【摘 要】
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随着人们生活水平的提高,越来越多的人开始注重家庭生活的质量,希望通过家用服务机器人为自己解决打扫卫生、儿童看护、陪伴老人、安全巡检等各种方面的问题。但是目前市面上已有的家用服务机器人的功能比较单一,不能满足人们对家用服务机器人的所有要求,针对这一问题,设计了一种六足仿生家用服务机器人。在该机器人上搭载轻型机械手,满足人们的利用家用服务机器人抓取物品等方面的需求,搭建了家用服务机器人的传感检测控制系
【基金项目】
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企业合作课题——安全检测服务机器人研发; 国家公益性行业科研专项重大项目课题(20140440203);
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随着人们生活水平的提高,越来越多的人开始注重家庭生活的质量,希望通过家用服务机器人为自己解决打扫卫生、儿童看护、陪伴老人、安全巡检等各种方面的问题。但是目前市面上已有的家用服务机器人的功能比较单一,不能满足人们对家用服务机器人的所有要求,针对这一问题,设计了一种六足仿生家用服务机器人。在该机器人上搭载轻型机械手,满足人们的利用家用服务机器人抓取物品等方面的需求,搭建了家用服务机器人的传感检测控制系统,以便对室内的环境进行安全巡检。(1)以六足机器人的机械结构为研究基础,结合市面上各种家用服务机器人的功能,通过Solidworks软件设计了家用服务机器人的行走机构以及执行机构。采用模块化的思想,分析了家用服务机器人的行走机构,主要由六条机械腿、躯体以及舵机组成,每条机械腿拥有3个自由度;执行机构由肩关节、肘关节1、肘关节2、腕关节、机械手爪以及驱动电机组成,搭载在机器人的上盖上;机械手指通过绳索驱动,详细阐述了机械手指绳索驱动的原理,通过特殊的绕线方式,使手指能更好的适应抓取物体的形状、大小;详细介绍了舵机、驱动电机以及减速器的选型。对家用服务机器人的机械手指进行有限元分析,得出机械手爪受力的应力结果图、应变结果图;通过模态分析,得出机械手爪的振型图,从而分析机械手爪结构的合理性。(2)运用D-H法建立家用服务机器人的行走机构以及执行机构的空间坐标系,利用机器人的正逆运动学原理,求解出家用服务机器人行走机构、执行机构的末端坐标和各关节转角之间的关系,运用拉格朗日平衡法对家用服务机器人的机械腿进行动力学分析,建立家用服务机器人机械腿的动力学方程。(3)利用ADAMS动力学仿真软件对所设计的家用服务机器人模型进行运动学仿真分析。通过模拟家用服务机器人直线行走的运动方式,得到家用服务机器人在直线行走的过程中的质心位移变化、各关节的角速度变化以及各关节所受力矩变化曲线;通过模拟家用服务机器人轻型机械手抓取小物块的运动,得到家用服务机器人在抓取小物块过程中各关节的质心位移变化、所受力矩变化、角速度以及角加速度变化曲线。通过分析曲线,验证了家用服务机器人结构的稳定性、合理性。(4)设计了家用服务机器人传感检测控制系统,对主要的硬件进行选型,并对各传感器安装位置进行了合理的布局。采用模块化的思想,设计了传感检测控制系统的最小系统、超声波避障系统、环境检测系统以及图像检测系统的硬件电路图,搭建了家用服务机器人的传感检测硬件控制系统,在设计硬件系统的基础上,进一步阐述了超声波避障系统、环境检测系统、图像检测系统的软件设计流程。并用软件Keil 5以及软件Proteus8.9对所设计的电路进行仿真分析。
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