移動機器人技術(shù)-課件全套 項目1-6 移動機器人概述、系統(tǒng)構(gòu)成 - 移動機器人高階認(rèn)知與實踐

項目一：移動機器人概述、系統(tǒng)構(gòu)成移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用任務(wù)一：移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用課程目標(biāo)：一、了解機器人發(fā)展歷程二、了解移動機器人的分類三、了解移動機器人的行業(yè)應(yīng)用情況四、了解移動機器人的關(guān)鍵技術(shù)五、開拓國際視野，培養(yǎng)家國情懷，增強使命擔(dān)當(dāng)，樹立全局意識，增強專業(yè)自信六、鍛煉專業(yè)文檔檢索與撰寫能力及語言表達能力移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備一、移動機器人應(yīng)用二、移動機器人分類三、移動機器人的關(guān)鍵技術(shù)斯坦福研究院(SRI)--Shakey的自主移動機器人移動機器人的研究始于60年代末期。斯坦福研究院(SRI)的NilsNilssen和CharlesRosen等人，在1966年至1972年中研發(fā)出了取名Shakey的自主移動機器人移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備卡雷爾·凱佩克阿西莫夫移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備1982年，中國機器人之父，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所蔣新松院士研制開發(fā)了我國第一臺示教在線機器人。

2000年4月，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所成立新松機器人公司，標(biāo)志著中國工業(yè)機器人走上了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展道路。2014年，我國首創(chuàng)了重載雙移動機器人系統(tǒng)，能讓兩個40噸的重載AGV（自動導(dǎo)引車）協(xié)同工作；2017年，我國首臺擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的真空機器人研制成功，可以在真空環(huán)境下水平移動重達16公斤的半導(dǎo)體材料。我國連續(xù)五年成為工業(yè)機器人全球第一大應(yīng)用市場，同時，也是世界上最大的機器人消費國。移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備新松機器人移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備按照從低級到高級的發(fā)展程度可分為：

第一代機器人主要以順序控制和示教再現(xiàn)為基本控制方式工作；

第二代機器人對工作對象、外界環(huán)境具有一定的感知能力，對感知的信息可控制運算；

第三代機器人對工作對象、外界環(huán)境具有較高適應(yīng)性和自治能力，可進行復(fù)雜邏輯思維和決策，是一種高級智能機器人。示教再現(xiàn)型機器人（汽車車身焊接機器人）機器人的發(fā)展演變移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備：移動機器人應(yīng)用制造領(lǐng)域叉車AGV移動機器人在制造業(yè)領(lǐng)域主要應(yīng)用于生產(chǎn)線上下料的搬運，車間與倉庫間的轉(zhuǎn)運出入庫以及作為生產(chǎn)線上的移動平臺進行裝配工作。近年來，移動機器人能在制造領(lǐng)域成為最受歡迎的“員工”，除了其他外界因素外，主要是因其能高效、準(zhǔn)確、靈活并且沒有任何情緒地完成“領(lǐng)導(dǎo)”下達的每項任務(wù)。移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備：移動機器人應(yīng)用

移動機器人在倉儲物流領(lǐng)域主要應(yīng)用于倉儲中心貨物的智能揀選、位移，立體車庫的小車出入庫以及港口碼頭機場的貨柜轉(zhuǎn)運?！暗乩恰笔俏覈駹I企業(yè)京東物流自主研發(fā)的一種自動物流機器人。它顛覆了傳統(tǒng)“人找貨”的揀選模式，變?yōu)椤柏浾胰恕?，工作人員只需要在工作臺領(lǐng)取相應(yīng)任務(wù)，等待地狼搬運貨架至固定的工作站進行相應(yīng)操作即可?！暗乩恰弊罡叱兄?00kg，作業(yè)過程包含小件倉儲上架、揀選，依靠遍布地上的一個個二維碼規(guī)劃、引導(dǎo)路徑，再依靠自帶的傳感器避免碰撞，保證了“地狼”搬運貨架來回穿梭、互不干擾，井然有序的工作，解決倉儲人員作業(yè)時間長、奔襲路徑長等問題，大大提高生產(chǎn)效率、節(jié)省人力成本，每小時的揀選效率可達400件至500件，在全國處于行業(yè)領(lǐng)先地位。移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備：移動機器人應(yīng)用清潔機器人

快遞運送服務(wù)機器人

餐飲、醫(yī)療等服務(wù)機器人目前活躍在服務(wù)領(lǐng)域的移動機器人主要有清潔機器人、家用機器人、迎賓機器人、導(dǎo)購機器人、醫(yī)療機器人、快遞機器人、餐飲機器人等。服務(wù)機器人一般具有人臉識別、語音識別等人機交互功能，通過裝載攝像頭，托餐盤、智能觸屏界面等可實現(xiàn)迎賓取號、咨詢接待、信息查詢、業(yè)務(wù)引導(dǎo)、物品運送等業(yè)務(wù)，廣泛應(yīng)用于餐廳、銀行、醫(yī)療、政務(wù)部門、酒店、商場等行業(yè)，代替或部分代替員工進行相應(yīng)服務(wù)。移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備：移動機器人應(yīng)用

巡檢機器人消防機器人其他類別移動機器人：如戶外的巡檢，特種環(huán)境下的作業(yè)運輸巡檢等移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備

窗寶擦窗機器人（蘇州科沃斯）地寶掃地機器人（蘇州科沃斯）服務(wù)機器人移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備

消防機器人（開誠智能）

架空巡檢機器人（廣東科凱達）排爆機器人（上海合時智能)

海斗一號水下機器人（沈陽自動化研究所）仿人機器人（深圳優(yōu)必選）特種機器人/人形機器人移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備電力巡檢無人機（深圳大疆）

農(nóng)業(yè)植保無人機（深圳大疆）

空中（無人機）機器人移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備：移動機器人分類

輪式機器人

步行機器人履帶式機器人

爬行機器人移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備：移動機器人的關(guān)鍵技術(shù)

1、環(huán)境感知目前，在機器人室內(nèi)環(huán)境中，以激光雷達為主，并借助其他傳感器的移動機器人自主環(huán)境感知技術(shù)已相對成熟，而在室外應(yīng)用中，由于環(huán)境的多變性及光照變化等影響，環(huán)境感知的任務(wù)相對復(fù)雜的多，對實時性要求更高，使得多傳感器融合成為機器人環(huán)境感知面臨的重大技術(shù)任務(wù)。比如：利用激光雷達傳感器，結(jié)合超聲波、深度攝像頭、防跌落等傳感器獲取距離信息，來實現(xiàn)機器人對周圍環(huán)境的感知成為各國學(xué)者研究的熱點。移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備：移動機器人的關(guān)鍵技術(shù)

1、環(huán)境感知使用多傳感器構(gòu)成環(huán)境感知技術(shù)可帶來多源信息的同步、匹配和通信等問題，需要研究解決多傳感器跨模態(tài)跨尺度信息配準(zhǔn)和融合的方法及技術(shù)。在實際應(yīng)用中，并不是所使用的傳感器種類越多越好。針對不同環(huán)境中機器人的具體應(yīng)用，需要考慮各傳感器數(shù)據(jù)的有效性、計算的實時性。移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備：移動機器人的關(guān)鍵技術(shù)2、自主定位移動機器人要實現(xiàn)自主行走，定位也是其需要掌握的核心技術(shù)之一。目前GPS在全局定位上已能提供較高精度，但GPS具有一定的局限性，在室內(nèi)環(huán)境下會出現(xiàn)GPS信號弱等情況，容易導(dǎo)致位置的丟失。近年來，SLAM技術(shù)發(fā)展迅速，提高了移動機器人的定位及地圖創(chuàng)建能力。YouLabBuildingLibraryCanteen移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備：移動機器人的關(guān)鍵技術(shù)

