毕业设计论文--机器人

摘 要 摘 要

煤矿救援机器人是一种能够在煤矿井下灾害环境遥控或自主导航工作的机器人，能代替煤矿的搜救队员深入井下，抢救矿难后被困矿工，并以这种方式减少甚至避免救护队员的伤亡。同时在煤矿爆炸事故后的探测救援过程中，救护人员在井下高温环境下负重作业，其体力以及氧气消耗都很大。救援机器人主要作用是代替救护人员搬运、转移伤员和遇难者至安全区域，而且救援机器人需要携带必要的救护设备和仪器，因此救援机器人应该具有足够大的尺寸和动力以及良好的续航能力。

首先，本文在满足上述要求的基础上，设计了煤矿救援机器人行走机构的机械部分。在综合比较后选择轮式的行走机构。同时考虑到救援机器人的特殊工作环境，通过链传动实现了各轮的同步移动，克服了轮式移动机构跨沟能力差及易打滑等缺点。参照 PACKBOT 机器人增加摆臂，机器人伸出摆臂有利于越障。

其次，详细设计了煤矿救灾机器人控制系统的硬件电路，包括数据采集单元电路、运动控制单元电路、编码器解析单元电路等。

关键字：轮式；同步移动；摆臂；数据采集；运动控制

I

摘 要 ABSTRACT

Coal mine rescue robot is one kind of robots used in underground destroyed coal mine. It can rescue trapped miners in the underground instead of mine rescue team after mine disaster. It will avoid casualties of mine rescue team in this way. At the same time after the explosion and the rescue process of detection in the coal mine, mine rescue team in underground load operation under high temperature environment, and their physical as well as consumption of oxygen is huge. A major role in the coal mine rescue robot is to replace the mine rescue team to transport, and transfer the wounded and the victims to a safe area. Rescue robots had to carry the necessary equipment and apparatus, so the rescue robot should have sufficient size and power and good endurance capacity.

First of all, on the basis of these requirements, I designed the mechanical parts of the coal rescue robot. In comparison, I choose the wheel body. At the same time, I take the special working environment for the coal mine rescue robot into account, so I try to achieve all-round mobile synchronization through the chain drive. And it can overcome the shortcomings of Wheeled Mobile institutions such as the cross-channel capabilities and easy to spin. In refer to PACKBOT robot, I design the arm for the robot, so it can across the barriers more easily.

Secondly, hardware circuit of robot control system is designed in detail, such as data acquisition unit circuit, motion control unit circuit; encoder analyzing unit circuit and so on.

Keyword：Wheeled；Sync mobile；Arm；Data Acquisition；Motion Control

II

目 录 目 录

1绪论............................................................ 1

1.1 引言 ........................................................ 1 1.2 设计背景、意义 .............................................. 1 1.2.1设计的背景和意义 ........................................ 1 1.3 设计基础 .................................................... 3 1.4 国内外研究与应用现状 ........................................ 4 1.5 本章小结 .................................................... 5 2行走机构方案确定 ................................................ 6

2.1 煤矿灾害现场特征 ............................................ 6 2.2 矿井灾害的非结构环境特征 .................................... 7 2.3 行走机构方案选择与确定 ...................................... 7 2.3.1轮式机器人 .............................................. 7 2.3.2 履带式机器人 ........................................... 8 2.3.3 腿式机器人 ............................................. 9 2.3.4 其它形式机器人 ......................................... 9 2.4 行走方案的确定 ............................................. 11 2.5 本章小结 ................................................... 11 3机器人行走机构的机械设计 ....................................... 13

3.1 机器人行走机构总体方案 ..................................... 13 3.1.1 主传动系统设计 ........................................ 14 3.1.2 摆臂方案设计 .......................................... 14 3.2 机器人行走机构具体设计 ..................................... 15 3.2.1 主传动系统的具体设计 .................................. 15 3.2.2 摆臂方案的具体设计 .................................... 38 3.3 本章小结 ................................................... 42 4 电气系统的分析与设计 .......................................... 43

4.1 数据采集单元电路 ........................................... 43

III

目 录 4.1.1 A/D转换电路设计 ....................................... 43 4.1.2 高速光耦电路设计 ...................................... 45 4.1.3 串行通信电路设计 ...................................... 46 4.1.4 单片机程序设计 ........................................ 47 4.2 运动控制单元电路 ........................................... 48 4.2.1 后轮电机驱动电路 ...................................... 48 4.2.2 摆臂电机驱动电路 ...................................... 49 4.2.3 串行通信电路设计 ...................................... 50 4.2.4 单片机程序设计 ........................................ 51 4.3 编码器解析单元电路 ......................................... 55 4.3.1 电路设计 .............................................. 55 4.3.2 单片机程序设计 ........................................ 56 4.4 本章小结 ................................................... 57 5 结 论 ........................................................ 58 参考文献： ...................................................... 59 翻译部分： ...................................................... 61

英语原文 ....................................................... 61 中文翻译 ....................................................... 68 致谢 ............................................ 错误！未定义书签。

IV

中国矿业大学09届本科生毕业设计论文 第1页 1绪论

1.1 引言

第一代工业机器人(1956年)问世至今已整整60年了。机器人日益成为传统机构学和近代电子计算机技术的主要结合点，也成为二十一世纪高科技发展的一个重要内容。现在，一般说来，国际上对机器人的概念，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和克编程动作的专门系统。

在机器人发展的历史上,存在着两条不同的技术路线:一条是日本和瑞典所走的“需求牵引，技术驱动”的路线，把美国开拓的机器人，结合工业发展的需求，开发出一系列特定应用的机器人，如弧焊、点焊、喷漆、装配、刷胶、建筑等，从而形成了庞大的机器人产业；另一条路线是把机器人作为研究人工智能的载体，看成计算机科学的一部分，即从单纯技术上模仿人的某些功能出发，研究智能机器人，如美国、英国相当一部分大学及研究经济界研究所所做的，由于人工智能和其他智能技术的发展远落后于人们对它的期望，致使绝大部分研究成果始终走不出实验室。因此，被誉为“中国机器人之父”的蒋新松院士曾提出“我们必须对需要与可能二者作认真的研究，按‘需求牵引，技术导向’的原则，才能得出正确的研究方向，制定出一个可行的技术路线。

1.2 设计背景、意义

1.2.1设计的背景和意义

我国是一个产煤大国，是一个严重依赖煤炭能源的国家，但也是矿难多

发国。煤炭行业作为我国国民经济主要传统行业之一，年产量约占世界35%，但中国矿难的死亡人数却占世界的80%。最让人痛心的乃是中国煤矿百万死亡率是美国的100倍、南非的30倍！挺拿最近在国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局网站上公布一些数字来看，可以说触目惊心：2008年9月4日辽宁阜新市河西镇八矿发生瓦斯爆炸27人遇难；2008年9月20日，黑龙江省鹤岗市兴山区富华煤矿发生井下火灾事故，31人遇难。2009

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