論文的撰寫。從最初的不知到如何下手，到對思路逐漸的清晰，整個寫作過程難以用語言來表達。尤其是遇到困難，我會覺得無從下手，不知從何寫起；當困難解決了，我會覺得豁然開朗，思路打開了；當論文經過一次次的修改后，基本成形的時候，我覺得很有成就感。同時，我也在思考，畢業論文的完成預示著什么？預示著我即將畢業，即將走出可愛的校園步入社會的大講堂，開始我的又一個新的人生旅程。那么，我應

41、該記下一些東西，對我的畢業論文做一個總結，劃上一個完整的句號。我做了很多論文的準備工作，首先是收集機器人論文相關的資料。例如有關移動機器人的書籍、報刊、雜志等等。并且對我們制作的機器人進行拍照，這有利于論文的撰寫。然后，我認真對資料進行分類，理論的、實際的例子、圖片等等相關內容整理出來，列出提綱，再與老師進行溝通。我的論文題目是“論機械結構總體設計”。我按照論文的提綱，開始撰寫畢業論文。在此期間，與老師 或短信以及利用 E-mail 進行溝通。我覺得從與老師的溝通過程中，我能學到很多東西，老師可以從另外一個角度來啟發我。在我論文撰寫過程中，對我的積極鼓勵和十分耐心、細致的指導，給我許多非常有益的幫助，使我的論文由十分粗糙，結構和思路相當混亂，我自己非常不滿意的狀態(導師在我感到論文撰寫非常焦急和逼迫時候，給了我許多積極的鼓勵和寬慰，并提供給了我許多有益指導和熱心幫助大的在論文參考書目的提供，思路框架的建構，和論點的提煉整合方面的指導，小的在語言組織的表達完善，細到一個標點的修改和一個索引的核正方面的幫助，在導師指導下深入閱讀和整合收集的材料，重新熔鑄我的論文,在多次修改的情況下)逐漸轉變