2、自主定位SLAM是同步定位與地圖構(gòu)建(SimultaneousLocalizaTIonAndMapping)的縮寫，最早是由HughDurrant-Whyte和JohnJ.Leonard在1988年提出的。SLAM這個概念被定義為解決以下問題方法的統(tǒng)稱：機器人從未知環(huán)境的未知地點出發(fā)，在運動過程中通過重復(fù)觀測到的地圖特征（比如，墻角，柱子等）定位自身位置和姿態(tài)，再根據(jù)自身位置增量式的構(gòu)建地圖，從而達到同時定位和地圖構(gòu)建的目的”。移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備：移動機器人的關(guān)鍵技術(shù)

3、路徑規(guī)劃路徑規(guī)劃技術(shù)也是機器人研究領(lǐng)域的一個重要分支。最優(yōu)路徑規(guī)劃就是依據(jù)某個或某些優(yōu)化準(zhǔn)則（如工作代價最小、行走路線最短、行走時間最短等），在機器人工作空間中找到一條從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)、可以避開障礙物的最優(yōu)路徑。根據(jù)對環(huán)境信息的掌握程度不同，機器人路徑規(guī)劃可分為全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃。移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用知識儲備：移動機器人的關(guān)鍵技術(shù)

為解決機器人自主行走難題，國內(nèi)針對環(huán)境感知、自主定位及路徑規(guī)劃等技術(shù)進行研究的企業(yè)不在少數(shù)。比如：國內(nèi)思嵐科技作為機器人定位導(dǎo)航技術(shù)之首，在實現(xiàn)機器人自主行走中已有較為成熟的產(chǎn)品，例如可幫助企業(yè)降低研發(fā)成本的Apollo。Apollo機器人底盤搭載了激光測距傳感器、超聲波傳感器、防跌落等傳感器，并在底盤之上配置深度攝像頭傳感器，同時配合自主研發(fā)的SLAMWARE自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)，讓機器人實現(xiàn)自主建圖定位及導(dǎo)航功能。移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用工程實踐：調(diào)研實踐基礎(chǔ)概述--調(diào)研工具

調(diào)研工作的開展，可通過國內(nèi)、國外專業(yè)數(shù)據(jù)庫、公共檢索（搜索引擎）、國內(nèi)外高校相關(guān)領(lǐng)域在線課程資源、國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域企業(yè)的官網(wǎng)、圖書資源、權(quán)威專家專訪、實地調(diào)研等途徑來完成。移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用工程實踐：調(diào)研實踐基礎(chǔ)概述--調(diào)研結(jié)果呈現(xiàn)

調(diào)研結(jié)果呈現(xiàn)常采用調(diào)研報告（word為主）、專題匯報（PPT為主）、視頻說明等方式。調(diào)研報告的制作可參考科技文獻制作方法，應(yīng)合理規(guī)劃報告的組織結(jié)構(gòu)，注意層次性和邏輯性，同時注重科技內(nèi)容的表達與格式規(guī)范，表達上切記不同于口語化表達，可綜合運用文字、圖片、表格、思維導(dǎo)圖等多種方式來有效、準(zhǔn)確呈現(xiàn)內(nèi)容，格式上可參照模板要求制作。移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用工程實踐：調(diào)研實踐基礎(chǔ)概述--調(diào)研結(jié)果呈現(xiàn)

調(diào)研結(jié)果呈現(xiàn)常采用調(diào)研報告（word為主）、專題匯報（PPT為主）、視頻說明等方式。本實踐中調(diào)研PPT制作通常以圖、動圖、短視頻為主，輔以簡短文字說明，PPT制作應(yīng)整體規(guī)劃組織結(jié)構(gòu)，排版合理并力求美觀，給閱讀者以舒適體驗，進而實現(xiàn)PPT內(nèi)容的有效傳遞。本實踐中的視頻制作主要是對工程實踐的呈現(xiàn)，其流程可簡單概括為整體規(guī)劃、素材制作與收集、視頻錄制、視頻剪輯與處理、聲音、字幕、輸出等。可借助視頻制作軟件、在線會議屏幕錄制、現(xiàn)場拍攝等方式完成視頻制作。此流程適用于本書其他視頻制作。移動機器人分類及行業(yè)應(yīng)用工程實踐：調(diào)研實踐基礎(chǔ)概述--調(diào)研結(jié)果呈現(xiàn)

調(diào)研結(jié)果呈現(xiàn)常采用調(diào)研報告（word為主）、專題匯報（PPT為主）、視頻說明等方式。1、調(diào)研機器人發(fā)展歷程，分析不同時期機器人發(fā)展情況。2、調(diào)研國內(nèi)外5-10家不同應(yīng)用領(lǐng)域的移動機器人研發(fā)企業(yè)，整理其主要產(chǎn)品的性能及行業(yè)應(yīng)用情況，其中行業(yè)應(yīng)用包含但不限于工業(yè)應(yīng)用、日常生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)應(yīng)用等。3、調(diào)研移動機器人關(guān)鍵技術(shù)國內(nèi)外研究情況。項目一：移動機器人概述、系統(tǒng)構(gòu)成任務(wù)二

