手动机器人的设计和优化研究.pdfVIP

1绪论 1.1选题背景 “亚太大学生机器人大赛国内选拔活动”于2002年由 “亚洲太平洋地区广播电 视联盟”（ABU）倡导，中国每年一届，以选拔国内的冠军队参加亚太区桂冠的争夺。赛 事由主办国确定，各参赛高校根据不同的主题设计制作出合适的机器人参加比赛。其 宗旨是培养青少年接触、探索高新科学技术的兴趣与爱好，提高各参与高校的科技水 平，为机器人工业的发展发掘和培养后备人才力量。 ABU ROBOCN 机器人大赛是有别于其他国内或国际各种机器人竞赛的比赛。它是由中国，日本，泰 国，新加坡和硬度尼西亚组成理事会的“亚洲太平洋广播联盟” （亚广联）举办的每年 度的重大国际性赛事。比赛的宗旨是着力培养各国青少年对于高科技的兴趣与爱好， 提高各参与国的科技水平，为机器人工业的发展发掘和培养后备人才。各个亚广联的 成 机构都有权参加该项目的比赛，但参赛的对象仅限于各国的大学生或者工科院校 的学生。 它的前身是1988年日本广播协会的机器人比赛，于2002年由“亚洲太平洋广播联 盟”（亚广联）正式组织成为每年一度的重大国际性赛事。 对于每个国家来说，ROBOCON机器人大赛均可分为前期的国内赛（挑选出可以参加 国际赛的代表队），和后期的国际赛。 截至今年我国已经成功举办了十二届该项赛事，我院2005年开始参加该项赛事， 到今年是第十届。在过去几届中，机器人的定位采用码盘加陀螺的算法使机器人的定 位有了很大突破。但是随着全国各个高校技术的革新，码盘加陀螺的算法显然已不能 满足我院机器人的定位要求，所以今年我们在去年有接触到摄像头的基础上进行摄像 头的开发与调试。机械上主要还是采用自主加工的方式，使得机械的可靠性和机构的 多样性有了保证，机械的设计水平也在不断的提高，新颖的机构越来越多，现在我国 在这项赛事中处于领先水平，尤其是电子科技大学的设计思路和调试方法值得国际上 参赛各高校的借鉴和学习，今年我校应用的摄像头是自主开发和调试的，相对以前在 定位上有了明显的提高。 1 我院机器人队从2005年到现在已经经历了九届比赛的洗礼，取得了可喜的成绩， 同时也积攒了宝贵的比赛经验。2014年举办的“第十三届全国大学生机器人大赛”我校 将第十次参加该赛事。我院目前的最好成绩是全国四强，在全国众多参赛院校中处于 中上水平。还需进一步提高，为跻身于全国强队之列而努力奋斗。 1.2研究内容 本人是机器人队机械组的 ，与队友们一起负责对手动机器人（Manual Robot）自动机器人（Automatic Robot）的机械系统设计制作及其配合工作。本设计主要针对手动机器人的设计和优化 进行研究。 今年参赛的机器人从规则上可以看出，两个机器人的配合程度相对以往都有了明 显的提高，总体方向是按着更加人性化的方向发展，即使机器人更像是“人”，能够去 完成人的一些动作。今年的机器人在配合上要求的严格程度和木桶原理类似，若有“ 块短板”便会影响整个任务的完成情况，以致决定最后的胜负。因此所有的结构都是经 过队内统一探讨和实际试验后才能拿出最后的方案。并且在机器人研究过程中我们首 先需要仔细和反复的研读比赛规则，时刻关注大赛官网的动态变化，遇到规则中有不 理解的地方及时在官网中向工作人 咨询了解。弄清规则上各个细节说明，画出模糊 概念，猜想出题人的意图，并在制定比赛策略时，考虑全面，避免在准备工作中做些不 必要的工作，做到万无一失。而只有这样才能提出功能设计方案并对其进行深刻论证 。接下来就可以确定机器人的参数，进行初步的结构设计，并且开列外购清单。在确保 合理性和安全性的前提下，我们紧接着就要投入到加工制作中去了，机器人的大部分 零件都是我们自己加工制作的，像齿轮、同步带轮、阶梯轴、轴承座、电机座等都是我 们自己设计并在机械实验室自己加工出来的，机器人的底盘和其他支架也是我们自己 通过铝焊加工的。在机械零件加工制作完成后，再将其装配成整体，之后交给电控组 布线、调试，在调试过程中机械组会根据调试的情况对机械结构进一步的优化和维护 ，最终定下一套稳定的完成任务的方案，并确定我们最终的参赛的机器人。 手动机器人的设计是整个机器人的设计和制作的一部分，遵循整体设计要求，设 计过程也经历了：方案的提出，参数的确定，具体设计和加工，调试和优化的过程。其 工作流程如图1.1所示。 2 熟悉比赛规则