ROBOCON比赛机器人毕业设计.doc

1、毕业设计（论文） -I- 中文摘要 本课题的目的是针对 2008 亚太机器人大赛的主题和规则设计制作一台手动机器人。 本文首先分析了本届比赛的 特点，阐述了 比赛的 总体方案 ，提出了手动机器人的任务目标和主要技术参数。在此基础上 ， 设计了 三套 整体结构 方案 ， 并 通过 三维实体建模 和样机 实验 等方式 分析 了各方案的 优缺点 ，完成 了 对整体 结构方案的优化与改进 ，确定了手动机器人的机构组成 。 之后， 对 机器人 的 各组成机构 进行了详细设计 ， 完成了 走行方式、提升机构 形式 和夹持机构 形式的 设计 与改进 ， 进行了 电机 选型计算和 关键零件的校核 ， 绘制了机

2、器人的 零件 图 和装配图， 解决了 在 机器 人 的 组装 和 调试过程中 发现 的 一些 问题 。 设计 并制作 完成的手动机器人 结构简洁 ， 动作迅速 ， 操控灵活，性能稳定， 得分效率高， 完全 满足设计要求 。 关键词： 亚太机器人大赛，手动机器人， 方案 设计，机构设计 毕业设计（论文） -II- Abstract The purpose of this subject is to design a manual robot for the Asian-Pacific Robot Contest 2008. After analyzing the characteristics

3、of this contest, the paper firstly elaborates the general strategy, and then proposes the tasks and main requirements for the manual robot. Based on that, three structural schemes of the robot are designed, and then optimizations and improvements are accomplished through analyzing of the 3D models a

4、nd robot prototypes. So the mechanisms which composed the manual robot are determined. After that, details of the mechanisms are designed; improvements are made for the moving style, the elevating and clamping mechanisms which are selected. Motors are selected according to computation, key parts are

5、 checked, and drawing of parts and assemblage are given. Some problems are solved through debugging. The manual robots structure is very simple, and it moves fast, scores efficiently. Further more, it is very convenient to control the robot. In a word, it satisfies the requirements of design. Key wo

6、rds： Asian-Pacific Robot Contest, Manual robot, Scheme design, Mechanical design 毕业设计（论文） -III- 目 录 中文摘要 . I Abstract . II 第 1 章 绪论 . 1 1.1 机器人及机器人竞赛 . 1 1.2 ABU-Robocon 概述 . 2 1.3 ABU-Robocon2008 主题与规则摘要 . 3 1.4 章节概述 . 6 第 2 章 规则分析以及参赛总体方案 . 8 2.1 规则分析 . 8 2.2 参赛总体方案的确定 . 11 2.3 手动机器人的功能要求和主要技术参数 .

7、 13 第 3 章 整体结构方案设计与改进 . 15 3.1 方案一 . 17 3.1.1 设计思路 . 17 3.1.2 动作顺 序 . 19 3.1.3 分析与总结 . 20 3.2 方案二 . 21 3.2.1 设计思路 . 21 3.2.2 动作顺序 . 23 3.2.3 分析与总结 . 23 3.3 方案三 . 24 3.3.1 设计思路与总体结构 . 24 3.3.2 优化与改进 . 25 第 4 章 机械系统设计 . 32 4.1 走行系统设计 . 32 4.1.1 走行方式选择 . 32 4.1.2 走行电机选择 . 34 4.1.3 走行系统结构形 式及外形尺寸 . 40 4

8、.2 提升机构设计 . 41 4.2.1 优化与改进 . 42 4.2.2 相关计算与校核 . 48 4.3 夹持机构设计 . 52 第 5 章 操作手柄设计 . 54 毕业设计（论文） -IV- 5.1 操作方式和按键布局设计 . 54 5.2 摇杆模拟量的采集、编码与发送 . 55 总结 . 58 致谢 . 60 参考文献 . 61 附录一：中文翻译 . .64 附录二：外文原文 .83 毕业设计（论文） 第 -1-页 -1- 第 1 章 绪论 1.1 机器人及机器人竞赛 机器人学是一门迅速发展的综合性科学，其中包含着许多具有战略性、前沿性和前瞻性的高技术，自第一台电子编程工业机器人 问世

9、以来，机器人学的研究已取得令人瞩目的成就，在工业、农业、商业、旅游业、空间、海洋以及国防等领域获得了越来越普遍的应用。机器人这样一种特殊的机器，大大延伸与扩大了人的手足与 大脑的功能，在新世纪中必将会对人类社会的文明进程做出更大的贡献，它 将成为紧随计算机及网络技术之后的又一次重大的技术革命 ,并 很可能将世界推向科学技术的新时代 。 1 机器人技术涉及到许多相关技术及学科，如机构学、控制工程、计算机、人工智能、微电子学、传感技术、材料科学以及仿生学等科学技术。 2因此，机器人是一个非常适合科学普及和科技竞赛 的主题。机器人赛事从 20 余年前就几经开始了。现在各类机器人赛事名目繁多，范围遍及

10、世界。截止到 2000 年共有 20 余项公认的机器人赛事。伴随着这些赛事，出现了许多类别的竞赛机器人，如四足机器人，拟人机器人等。目前，一些赛事已成为人工智能等高端机器人技术研究交流的平台。 目前，国际上比较著名的机器人竞赛有： RoboCup 竞赛、 FIRACup 竞赛、 ABU-Robocon 竞赛、迷宫机器人竞赛、巡线机器人竞赛、迷宫操作机器人竞赛、灭火机器人竞赛、舞蹈机器人竞赛和相扑机器人竞赛等。这些机器人竞赛除了需要采用比较先进的 技术外，还有几个特点：一是毕业设计（论文） 第 -2-页 -2- 对抗性强，比赛时间短，有很强的观赏性和娱乐性；二是能够充分地发挥参赛者的创造性思维，