：移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成課程目標(biāo)：一、掌握移動機器人的系統(tǒng)構(gòu)成二、了解移動機器人各子系統(tǒng)對應(yīng)的專業(yè)知識基礎(chǔ)三、了解本教程選用的移動機器人的基本功能與系統(tǒng)構(gòu)成四、通過系統(tǒng)認(rèn)知增強系統(tǒng)意識，提升專業(yè)認(rèn)知五、通過軟件安裝提高自主解決問題能力移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：移動機器人系統(tǒng)的基本構(gòu)成1、機械系統(tǒng)2、控制系統(tǒng)3、感知系統(tǒng)移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：移動機器人系統(tǒng)的基本構(gòu)成移動機器人是一種典型的機電一體化系統(tǒng)，通?？捎蓹C械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成。機械系統(tǒng)由機械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動裝置組成控制系統(tǒng)由控制硬件系統(tǒng)和控制軟件系統(tǒng)構(gòu)成如果用人來比喻機器人組成的話，控制系統(tǒng)相當(dāng)于人的大腦，感知系統(tǒng)相當(dāng)于視覺與感覺器官，機械系統(tǒng)相當(dāng)于肌肉和骨骼，驅(qū)動裝置充當(dāng)了肌肉，機械結(jié)構(gòu)相對于骨骼。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：移動機器人系統(tǒng)的基本構(gòu)成移動機器人工作原理可概括為：控制系統(tǒng)發(fā)出動作指令，控制驅(qū)動裝置動作，驅(qū)動裝置帶動機械本體運動，使末端執(zhí)行器到達空間某一位置和實現(xiàn)某一姿態(tài)，實施一定的作業(yè)任務(wù)。末端執(zhí)行器在空間的實際位姿由感知系統(tǒng)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)把實際位姿與目標(biāo)位姿相比較，發(fā)出下一個動作指令，如此循環(huán)，直到完成作業(yè)任務(wù)為止。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：移動機器人系統(tǒng)的基本構(gòu)成機械系統(tǒng)：移動機器人在運動過程中通過驅(qū)動裝置來驅(qū)動自身的運動，到達不同的地點執(zhí)行任務(wù)。通過移動或轉(zhuǎn)動機械本體來改變機器人的構(gòu)型，進而完成相應(yīng)的操作任務(wù)。移動機器人的機械結(jié)構(gòu)通常包含行走機構(gòu)、支撐機構(gòu)和末端執(zhí)行機構(gòu)。每個機構(gòu)都有若干自由度，從而構(gòu)成一個多自由度的機械系統(tǒng)。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：移動機器人系統(tǒng)的基本構(gòu)成機械系統(tǒng)：移動機器人的驅(qū)動裝置主要用于驅(qū)動機械結(jié)構(gòu)執(zhí)行指定任務(wù)。驅(qū)動系統(tǒng)可與機械結(jié)構(gòu)直接相連，也可通過傳動部件如同步帶、齒輪等與機械本體間接相連。以履帶式機器人為例，左右兩側(cè)的履帶各由一個電機驅(qū)動。當(dāng)兩臺電機同步旋轉(zhuǎn)時機器人直線前進，當(dāng)兩臺電機轉(zhuǎn)速不同時機器人轉(zhuǎn)彎。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：移動機器人系統(tǒng)的基本構(gòu)成機械系統(tǒng)：驅(qū)動裝置根據(jù)驅(qū)動源的不同可分為電氣驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、新型驅(qū)動及復(fù)合驅(qū)動。電氣驅(qū)動是目前使用最多的一種驅(qū)動方式，其特點是無環(huán)境污染，運動精度高，電源取用方便，響應(yīng)快，信號檢測、傳遞與處理方便、控制方式多樣且靈活。移動機器人中常用的電機以伺服電機、步進電機為主，其中直流無刷電機和舵機在移動機器人中應(yīng)用較多。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成隨著科學(xué)發(fā)展，一些新型驅(qū)動方式目前處于研究和發(fā)展階段，如形狀記憶合金、壓電效應(yīng)、人工肌肉、光驅(qū)動等，可以期待在未來的機器人技術(shù)中得以推廣應(yīng)用。知識儲備：移動機器人系統(tǒng)的基本構(gòu)成控制系統(tǒng)：移動機器人的控制系統(tǒng)是以計算機控制技術(shù)為核心的實時控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)的工作運行作業(yè)指令程序，通過與感知系統(tǒng)的交互實現(xiàn)與內(nèi)、外環(huán)境的信息傳遞，實現(xiàn)對機械系統(tǒng)的運動控制，完成機器人設(shè)定任務(wù)和既定功能。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：移動機器人系統(tǒng)的基本構(gòu)成控制系統(tǒng)：根據(jù)設(shè)計需求分析，可將移動機器人自主控制能力歸納為三個層級，即反應(yīng)式自主、感知式自主、審慎式自主。反應(yīng)式自主主要負責(zé)車輛的驅(qū)動環(huán)節(jié)及運動狀態(tài)，如轉(zhuǎn)向角、速度或轉(zhuǎn)速、運動姿態(tài)等。其控制主要是給與這些驅(qū)動器賦于精確的能量，從而使它們快速輸出正確且穩(wěn)定的驅(qū)動力。感知式自主主要負責(zé)對當(dāng)前周圍環(huán)境的感知并做出實時響應(yīng)。這一層屬于基于傳感器的環(huán)境感知。審慎式自主主要負責(zé)長期任務(wù)的實現(xiàn)，根據(jù)環(huán)境模型和車輛模型進行機器人運動規(guī)劃。這一層屬于基于定位與建圖的智能規(guī)劃。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：移動機器人系統(tǒng)的基本構(gòu)成控制系統(tǒng)：移動機器人控制系統(tǒng)是由機器人所要實現(xiàn)的功能、機器人的本體結(jié)構(gòu)和機器人的控制方式來決定。如果機器人不具備信息反饋特征，則該控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。如果機器人具備信息反饋特征，則該控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：移動機器人系統(tǒng)的基本構(gòu)成控制系統(tǒng)：移動機器人的控制系統(tǒng)通常采用上、下位機二級分布式結(jié)構(gòu)。上位機是指可以發(fā)出控制命令的計算機，在屏幕上顯示各種數(shù)據(jù)信號，較為普遍的是PC機。上位機發(fā)出的命令由下位機收取，下位機再解析該命令轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的信號控制設(shè)備。下位機會不斷讀取外接設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸給上位機。上位機負責(zé)系統(tǒng)的管理、運動學(xué)計算及軌跡規(guī)劃等。下位機負責(zé)機械本體的運動控制及傳感系統(tǒng)的信號交互。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：移動機器人系統(tǒng)的基本構(gòu)成控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要完成硬件選型、硬件電路實現(xiàn)以及與其他系統(tǒng)的交互接口設(shè)計等，包括供電部分（如電源及穩(wěn)壓模塊）、動力部分（如電機及電機驅(qū)動）、控制單元（如STM32系列單片機、Arduino、MCS-51系列單片機、PLC等）等，可根據(jù)需要采用采用雙核控制或單板控制?？刂葡到y(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要完成軟件架構(gòu)、算法實現(xiàn)、信號通訊、數(shù)據(jù)分析與處理、路徑規(guī)劃、運動控制及人機交互等。智能機器人的軟件架構(gòu)常采用基于Ubuntu的ROS機器人操作系統(tǒng)架構(gòu)。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：移動機器人系統(tǒng)的基本構(gòu)成感知系統(tǒng)：移動機器人為完成設(shè)定任務(wù)，通常需要具備一定的功能，如語言交互、運動規(guī)劃、運動控制、定位導(dǎo)航、避障、對環(huán)境的理解等，這些功能的精準(zhǔn)實現(xiàn)離不開感知系統(tǒng)的存在。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：移動機器人系統(tǒng)的基本構(gòu)成感知系統(tǒng)：移動機器人感知系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器和外部傳感器模塊組成，用于獲取機器人自身內(nèi)部和外部環(huán)境的有用信息。內(nèi)部傳感器用來檢測機器人的自身狀態(tài)，如通過位置、速度、加速度、傾角等傳感器，如編碼器、陀螺儀等，獲得機器人的位姿信息和運動狀態(tài)，并將這些信息反闊給控制系統(tǒng)來更好控制機器人的自身狀態(tài)。外部傳感器用于感知外部世界進而采集與反饋外部信息，實現(xiàn)目標(biāo)識別、避障及路徑規(guī)劃，包括視覺、觸覺、接近覺、聽覺，紅外、灰度、超聲波、溫濕度、雷達、視覺、力傳感器等可屬于外部傳感，移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：移動機器人系統(tǒng)的基本構(gòu)成機器人系統(tǒng)設(shè)計時需綜合考慮社會、環(huán)境、經(jīng)濟、人機、技術(shù)及工程等內(nèi)外部因素，控制、機械、感知各系統(tǒng)需融合協(xié)同，以實現(xiàn)機器人設(shè)定功能。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：基于ROS系統(tǒng)的移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成分析移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成ROS是機器人操作系統(tǒng)（RobotOperatingSystem）的英文縮寫。ROS機器人操作系統(tǒng)誕生于斯坦福大學(xué)人工智能實驗室與機器人技術(shù)公司W(wǎng)illowGarage合作的個人機器人項目（PersonalRobotsProgram），在2008年后全權(quán)由WillowGarage維護，2013年后移交給開源機器人基金會（OpenSourceRoboticsFoundation，OSFR）管理維護。在2010年，WillowGarage正式以開放源碼的形式發(fā)布了ROS框架，并很快在機器人研究領(lǐng)域掀起了ROS開發(fā)與應(yīng)用的熱潮。知識儲備：基于ROS系統(tǒng)的移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成分析移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成ROS包含了大量工具軟件、庫代碼和約定協(xié)議，旨在簡化跨機器人平臺創(chuàng)建復(fù)雜、魯棒的機器人行為這一過程的難度與復(fù)雜度。ROS機器人操作系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)實時多任務(wù)調(diào)度與分布式實時通信、支持多模式人機交互，并支持機器人應(yīng)用軟件的高效開發(fā)，進而有效管理機器人硬件與軟件資源。知識儲備：基于ROS系統(tǒng)的移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成分析ROS可看作是一個分布式的進程（即“節(jié)點”）框架，這些進程被封裝在易于被分享和發(fā)布的程序包和功能包中。ROS也支持一種類似于代碼儲存庫的聯(lián)合系統(tǒng)，這個系統(tǒng)可以實現(xiàn)工程的協(xié)作與發(fā)布，可以使一個工程的開發(fā)和實現(xiàn)從文件系統(tǒng)到用戶接口完全獨立決策（不受ROS限制）。所有的工程都可以被ROS的基礎(chǔ)工具整合在一起。從系統(tǒng)實現(xiàn)的角度來看，ROS可以分為三個層次：文件系統(tǒng)級、計算圖和開源社區(qū)級。ROS設(shè)計者將ROS表述為“ROS=Plumbing+Tools+Capabilities+Ecosystem”，即ROS是通訊機制、工具軟件包、機器人高層技能以及機器人生態(tài)系統(tǒng)的集合體。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：基于ROS系統(tǒng)的移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成分析基于ROS的移動機器人通常是一個集環(huán)境感知、行為控制與執(zhí)行、動態(tài)決策與規(guī)劃等多功能于一體的綜合系統(tǒng)。它融合了傳感器、信息處理、電子工程、計算機工程、控制工程以及人工智能等多學(xué)科研究成果，既可以接受人類指揮、運行預(yù)先編寫的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動，是目前移動機器人活躍的領(lǐng)域之一。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：基于ROS系統(tǒng)的移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成分析ROS移動機器人根據(jù)所需具備的感知、動作、規(guī)劃和協(xié)同等能力確定其系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)，通過各系統(tǒng)協(xié)同實現(xiàn)運動位置控制、姿態(tài)軌跡規(guī)劃、操作順序管理、人機友好交互及多機通信與協(xié)同等功能，并支持移動機器人軟件與系統(tǒng)的仿真、開發(fā)、測試驗證等環(huán)節(jié)的開展。圖示為一種ROS移動機器人的系統(tǒng)架構(gòu)，由機械系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、基于RTOS的控制系統(tǒng)以及基于ROS的上層控制系統(tǒng)共同組成。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：基于ROS系統(tǒng)的移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成分析為了感知和識別對象與環(huán)境，ROS移動機器人需要具備豐富的傳感器。機器人通過使用各種環(huán)境感知傳感器獲取機器人周圍環(huán)境原始數(shù)據(jù)，通過感知算法提取目標(biāo)特征，最終目的就是讓機器人知道自己在環(huán)境中的位置，知道自己周圍環(huán)境情況是怎么樣的，以及環(huán)境中的內(nèi)容是什么含義，這些內(nèi)容之間是什么聯(lián)系。ROS常用內(nèi)部傳感器有位置、速度及加速度等，外部傳感器有激光雷達和相機（單目或雙目）等。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：基于ROS系統(tǒng)的移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成分析底層控制模塊主要用于采集傳感器數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)進行解析，進行邏輯功能處理后控制輸出設(shè)備完成相應(yīng)的功能，比如說驅(qū)動電機動作、控制LCD屏顯示、控制數(shù)碼管顯示等。通過底層控制模塊的工作，可以實現(xiàn)在機器人運動時對電機的速度、機器人的位姿狀態(tài)實時跟蹤并加以反饋控制。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成知識儲備：基于ROS系統(tǒng)的移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成分析移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成為了更加高效開發(fā)機器人，通常會在機器人中央處理模塊安裝機器人操作系統(tǒng)ROS，來實現(xiàn)移動機器人的智能感知、認(rèn)知理解、決策控制、任務(wù)協(xié)同等處理與管理任務(wù)。圖示機器人的中央處理模塊由X86（Inter-NUC）和ARM（樹莓派、Rockchip、Jetson）組成。知識儲備：基于ROS系統(tǒng)的移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成分析移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成ROS移動機器人底層軟件包括了硬件控制和ROS層通訊兩大部分，其中用于硬件控制的內(nèi)容包括PWM調(diào)速、編碼器測試及PID速度閉環(huán)控制。ROS操作系統(tǒng)層通常需要計算機具備特定的工作環(huán)境，其中包括Linux的Ubuntu系統(tǒng)、ROS系統(tǒng)、ROS功能包、SLAM算法、導(dǎo)航算法、通信協(xié)議等。工程實踐：基于STM32單片機的物料搬運機器人系統(tǒng)認(rèn)知本案例中的物料搬運機器人可適應(yīng)坡道、平地等地形，與地面有良好接觸性可實現(xiàn)平穩(wěn)全向行走，具有循跡行走、避障行走、物料抓取、物料投遞等功能。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成工程實踐：基于STM32單片機的物料搬運機器人系統(tǒng)認(rèn)知本案例中的物料搬運機器人可適應(yīng)坡道、平地等地形，與地面有良好接觸性可實現(xiàn)平穩(wěn)全向行走，具有循跡行走、避障行走、物料抓取、物料投遞等功能。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成工程實踐：基于STM32單片機的物料搬運機器人系統(tǒng)認(rèn)知1、機械系統(tǒng)該物料搬運機器人的機械系統(tǒng)由四輪底盤行走機構(gòu)和四自由度機械臂執(zhí)行機構(gòu)組成，四自由度機械臂執(zhí)行機構(gòu)由機械臂旋轉(zhuǎn)云臺、平行四桿機構(gòu)機械臂及舵機驅(qū)動機械爪。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成工程實踐：基于STM32單片機的物料搬運機器人系統(tǒng)認(rèn)知2、控制系統(tǒng)該物料搬運機器人的控制系統(tǒng)是系統(tǒng)的核心架構(gòu)，保障機器人正常運行的保障。硬件系統(tǒng)包括供電電池、STM32開發(fā)板、中心板、遙控器、接收機及其外設(shè)組成，硬件系統(tǒng)由TB47電池及電池架供電，TB47電池內(nèi)部集成了充放電管理功能的模塊，能夠穩(wěn)定24v的的電壓輸出，保障整機的供電安全。軟件系統(tǒng)除了系統(tǒng)底層架構(gòu)程序外，還設(shè)計了底盤運動解算算法、PID閉環(huán)控制算法、機械臂伸張角度算法、自動運行算法，通過編程與調(diào)試使機器人能夠?qū)崿F(xiàn)手動控制和自動控制。機器人可通過LCD屏實時顯示信息實現(xiàn)人機交互。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成工程實踐：基于STM32單片機的物料搬運機器人系統(tǒng)認(rèn)知3、感知系統(tǒng)感知系統(tǒng)是機器人自動控制時與外界信息交互的保障。為實現(xiàn)機器人自動運行時的順暢行走，完成循跡、避障與抓取投遞等動作，該物料搬運機器人采用了攝像頭、灰度傳感器、紅外傳感器及超聲波傳感器等多傳感器融合的解決方案。移動機器人系統(tǒng)構(gòu)成項目二：移動機器人零部件認(rèn)知物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析任務(wù)一：物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析課程目標(biāo)：一、掌握移動機器人系統(tǒng)設(shè)計基本方法與工作流程二、熟悉物料搬運機器人四輪底盤的工作原理三、熟悉物料搬運機器人機械臂的工作原理四、培養(yǎng)系統(tǒng)設(shè)計能力，樹立模塊化設(shè)計理念知識儲備一、移動機器人系統(tǒng)設(shè)計概述二、移動機器人機械系統(tǒng)詳細設(shè)計物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析知識儲備：移動機器人系統(tǒng)設(shè)計概述1、系統(tǒng)設(shè)計概述系統(tǒng)設(shè)計是在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，按照系統(tǒng)思想和優(yōu)化要求，綜合運用有關(guān)學(xué)科的知識、技術(shù)及經(jīng)驗，通過總體研究和詳細設(shè)計等環(huán)節(jié)，設(shè)計出滿足設(shè)計目的的系統(tǒng)方案。系統(tǒng)分析著重回答“做什么”，而系統(tǒng)設(shè)計則主要解決“怎么做”。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析知識儲備：移動機器人系統(tǒng)設(shè)計概述1、系統(tǒng)設(shè)計概述系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容，包括確定系統(tǒng)功能、設(shè)計方針和方法，產(chǎn)生理想系統(tǒng)并作出草案，通過收集信息對草案作出修正產(chǎn)生可選設(shè)計方案，將系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，進行子系統(tǒng)和總系統(tǒng)的詳細設(shè)計并進行評價，對系統(tǒng)方案進行論證并作出性能效果預(yù)測。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析知識儲備：移動機器人系統(tǒng)設(shè)計概述1、系統(tǒng)設(shè)計概述進行系統(tǒng)設(shè)計時，必須把所要設(shè)計的對象系統(tǒng)和圍繞該對象系統(tǒng)的環(huán)境共同考慮，前者稱為內(nèi)部系統(tǒng)，后者稱為外部系統(tǒng)，它們之間存在著相互支持和相互制約的關(guān)系，內(nèi)部系統(tǒng)和外部系統(tǒng)結(jié)合起來稱作總體系統(tǒng)。因此，在系統(tǒng)設(shè)計時必須采用內(nèi)部設(shè)計與外部設(shè)計相結(jié)合的思考原則，從總體系統(tǒng)的功能、輸入、輸出、環(huán)境、程序、人的因素、物的媒介各方面綜合考慮，設(shè)計出整體最優(yōu)的系統(tǒng)。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析知識儲備：移動機器人系統(tǒng)設(shè)計概述1、系統(tǒng)設(shè)計概述進行系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)當(dāng)采用分解、綜合與反饋的工作方法。不論多大的復(fù)雜系統(tǒng)，首先要分解為若干子系統(tǒng)或要素，分解可從結(jié)構(gòu)要素、功能要求、時間序列、空間配置等方面進行，并將其特征和性能標(biāo)準(zhǔn)化，綜合成最優(yōu)子系統(tǒng)，然后將最優(yōu)子系統(tǒng)進行總體設(shè)計，從而得到最優(yōu)系統(tǒng)。在這一過程中，從設(shè)計計劃開始到設(shè)計出滿意系統(tǒng)為止，都要進行分階段及總體綜合評價，并以此對各項工作進行修改和完善。整個設(shè)計階段是一個綜合性反饋過程。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析知識儲備：移動機器人系統(tǒng)設(shè)計概述1、系統(tǒng)設(shè)計概述系統(tǒng)設(shè)計總的原則是保證系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)的實現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上使技術(shù)資源的運用達到最佳。系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)遵循以下原則。

