展館導游機器人輪式行走系統(tǒng)設(shè)計

展館導游機器人輪式行走系統(tǒng)設(shè)計,展館導游機器人輪式行走系統(tǒng)設(shè)計,展館,導游,機器人,輪式,行走,系統(tǒng),設(shè)計 開題報告 學 生 姓 名： 學 號： 專 業(yè)： 設(shè)計(論文)題目： 展館導游機器人輪式行走系統(tǒng)設(shè)計 指 導 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）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導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處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于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 導游機器人是近年來發(fā)展的比較快的一種服務機器人。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 展館導游機器人是一種服務型的智能機器人。近幾年來，隨著旅游業(yè)的快速發(fā)展，導游機器人越來越受到人們的重視[1]。展館導游機器人也承擔著越來越多的任務，正在接近人類導游的水平，并且在某些方面已經(jīng)超越人類導游，比如：翻譯，有的機器人甚至會十幾種語言。展館導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，機器人參加導游使得展覽館增加經(jīng)濟效益和社會效益。研究展館導游機器人行走機構(gòu)，可以使導游機器人在展館中隨意行走，既使得導游機器人變的更人性化，又可以最大限度的發(fā)揮導游機器人的作用。 2 國內(nèi)外展館導游機器人行走機構(gòu)的發(fā)展狀況及趨勢 目前已經(jīng)應用的導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)計一種輪式的導游機器人行走機構(gòu)。 第一臺導游機器人的出現(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導游服務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。該公司研制的第二代導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游機器人」，是一臺具有跟游客高度互動能力的多用途導游機器人，可在各大博物館、美術(shù)館、科學教育館擔任導游員的工作，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、導游的機器人。這種導游機器人高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)行導游任務，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]。 隨著科學技術(shù)的日新月異，導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雜、柔性的動作，能講十幾門語言。未來導游機器人的發(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 [1] 王炎，周大威. 移動式服務機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及我們的研究[J]. 電氣傳動，2000,(4):26~33. [2] 陳軍，陳振華，李素平. 迎賓機器人輪式移動工作臺的設(shè)計與控制方法研究[J]. 機械制造，2009,47(543):24~26. [3] 謝森林，董曉慶. 智能導游相器人的研制[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). 科學出版社,2005. [7] 張毅，羅元，鄭太雄. 移動機器人技術(shù)及應用[M]. 電子工業(yè)出版社,2003. [8] 宗光華. 機器人的創(chuàng)意設(shè)計與實踐[M]. 北京：航天航空大學出版社,2004. [9] 蔡自興. 機器人原理及其應用[M]. 長沙：中南工業(yè)大學,2000. [10] 周佰英. 工業(yè)機器人設(shè)計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,1995. [11] 王曉鳴. 電機的單片機控制[M]. 北京：北京航空航天大學出版社,2002. [12] 張富學. 傳感器應用及其電路精選[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，1992. [13] 熊有倫. 機器人技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 武漢：華中理工大學出版社，1996. [14] 龔振邦. 機器人機械設(shè)計[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，1995. [15] 吳瑞祥. 機器人技術(shù)及應用[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，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 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 該同學的“文獻綜述”是在較好的理解和分析設(shè)計任務書的要求，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。預計通過努力能完成機器人行走系統(tǒng)的設(shè)計任務。 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日