展館導(dǎo)游機器人輪式行走系統(tǒng)設(shè)計
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開題報告
學(xué) 生 姓 名:
學(xué) 號:
專 業(yè):
設(shè)計(論文)題目:
展館導(dǎo)游機器人輪式行走系統(tǒng)設(shè)計
指 導(dǎo) 教 師:
2011年3月18日
開題報告填寫要求
1.開題報告(含“文獻綜述”)作為畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下,由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(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)計的電子文檔標準格式(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)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見;
3.“文獻綜述”應(yīng)按論文的格式成文,并直接書寫(或打印)在本開題報告第一欄目內(nèi),學(xué)生寫文獻綜述的參考文獻應(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)當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求,一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。
開 題 報 告
1.結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(論文)課題情況,根據(jù)所查閱的文獻資料,每人撰寫
2000字左右的文獻綜述:
文 獻 綜 述
摘要 導(dǎo)游機器人是近年來發(fā)展的比較快的一種服務(wù)機器人。本文介紹了國內(nèi)如:哈工大、臺灣精密機械研究發(fā)展中心對導(dǎo)游機器人的一些研究成果,也介紹了國外:如英國、韓國、日本等國機器人的一些研究成果。并對它們的行走機構(gòu)進行的一些淺顯的分析,總結(jié)了各種行走機構(gòu)的一些特點。
關(guān)鍵詞 輪式行走機構(gòu) 腿式行走機構(gòu) 人機交流
1 研究本課題的意義
展館導(dǎo)游機器人是一種服務(wù)型的智能機器人。近幾年來,隨著旅游業(yè)的快速發(fā)展,導(dǎo)游機器人越來越受到人們的重視[1]。展館導(dǎo)游機器人也承擔著越來越多的任務(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,有的機器人甚至會十幾種語言。展館導(dǎo)游機器人不僅可以將人類從勞動中解放出來,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,機器人參加導(dǎo)游使得展覽館增加經(jīng)濟效益和社會效益。研究展館導(dǎo)游機器人行走機構(gòu),可以使導(dǎo)游機器人在展館中隨意行走,既使得導(dǎo)游機器人變的更人性化,又可以最大限度的發(fā)揮導(dǎo)游機器人的作用。
2 國內(nèi)外展館導(dǎo)游機器人行走機構(gòu)的發(fā)展狀況及趨勢
目前已經(jīng)應(yīng)用的導(dǎo)游機器人的行走機構(gòu)有輪式、履帶式、腿式等[2],本課題旨在設(shè)計一種輪式的導(dǎo)游機器人行走機構(gòu)。
第一臺導(dǎo)游機器人的出現(xiàn)是在1995年倫敦舉行的歐洲有線通訊博覽會上,在這場博覽會上這個機器人明星出盡了風頭。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。這個機器人只有半米高,行走機構(gòu)采用的是四個輪子的輪式行走機構(gòu)。它圓圓的大腦袋上有兩個茶杯口大小的眼睛,閃閃地發(fā)著藍光。眼睛里裝的是小型雷達,用來探測周圍的行人和物體。它可以自動躲避障礙物,從一個展臺走向另一個展臺。
國內(nèi)導(dǎo)游機器人做的比較好的有哈工大等一些高校[3]。
1996年11月26日,由哈工大機器人研究所研制的我國首臺智能型DY-I導(dǎo)游服務(wù)機器人在哈工大邵館與觀眾見面。該機器人由伺服驅(qū)動系統(tǒng),采用輪式行走機構(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)游機器人由蓄電池供電,可連續(xù)運行四小時,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)游機器人增加了多媒體功能,具有自動查詢和場景解說等本領(lǐng)[4]。
2002年2月7日,哈工大研制的兩個可愛的智能機器人“探探”和“夢夢”。這兩個機器人的行走機構(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)游機器人。這個集視覺、運動、避障、會眨眼睛和張嘴說話等功能于一身的新一代智能服務(wù)型機器人,身高1.7米,體重100公斤,兩只眼睛很大,上肢活動自如,下肢為輪式設(shè)計,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,是渾身上下裝滿了12個作為感覺器官的超聲波傳感器,這使它的感官非常靈敏,還可以準確地判斷出對面的障礙物是人還是物體。機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,不僅有會動的眼皮,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。這個機器人不僅可以與普通人進行日常對話,還可以依靠其底座的輪式行走機構(gòu)在室內(nèi)自由行走。如果在行進過程中前方遇到人,它可通過自己的攝像頭迅速做出決策,選擇與人打招呼、進行語言交流;而一旦前面遇到了障礙物它也不會慌張,而是選擇調(diào)轉(zhuǎn)方向擇路走。此外,機器人的胸部由人際互動系統(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)明了一款先進的人形機器人--- Rob Thespian,它會講15種語言,具有幽默感,甚至可以模擬你的動作。這款機器人采用壓縮空氣驅(qū)動,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。這款機器人有三個版本,分別為簡化版、標準版、豪華版。它還可以在各種活動上充當“導(dǎo)游”。豪華版的Rob Thespian機器人擁有更為先進的功能,如有動力裝置的兩腿,可定制項目。Rob Thespian機器人會說標準的問候語,而且還會模仿人的動作;這款機器人具有觸摸屏界面,能使用戶提前編制一系列動作。該機器人采用的是比較復(fù)雜的腿式行走機構(gòu)[7]。