(1)系統(tǒng)性系統(tǒng)是一個有機整體。因此，系統(tǒng)設(shè)計中，要從整個系統(tǒng)的角度進行考慮，使系統(tǒng)有統(tǒng)一的信息代碼、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)組織方法、統(tǒng)一的設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以此來提高系統(tǒng)的設(shè)計質(zhì)量。(2)經(jīng)濟性經(jīng)濟性原則是指在滿足系統(tǒng)要求的前提下，盡可能減少系統(tǒng)的費用支出。一方面，在系統(tǒng)硬件投資上不能盲目追求技術(shù)上的先進，而應(yīng)以滿足系統(tǒng)需要為前提。另一方面，系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)避免不必要的復(fù)雜化，各模塊應(yīng)盡可能簡潔。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析知識儲備：移動機器人系統(tǒng)設(shè)計概述1、系統(tǒng)設(shè)計概述(3)可靠性可靠性既是評價系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，又是系統(tǒng)設(shè)計的一個基本出發(fā)點。只有設(shè)計出的系統(tǒng)是安全可靠的，才能在實際中發(fā)揮它應(yīng)有的作用。(4)管理可接受一個系統(tǒng)能否發(fā)揮作用和具有較強的生命力，在很大程度上取決于管理上是否可以接受。因此，在系統(tǒng)設(shè)計時，要考慮到用戶的業(yè)務(wù)類型、用戶的管理基礎(chǔ)工作、用戶的人員素質(zhì)、人機界面的友好程度、掌握系統(tǒng)操作的難易程度等諸多因素的影響。因此在系統(tǒng)設(shè)計時，必須充分考慮到這些因素，才能設(shè)計出用戶可接受的系統(tǒng)。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析知識儲備：移動機器人系統(tǒng)設(shè)計概述2、移動機器人系統(tǒng)設(shè)計移動機器人系統(tǒng)設(shè)計遵循系統(tǒng)設(shè)計的基本原理，以功能需求為系統(tǒng)設(shè)計的出發(fā)點和歸屬，以包括機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)在內(nèi)的組成部分為實現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)的重要基礎(chǔ)，明確任務(wù)需求，分析外部系統(tǒng)，構(gòu)建內(nèi)部系統(tǒng)，最終通過組成部分的3個子系統(tǒng)的有機融合與整體優(yōu)化進而實現(xiàn)系統(tǒng)方案的設(shè)計。移動機器人系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計流程可概括為4個階段：準(zhǔn)備階段（系統(tǒng)分析、系統(tǒng)總體設(shè)計）、理論設(shè)計階段（子系統(tǒng)詳細設(shè)計）、設(shè)計實施階段（制作樣機、樣機性能測試、性能評估及設(shè)計優(yōu)化）、設(shè)計定型階段（產(chǎn)品發(fā)布）。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析知識儲備：移動機器人系統(tǒng)設(shè)計概述2、移動機器人系統(tǒng)設(shè)計（1）準(zhǔn)備階段：在對市場調(diào)研和分析的基礎(chǔ)上進行需求抽象，確定產(chǎn)品規(guī)格與性能指標(biāo)。擬定總體方案，分解功能要素和子單元模塊。進行方案可行性論證，確定最佳總體方案。確定子系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計責(zé)任人。（2）理論設(shè)計階段：根據(jù)設(shè)計目標(biāo)、功能要素和功能模塊，對系統(tǒng)進行定性和定量分析，比如確定控制算法、硬件選型、傳動方案、感知策略、接口設(shè)計、系統(tǒng)架構(gòu)等。對系統(tǒng)設(shè)計所能達到的性能指標(biāo)和經(jīng)濟指標(biāo)綜合評價。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析知識儲備：移動機器人系統(tǒng)設(shè)計概述2、移動機器人系統(tǒng)設(shè)計（3）設(shè)計實施階段：根據(jù)總體方案和各功能模塊的設(shè)計方案，進行機械、電氣、驅(qū)動等器件與單元組件的采購、制造，對各子單元進行裝配調(diào)試后進行整機裝配與調(diào)試，測試整機性能指標(biāo)，驗證樣機是否達到可使用性、可生產(chǎn)性、可維護性、安全性、可靠性、經(jīng)濟性等各項經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)要求。（4）設(shè)計定型階段：對樣機反復(fù)測試優(yōu)化后，交付使用，經(jīng)過一段時間綜合驗證與評價，確定最終產(chǎn)品設(shè)計方案，整理產(chǎn)品制造圖樣資料、審定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、編制工藝文件，發(fā)布產(chǎn)品。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析知識儲備一、移動機器人系統(tǒng)設(shè)計概述二、移動機器人機械系統(tǒng)詳細設(shè)計物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析知識儲備：移動機器人機械系統(tǒng)詳細設(shè)計1、設(shè)計需求分析本案例設(shè)計一種物料搬運機器人，它能夠自主完成給定場景中物料搬運及投遞任務(wù)。給定場景中有坡道、有引導(dǎo)路線、隨機障礙物及無引導(dǎo)窄巷、直角轉(zhuǎn)彎等地形與環(huán)境因素。機器人要能夠在給定的地圖中自主行走，到達物料擺放區(qū)域，自主識別并抓取物料，然后運送到收集區(qū)域并回到終點。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析基于場景要求與工作設(shè)定，該機器人需要具備自主行走、避障、循跡、目標(biāo)識別、抓取以及搬運投遞功能。知識儲備：移動機器人機械系統(tǒng)詳細設(shè)計2、性能指標(biāo)分析結(jié)合任務(wù)設(shè)定與場地形狀及尺寸，機器人的機械性能可具體可描述為：

