1、 毕业设计开题报告毕业设计开题报告 （含文献综述、外文翻译） 题 目 全向移动机器人底盘设计 2 开题报告开题报告 1. 选题的背景和意义选题的背景和意义 1.1 1.1 选题的背景选题的背景 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
2、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
3、 1.2 选题意义选题意义 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 3 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
4、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。 2.2.设计内容和关键问题设计内容和关键问题 2.1 2.1 主要设计内容主要设计内容 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
5、，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 2.2 拟解决的关键问题拟解决的关键问题 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。 4 3.设计的方法及措施设计的方法及措施 3.1 方法及措施方法及措施 3.1.1 三轮机构三轮机构 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
6、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 如图（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 5 度和运行方向的控制。两个被动