臺灣精密機械研究發(fā)展中心目前已完成第二代導(dǎo)游機器人的研發(fā)試運行。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導(dǎo)游機器人」,是一臺具有跟游客高度互動能力的多用途導(dǎo)游機器人,可在各大博物館、美術(shù)館、科學(xué)教育館擔任導(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、精準的定位、避障、導(dǎo)航能力,電容式觸控屏幕與生動的圖形化人機接口,也具有播放影片、投影片或動畫的能力!該款機器人的行走機構(gòu)也是采用的輪式行走機構(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)游的機器人。這種導(dǎo)游機器人高1.35米,重50公斤。其體形近似方柱體,頭部為一個觸摸式液晶顯示器。位于機器人下部的驅(qū)動裝置,可使機器人在平坦地面上移動。機器人體內(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行簡要回答。游客還可通過機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,機器人能夠為游客帶路,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。該機器人也是采用的輪式行走機構(gòu)[9]。
日本豐田公司新研發(fā)了一個導(dǎo)游機器人,這個名為“羅比娜”的機器人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),該機器人的行走機構(gòu)采用的是輪式行走機構(gòu)[10]。
綜合上述實例,我們不難發(fā)現(xiàn),輪式行走機構(gòu)在導(dǎo)游機器人的設(shè)計中是最常見的行走機構(gòu),因為輪式行走機構(gòu)的相比較其它行走機構(gòu)有著以下幾點優(yōu)勢:1、輪式行走機構(gòu)的設(shè)計比較簡單,且成本較低。2、輪式行走機構(gòu)運動非常平穩(wěn),可靠性高[11~13]。
隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異,導(dǎo)游機器人也在不斷的更新?lián)Q代,從一開始只會做些生硬、簡單動作,只會講一門語言到能做各種各樣復(fù)雜、柔性的動作,能講十幾門語言。未來導(dǎo)游機器人的發(fā)展將會朝著高人性化、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
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[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,費仁元. 制造業(yè)自動化[J]. 2008, 22(6):84~85.
[5] 朱磊磊,陳軍. 輪式移動機器人研究綜述[J]. 機床與液壓, 2009, (8):242~246.
[6] Gordon McComb,Myke Predko[M]. 龐明,王曉宇,任宗偉 [譯]. 機器人設(shè)計與實現(xiàn). 科學(xué)出版社,2005.
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[13] 熊有倫. 機器人技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 武漢:華中理工大學(xué)出版社,1996.
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[15] 吳瑞祥. 機器人技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1994.
開 題 報 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:
(1)機器人的行走部分設(shè)計
① 行走驅(qū)動部分設(shè)計
驅(qū)動部分的設(shè)計,也就是驅(qū)動電動機的選擇和放置的位置,本設(shè)計擬采用小功率的伺服電機作為驅(qū)動,電動機放置在平板上傳動軸的上面。
② 行走部分減速器各級傳動比的分配
由于機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比將會在后面的設(shè)計中被確定。
③ 傳動裝置的運動和動力參數(shù)
傳動裝置使用是可靠的齒輪和軸之間的力的傳遞,本設(shè)計擬采用渦輪蝸桿的傳動方式。既可以簡化機構(gòu),又能保證傳動的平穩(wěn)性。
④ 行走減速器的選擇
由于電機的轉(zhuǎn)速較大,故選用的減速器應(yīng)當能夠有一個比較大的減速比,減速比較大會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)計計算和強度校核
傳動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《機械設(shè)計》課程中所學(xué)到的計算和校核公式進行計算和校核。
⑥ 軸承的選擇和校核
本設(shè)計中的軸承由于承受的主要是徑向力,即導(dǎo)游機器人的自身重力,故可以采用最常見的滾子軸承,尺寸的選用和強度的校核同樣是利用《機械設(shè)計》課本中的公式進行計算和校核。
(1)機器人轉(zhuǎn)向部分設(shè)計
① 電機選擇
轉(zhuǎn)向電機同樣是采用小功率的伺服電機。
② 轉(zhuǎn)向定位機構(gòu)
轉(zhuǎn)向定位機構(gòu)擬采用汽車上常用的艾克曼轉(zhuǎn)向機構(gòu),由后輪驅(qū)動,前輪負責轉(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構(gòu),轉(zhuǎn)向軸是豎直放置的,轉(zhuǎn)向時只承受切應(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,也影響到機器人整個外觀的美觀,故車輪選用的直徑不亦過大。但機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,車輪與傳動軸之間加一對軸承,以減小摩擦。
本次設(shè)計,打算先通過PRO\E軟件,對輪式行走機構(gòu)進行粗步的造型。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,電動機的放置位置等。然后再通過一系列的計算、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行修改,最終得出一個比較合理的設(shè)計。
開 題 報 告
指導(dǎo)教師意見:
1.對“文獻綜述”的評語:
該同學(xué)的“文獻綜述”是在較好的理解和分析設(shè)計任務(wù)書的要求,搜集并研究相關(guān)文獻資料的基礎(chǔ)上寫成的。綜述對機器人國內(nèi)外的移動機器人的研究及進展作了了解與分析,對自己將進行的設(shè)計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(論文)結(jié)果的預(yù)測:
本課題研究涉及到機器人行走和轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計、計算和計算機繪圖等多方面的鍛煉具有綜合訓(xùn)練作用。其中同時考慮結(jié)構(gòu)的輕量化、緊湊性和穩(wěn)定性,具有一定的難度及進一步深入探討的空間。預(yù)計通過努力能完成機器人行走系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)。
指導(dǎo)教師:
年 月 日
所在專業(yè)審查意見:
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展館導(dǎo)游機器人輪式行走系統(tǒng)設(shè)計
展館
導(dǎo)游
機器人
輪式
行走
系統(tǒng)
設(shè)計
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