底盤具有足夠的動力和通過能力，能夠精確運送上層結(jié)構(gòu)至指定位置。

抓取部分具有較高的自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)空間多位置的抓取和存放動作。機器人整體尺寸合理，且重心穩(wěn)定。能夠以一定的速度完成整場工作且無失誤。能夠滿足長時間使用。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析知識儲備：移動機器人機械系統(tǒng)詳細設(shè)計2、性能指標(biāo)分析物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析結(jié)構(gòu)尺寸及質(zhì)量整機尺寸（最高處）610*300*460mm質(zhì)量（含電池）4.565kg性能越障能力小于30°斜坡，起伏范圍≤20mm不平整路況抓取高度范圍10~500mm抓取機構(gòu)最大抓取重量300g抓取機構(gòu)自由度4自由度續(xù)航能力2小時設(shè)定最大前進速度2.5m/s設(shè)定最大平移速度1.5m/s機械臂左右范圍180°機械臂上下范圍約60°機械臂前后范圍約120°夾爪最大張開角度約180°知識儲備：移動機器人機械系統(tǒng)詳細設(shè)計3、機械總體方案設(shè)計分析根據(jù)性能指標(biāo)及設(shè)定功能，可將機械系統(tǒng)分為行走功能的實現(xiàn)和機械臂抓取功能的實現(xiàn)兩部分。（1）行走功能的實現(xiàn)通常，為實現(xiàn)機器人移動行走能力，輪式移動機器人在各種實際應(yīng)用中被廣泛采用。輪式驅(qū)動機器人相對于其他驅(qū)動機器人，如腿式和履帶式的機器人，運動得更快，消耗的能量較少。同時，由于其機器人姿態(tài)的友好性和運動的穩(wěn)定性，移動速度、方向及動作實現(xiàn)相對較為容易控制。目前應(yīng)用的車輪式行走機構(gòu)主要有三輪差速驅(qū)動機器人和四輪移動機器人。其中常用的輪子有全向輪、麥克納姆輪、膠輪、萬向輪等。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析知識儲備：移動機器人機械系統(tǒng)詳細設(shè)計3、機械總體方案設(shè)計分析（1）行走功能的實現(xiàn)其中常用的輪子有全向輪、麥克納姆輪、膠輪、萬向輪等。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析