11、培养参赛者的实践能力和团队协作精神；三是比赛策略和临场发挥非常重要，这有助于培养参赛者的宏观规划决策能力、应变能力以及心里素质；四是比赛规则和题目变化较大。 3 1.2 ABU-Robocon 概述 1999 年 10 月中国广播电视代表团出席了“亚洲 太平洋广播联盟”（ Asia-Pacific Broadcasting Union 缩写 ABU、简称亚广联）第36 届大会。此次大会通过了共同举办“亚太地区 大学生机器人比赛”活动的决定，并组成了由日本 NHK、中国中央电视台、韩国 KBS、新加坡TCS、泰国 TPT、印尼 TVRI 为成员的“机器人大赛核心小组”。 2000 年3 月，在日

12、本东京成立了“亚广联亚太地区机器人大赛筹备委员会”。 9月，该委员会在泰国过渡为“亚广联亚太地区机器人大赛董事会”并举行了首届董事会议，会议通过了“亚广联亚太地区机器人大赛”的章程和规则，并决定从 2002 年开始，每年举办一届“亚广联亚太地区大学生机器人大赛”。比赛的主题与规则由主办国根据本国的文化和传统制定。 作为亚广联的成员国，中央电视台积 极参与亚广联组织的亚太地区大学生机器人电视大赛，每年根据大赛的主题与规则组织国内的选拔赛。这项大赛的目的是培养和开发全国大学生的聪明才智与创新精神，展示当代大学生机器人制作能力与高新技术应用水平。提出的口号是“让思维活跃起来，让智慧行动起来！” 4

13、毕业设计（论文） 第 -3-页 -3- 1.3 ABU-Robocon2008 主题与规则摘要 本届比赛的主题是“竞技牛郎”。比赛时间为 3 分钟，比赛双方为红队和蓝队，如果在比赛时间内，一队直接将置于自主区塔柱上瓷碗中的三个黄油举起，将成为“牛郎”（胜利者），比赛立即结束，否则，比赛结束时得分最多的 一方获胜。 1. 场地 a总面积 14500mmX13000mm，详见图 1 1。 b手动区：图 1 1 中天蓝色区域。 c自主区：图 1 1 中绿色区域。 d公共区： H 型自主区间标识的红蓝区域。 e自主区边界围有 30mm 宽 X50mm 高的木栅栏。 f黄油： 用低密度聚乙烯制成的 20

14、0mm 立方体， 重量为 130g ( 20 g)，如图 1 2。 g陶罐和奶酪：外形如图 1 3，陶罐重 430g (20 g) ，奶酪重150g ( 20 g) 。 h篮区： 500mm250mm 的矩形区域，外围有 30mm 宽 X50mm 高的木栅栏，如图 1 4。 i中央塔柱、侧边塔柱及少女岛：外形如图 1 5。 2. 自主区得分点： a. 中央塔柱 黄色黄油 分值 12 高度 1500mm 数量 1。 b. 侧边塔柱 白色黄油 分值 6 高度 750mm 数量 2。 3. 手动区得分点： 少女岛 陶罐和奶酪 分值（成套放置于篮区：每套得 3 分；不成套放置于篮区：每个陶罐或奶酪得

15、1 分） 高度 750mm 数量 8。 毕业设计（论文） 第 -4-页 -4- 图 1 1 比赛场地示意图 图 1 2 黄油 毕业设计（论文） 第 -5-页 -5- 图 1 3 陶罐和奶酪 图 1 4 篮区 图 1 5 中央塔柱、侧边塔柱和少女岛 毕业设计（论文） 第 -6-页 -6- 4. 规则概要 a比赛开始前，在手动启动区内，手动机器人的尺寸不能超出1000mm 长、 1000mm 宽、 1000mm 高。比赛开始后，手动机器人的尺寸应限制在 1500mm 的立方体内。 b比赛一旦开始，参赛队员不能接触手动机器人。 c手动机器人的部件及其操作员不能侵入自主区、对方公共区、对方篮区及它们的

16、上方。 d手动机器人只有在自己的公共区时才能接触本队的自主机器人，并且只有当手动机器人得分之后才能进入公共区。 e 手动机器人不能接触对方的手动和自主机器人。 f比赛开始前，所有自主机器人（三台或三台以下）应纳入 1000mm的立方体内；比赛开始后，自主机器人的外形尺寸应限制在1500mm 的立方体内。 g自主机器人不能分离成两台或多台，两台以上的自主机器人在启动区相互接触，就被认为是一台机器人。 h不允许一台自主机器人爬上或跳上中央塔柱抓取黄色黄油得分。 i允许两台配合取中间黄油的机器人有一次可以证明的符合规定的通信方式。 1.4 章节概述 全文共分为五章，第一章为绪论部分，介绍了亚太机器人大赛的相关背景以及 Robocon2008 的主题与规则。第二章对比赛的规则做了详细的分析，介绍了本届比赛的总体参赛方案，并提出手动机器人的设计任务和设计要求。第三章详细讲述了手动机器人整体结构方案的设计与完善过程。第四章对手动机器人的各组成机构进行了详细设计。第五章介