知識儲備：移動機器人機械系統(tǒng)詳細設(shè)計（2）機械臂抓取功能的實現(xiàn)機械臂常通過云臺連接于底盤移動行走機構(gòu)。機械臂結(jié)構(gòu)可采用多連桿機構(gòu)、桿件組合等形式實現(xiàn)，抓取機構(gòu)可包括吸盤式、夾爪式等形式。抓取功能實現(xiàn)常采用氣動驅(qū)動、電機驅(qū)動兩種方式。氣動驅(qū)動在直線運動中有較強的優(yōu)勢，按固定程序執(zhí)行對應(yīng)動作。電機驅(qū)動則可通過多電機的組合搭載機械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)控制，其更有利于多自由旋轉(zhuǎn)運動的實現(xiàn)和多狀態(tài)動作的組合實現(xiàn)，適用場合多。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析知識儲備：移動機器人機械系統(tǒng)詳細設(shè)計基于以上分析，此物料搬運機器人最終采用四輪移動底盤行走機構(gòu)搭載四自由度機械臂執(zhí)行機構(gòu)的機械系統(tǒng)實現(xiàn)方案。底盤主要功能是將機械臂運送至指定位置實施抓取投遞任務(wù)，其機械結(jié)構(gòu)除移動輪組、懸掛以及支撐機械臂結(jié)構(gòu)等外，還包含驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、紅外傳感器、灰度傳感器、LCD顯示屏及電源的安裝裝置。機械臂執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)需要包含主體臂結(jié)構(gòu)、機械夾爪、機械臂與移動底盤的連接云臺、攝像頭安裝裝置等。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析

工程實踐一、底盤行走機構(gòu)設(shè)計分析二、機械臂抓取機構(gòu)設(shè)計分析物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析工程實踐：底盤行走機構(gòu)設(shè)計分析

機器人底盤負責(zé)承載機械臂，并將其按照決策控制平臺的控制指令可靠的運送至指定位置完成工作任務(wù)，其主要設(shè)計要求及主要功能如下：具有可靠的機動靈活性，能夠平穩(wěn)攀爬斜坡。具有一定的負載能力，在承載負載的情況下可匹配設(shè)定的性能指標(biāo)。具有一定的剛性及穩(wěn)定性，能夠支持機械臂工作時無明顯抖動。具有較好的直線行走能力，在直線運動情況下不發(fā)生明顯偏斜。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析工程實踐：底盤行走機構(gòu)設(shè)計分析

機器人底盤系統(tǒng)主要包括四軸聯(lián)動的麥克納姆輪輪組、自適應(yīng)底盤懸掛、支撐及防護部件、動力電源、控制板、紅外傳感器及灰度傳感器的安裝裝置等。采用單電機驅(qū)動單個麥克納姆輪的方式即四輪驅(qū)動的控制模式，能夠?qū)崿F(xiàn)全向移動功能，同時能為大負載的運動平穩(wěn)性提供可靠支持。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析工程實踐：底盤行走機構(gòu)設(shè)計分析

物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析輪組為底盤支撐傳動，為懸架系統(tǒng)的良好運行提供依靠，因而需要自身具有良好的剛度和轉(zhuǎn)動靈活性，同時因麥克納姆輪具有較大軸向力，需要輪組具有較高的軸向剛度和抗扭能力。輪組結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方案：兩板件間添加3D打印塑料填充件，增加其軸向抗彎系數(shù)；轉(zhuǎn)動部位加有法蘭軸承，使轉(zhuǎn)動靈活；在輪組與底盤框架連接處裝有推力球軸承，保證輪組在軸向受力時能夠靈活轉(zhuǎn)動，且該結(jié)構(gòu)能進一步提升系統(tǒng)剛度。工程實踐：底盤行走機構(gòu)設(shè)計分析

物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析考慮到場地路面路況和坡道，為底盤設(shè)計了自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)，以保障麥克納姆輪底盤能夠更好適應(yīng)多種地面環(huán)境。自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)通過連桿的方式，使單側(cè)兩輪組活動式固連，形成一種四邊形連桿結(jié)構(gòu)。此方式使輪組具有了靈活性，滿足了底盤通過不同路況的需求，但是使車身本體相對于地面運動具有不確定性，容易受重心和慣性的影響發(fā)生傾斜，因此在兩側(cè)輪組間添加了一組聯(lián)動連桿，將兩側(cè)的連桿運動相關(guān)聯(lián)，使得兩側(cè)連桿的相對運動具有唯一性，從而使車體相對于四輪組的運動具有唯一性，解決了車身本體相對于地面運動的不確定性。

單側(cè)兩輪組四邊形連桿機構(gòu)兩側(cè)聯(lián)動連桿工程實踐：機械臂抓取機構(gòu)設(shè)計分析

物料搬運機器人機械臂系統(tǒng)是機器人最終執(zhí)行機構(gòu)，是搬運動作能否實現(xiàn)的關(guān)鍵。機械臂各項性能指標(biāo)可歸納如下。抓取準(zhǔn)確且牢固可靠。機械臂整體具有較好的剛性，夾持指定物體后無晃動。具有較好的負載能力，能夠夾持近300g的物品。機械臂自身質(zhì)量較輕，無過多無效轉(zhuǎn)矩負載。

夾取高點位時機械臂整體穩(wěn)定性要較好，不發(fā)生晃動。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析工程實踐：機械臂抓取機構(gòu)設(shè)計分析

物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析1、主臂的方案選擇本機械臂主臂結(jié)構(gòu)方案源自于MeArm袖珍型機械手臂，是本杰明·格雷（BenjaminGray）在2013年二月在Kickstarter發(fā)表的。該機械臂特點為大臂和小臂均采用平行四桿機構(gòu)，傳動器件位于機械臂最底端，有效的改善了傳統(tǒng)串聯(lián)式機械臂結(jié)構(gòu)小臂傳動電機位于大臂末端所造成的大臂整體重心離轉(zhuǎn)動中心較遠，使得大臂無效轉(zhuǎn)矩負載增大問題。同時，該機械臂的另一大特點為夾爪部分于地面間的夾角始終唯一，與傳統(tǒng)串聯(lián)機械臂需要在夾爪部分增加pitch軸電機來保持與地面相對夾角相比，該機械臂減少了一個傳動元件數(shù)量且降低了機械臂整體復(fù)雜性，同時也降低了大臂和小臂的無效轉(zhuǎn)矩負載。工程實踐：機械臂抓取機構(gòu)設(shè)計分析

物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析2、主臂結(jié)構(gòu)設(shè)計在設(shè)計具體臂體之前，首先確定主臂各部件的尺寸，通過抽象出整個主臂的原理性連桿結(jié)構(gòu)圖，在Solidworks軟件環(huán)境繪制其草圖，通過在草圖上補充底盤輪廓的方式盡量模擬出整個機械臂所，通過限制連桿的關(guān)鍵尺寸，如最大工作高度、最低工作高度、與底盤的位置關(guān)系等來給出適宜的尺寸，具體草圖樣式如圖2.9所示。工程實踐：機械臂抓取機構(gòu)設(shè)計分析

物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析2、主臂結(jié)構(gòu)設(shè)計該機械臂具有較多的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，因此，能否對這些轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的摩擦進行較好的處理決定了該機械臂能否擁有較高運動性能。同時，零件間的轉(zhuǎn)動摩擦處理不當(dāng)會造成零件的過量磨損，嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)零件相互抱死，使機械臂失效。為避免以上問題，本機械臂采用轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)處添加法蘭軸承的解決方案，通過過盈配合確保結(jié)構(gòu)體與軸承固連，軸承與軸承間添加墊片實現(xiàn)軸向方向和徑向方向的固定。工程實踐：機械臂抓取機構(gòu)設(shè)計分析

物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析3、夾爪結(jié)構(gòu)設(shè)計機械臂末尾夾爪負責(zé)抓取固定目標(biāo)物體，采用舵機作為傳動元件來控制夾爪開合，舵機的安裝形式?jīng)Q定了夾爪的夾取方式和外觀。本機械爪采用橫置舵機的方式，將舵機置于夾爪下方。為使夾爪的兩彎爪能夠同步對稱工作，在彎爪的末端設(shè)計了不完整齒輪，其中彎爪剛性連接了不完整齒輪，采用階梯齒輪的安裝方式，將舵機傳動至彎爪，實現(xiàn)舵機控制彎爪的動作。工程實踐：機械臂抓取機構(gòu)設(shè)計分析

物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析4、云臺結(jié)構(gòu)設(shè)計Yaw軸作為機械臂與底盤的連接部分，承受較為復(fù)雜的載荷。由于機械臂工作時類似于懸臂梁結(jié)構(gòu)，故其與底盤連接處受力較大，同時，若連接處連接不穩(wěn)固則將直接導(dǎo)致機械臂系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，在Yaw軸承受復(fù)雜和較大載荷的情況下，保證云臺轉(zhuǎn)動順滑，Yaw軸云臺需具備結(jié)構(gòu)剛性高這一特性。工程實踐：機械臂抓取機構(gòu)設(shè)計分析

物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析4、云臺結(jié)構(gòu)設(shè)計Yaw軸承受較為復(fù)雜的載荷，普通的深溝球軸承無法滿足此類要求，轉(zhuǎn)動處軸承選擇交叉滾子軸承RA5008UUCC0，該軸承可以承受徑向和軸向的載荷和彎矩。通過將軸承外圈與底盤相固連，內(nèi)圈與機械臂相固連，實現(xiàn)機械臂相對于底盤的順滑轉(zhuǎn)動。受限于底盤高度，Yaw軸轉(zhuǎn)動的傳動部分采用的是安裝于電機上的齒輪驅(qū)動安裝于機械臂根部齒輪的方式，齒輪組的減速比為1：2。小結(jié)與拓展一、分析搬運機器人系統(tǒng)設(shè)計的工作流程，繪制工作流程圖。二、掌握搬運機器人底盤機構(gòu)的工作原理，完成麥克納姆輪全向運動的原理分析，繪制各方向運動實現(xiàn)的原理圖。三、掌握機械臂的工作原理，完成四自由度機械臂的工作狀態(tài)及動作實現(xiàn)的理論分析，繪制機構(gòu)原理圖。物料搬運機器人機械系統(tǒng)設(shè)計分析項目二：移動機器人零部件認(rèn)知移動機器人零部件認(rèn)知任務(wù)二

：移動機器人零部件認(rèn)知課程目標(biāo)：一、熟悉物料搬運機器人零部件二、熟悉物料搬運機器人的主要控制器件的基本屬性、常見功能三、熟悉物料搬運機器人物料清單四、培養(yǎng)面向成本的設(shè)計意識知識儲備一、機械結(jié)構(gòu)件二、控制類硬件移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備機械臂結(jié)構(gòu)件移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備夾爪結(jié)構(gòu)件移動機器人零部件認(rèn)知移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備云臺結(jié)構(gòu)件移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備框架結(jié)構(gòu)件移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備輪組結(jié)構(gòu)件移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備電控類硬件移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件移動機器人結(jié)構(gòu)實現(xiàn)時，通常采用非標(biāo)準(zhǔn)件機加工、3D打?。▋H用于機械性能與精度要求不高的支撐件與連接件）、外協(xié)標(biāo)準(zhǔn)件、常用件、連接件等。其中自主設(shè)計的零件常用不同材質(zhì)與厚度的板料、鋁型材、鋁方管、3D打印等材料等完成加工制作。移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件1、麥克納姆輪麥克納姆輪由兩大部分組成：輪轂和輥子(roller)。輪轂是整個輪子的主體支架，輥子則是安裝在輪轂上的鼓狀物。麥輪的輪轂軸與輥子轉(zhuǎn)軸呈45°角。理論上，這個夾角可以是任意值，根據(jù)不同的夾角可以制作出不同的輪子，但最常用的還是這兩種。麥輪一般是四個一組使用，兩個左旋輪，兩個右旋輪。左旋輪和右旋輪呈軸性對稱。小型麥克納姆輪常用的外徑有65mm和80mm，可適配的輪軸有TT電機、樂高十字軸、4mm鋁軸、5mm鋁軸、6mm鋁軸和N2電機軸，可采用加纖高強度環(huán)保材料制作，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可與多連軸器連接，適配多種電機。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件2、常用連接緊固件（1）六角螺柱六角螺柱常用于零件的連接和固定，主要材質(zhì)有鋁、銅和不銹鋼等材料，螺柱內(nèi)部有螺紋便于擰入螺栓固定，右圖為不銹鋼的M3-45長螺柱用于底盤框架的連接和固定。（2）螺栓連接件螺栓常用于連接和固定零件，表面有螺紋可與螺母嚙合，在小型機器人中螺栓常用的型號有M3、M4和M5。螺栓的長度要根據(jù)實際安裝位置確定。墊片亦可以用于關(guān)節(jié)連接處減小摩擦，使關(guān)節(jié)更加的靈活。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件（3）防松螺母防松螺母是以特殊的工程塑料永久的附著在螺紋上，使內(nèi)外螺紋在縮緊過程，工程塑料被擠壓而產(chǎn)生強大的反作用力，極大地增加了內(nèi)外螺紋之間的摩擦力，阻礙了振動對連接的影響。在小型機器人上常用的防松螺母有M3、M4和M5等型號。（4）牙條絲桿牙條絲桿常用于連接零件和固定，目前應(yīng)用比較廣泛的材料有304不銹鋼，牙條絲桿上有常用螺栓的螺紋，右圖為304不銹鋼材質(zhì)M4-40mm絲桿。移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件3.聯(lián)軸類零件（1）黃銅聯(lián)軸器黃銅六角聯(lián)軸器常用于連接電機和麥克納姆輪。加長型六角聯(lián)軸器能起到延長傳動軸的作用，可以有效延長傳輸距離。該聯(lián)軸器也可用于連接電機軸與其他模型配件。（2）雙膜片聯(lián)軸器雙膜片聯(lián)軸器因其彌補兩軸線不共線的能力強，能在沖擊與振動條件下保障有效傳動，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小等特點，雙膜片聯(lián)軸器的選用需結(jié)合兩端軸的尺寸。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件4、軸承類零件（1）法蘭軸承法蘭軸承亦稱為帶邊軸承，與普通軸承不同在于多了邊緣結(jié)構(gòu)，將法蘭與軸承結(jié)為一體。外圈上帶有法蘭的系列產(chǎn)品，使軸向定位變得簡單，替代軸承座，變得更經(jīng)濟。小外徑鋼球有利于實現(xiàn)軸承的低摩擦扭矩、高剛性以及良好的回轉(zhuǎn)精度。中空軸的使用滿足了結(jié)構(gòu)輕量化要求，同時能夠提供更多的電纜配線空間。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件4、軸承類零件（2）推力球軸承推力球軸承可分為平底座墊型和調(diào)心球面座墊型兩種類型。推力球軸承由座圈、軸圈和鋼球保持架組件三部分構(gòu)成，與軸配合的稱軸圈，與外殼配合的稱座圈。該類型軸承可承受高速運轉(zhuǎn)時的軸向推力載荷，不承受徑向載荷。（3）深溝球軸承深溝球軸承是應(yīng)用廣泛的一種滾動軸承，基本型的深溝球軸承由一個外圈，一個內(nèi)圈、一組鋼球和一組保持架構(gòu)成。其特點是摩擦阻力小，轉(zhuǎn)速高，主要承受徑向載荷，也可同時承受徑向載荷和軸向載荷。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件4、軸承類零件（4）交叉滾子軸承交叉滾子軸承是一種內(nèi)圈分割、外圈旋轉(zhuǎn)的特殊型號軸承。因被分割的內(nèi)環(huán)或外環(huán)，在裝入滾柱和間隔保持器后，與交叉滾柱軸環(huán)固定在一起，可防止互相分離。滾柱為交叉排列，通常只用1套交叉滾柱軸環(huán)即可承受多個方向的負荷，與其他常規(guī)軸承相比，剛性提高3~4倍。因交叉滾子軸承內(nèi)圈或外圈是兩分割的構(gòu)造，軸承間隙可調(diào)整，即使被施加預(yù)載，也能獲得高精度地旋轉(zhuǎn)運動。由于其特殊結(jié)構(gòu)，交叉滾子軸承在機器人中通常用作關(guān)節(jié)軸承。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：機械結(jié)構(gòu)件4、軸承類零件（5）魚眼接頭魚眼接頭是自潤滑桿端關(guān)節(jié)軸承的俗稱，屬于關(guān)節(jié)軸承的一種，其作用是連接兩個中心線相交的桿件，其中“魚眼”里安裝的那個軸可以繞中心線旋轉(zhuǎn)一定角度。關(guān)節(jié)軸承能承受較大的負荷，根據(jù)其不同的類型和結(jié)構(gòu)，可以承受徑向負荷、軸向負荷或徑向、軸向同時存在的復(fù)合負荷。由于在內(nèi)圈的外球面上鑲有復(fù)合材料，故該軸承在工作中可產(chǎn)生自潤滑。魚眼接頭一般用于速度較低的擺動運動和低速旋轉(zhuǎn)，也可在一定角度范圍內(nèi)作傾斜運動，當(dāng)支承軸與軸殼孔不重合程度較大時，仍能正常工作。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：控制類硬件在移動機器人中常把與控制實現(xiàn)直接相關(guān)的物資統(tǒng)稱為控制硬件，包括用于系統(tǒng)開發(fā)的單片機主控板、用于傳遞運動的電機及電機驅(qū)動器、電源供電裝置、各類傳感器、遙控器及顯示屏等輸入輸出裝置等。1、主控板及中心板主控板的外形尺寸為150mm*1000mm，采用高性能的STM32F407主控芯片（CPU：STM32F407ZGT6，LQFP144，F(xiàn)LASH：1024K，SRAM：192K），支持寬電壓輸入，集成專用的擴展接口，通信接口以及高精度IMU傳感器，可配合搬運機器人產(chǎn)品或其他配件使用。

RoboMaster電調(diào)中心板2是一款專為實現(xiàn)電源及CANBus通信接口擴展的轉(zhuǎn)接板。該中心板具有結(jié)構(gòu)緊湊、接口集成度高等特性，可同時驅(qū)動7套動力系統(tǒng)，采用硅膠外殼設(shè)計提高了防護等級，保障產(chǎn)品可靠運行。移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：控制類硬件2、供電裝置如圖2.28所示為機器人供電裝置，由電池和電池架組成。TB47電池是一款容量為4500mAh、電壓為22.2V、帶有充放電管理功能的智能電池。該電池可以在-10℃~40℃的工作環(huán)境溫度內(nèi)工作，最大充電功率為180W。RoboMaster電池架（兼容型）是一款專為RoboMaster機器人設(shè)計的電池固定和供電器件，其安裝方式靈活，可分別選擇使用對應(yīng)兩側(cè)進行固定。該款電池架兼容DJITB47系列和TB48系列等電池。電池架上配有電源開關(guān)，可控制電池供電，配有電池信息接口，可用于監(jiān)測當(dāng)前電池電量等數(shù)據(jù)。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：控制類硬件3、電機及電機驅(qū)動(1)RoboMasterM2006動力系統(tǒng)RoboMasterM2006動力系統(tǒng)由RoboMasterM2006P36直流無刷減速電機和RoboMasterC610無刷電機調(diào)速器組成，如圖2.29所示。M2006P36電機采用三相永磁直流無刷結(jié)構(gòu)，具有輸出轉(zhuǎn)速高、體積小、功率密度高等特點。該電機內(nèi)置位置傳感器，可提供精確的位置反饋，以FOC矢量控制方式使電機產(chǎn)生連續(xù)的扭矩，減速箱減速比為36:1，可應(yīng)用于移動機器人、服務(wù)機器人，快速成型技術(shù)及自動化設(shè)備等多重領(lǐng)域。C610電調(diào)采用32位定制電機驅(qū)動芯片，使用磁場定向控制(FOC)技術(shù)，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)矩的精確控制，與RoboMasterM2006直流無刷減速電機搭配，組成動力套件。

移動機器人零部件認(rèn)知工程實踐：調(diào)研實踐基礎(chǔ)概述--調(diào)研工具

（2）MG995舵機如圖2.30所示為一種位置（角度）伺服的驅(qū)動器——MG995舵機，常用于無人機與機器人制作中。此類舵機內(nèi)部有一個基準(zhǔn)電路，可產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出，電壓差的正負輸出決定電機的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機轉(zhuǎn)到一定的角度時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn)，使電壓差為0，電機停止轉(zhuǎn)動。移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：控制類硬件5、常用傳感器（1）超聲波傳感器HC_SR04是一款使用較為廣泛的超聲波傳感器，常用于障礙檢測與距離測定。該模塊具有四個引腳,分別為VCC、GND、TRIG、ECHO，其中VCC、GND為供電腳，TRIG為測距觸發(fā)引腳，ECHO為測距輸入引腳。工作時，由控制口發(fā)一個10μs以上的高電平，即可以在接收口等待高電平輸出，一有輸出就可以開定時器計時，當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r則可以讀定時器的值，此時就為此次測距的時間，方可算出距離。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：控制類硬件5、常用傳感器（2）紅外傳感器紅外傳感器由一對紅外信號發(fā)射與接收二極管及運放比較電路組成，發(fā)射管發(fā)射一定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號，當(dāng)紅外的檢測方向遇到障礙物（反射面）時，紅外信號反射回來被接收管接收，經(jīng)過處理后，通過數(shù)字傳感器接口返回到主控板，即可利用紅外波返回信號來識別周圍環(huán)境的變化。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：控制類硬件5、常用傳感器（3）灰度傳感器灰度傳感器是模擬傳感器，有一只發(fā)光二極管和一只光敏電阻，安裝在同一面上?；叶葌鞲衅骼貌煌伾臋z測面對光的反射程度不同，光敏電阻對不同檢測面返回的光其阻值也不同的原理進行顏色深淺檢測。在有效的檢測距離內(nèi)，發(fā)光二極管發(fā)出白光，照射在檢測面上，檢測面反射部分光線，光敏電阻檢測此光線的強度并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：控制類硬件5、常用傳感器（4）攝像頭 OV2640攝像頭支持UXGA,SXGA,SVGA以及從SXGA按比例縮小到40*30的任何尺寸；高靈敏度、低電壓適合嵌入式應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)的SCCB接口，兼容IIC接口；支持RawRGB、RB422、RGB(RGB565/RGB555)、YUV(422/420)和YCbCr（422）輸出格式；支持自動曝光控制、自動增益控制、自動白平衡、自動消除燈光條紋、自動黑電平校準(zhǔn)等自動控制功能；同時支持色飽和度、色相、伽馬、銳度等設(shè)置。支持圖像縮放和閃光燈，支持圖像壓縮，即可輸出JPEG圖像數(shù)據(jù)。

移動機器人零部件認(rèn)知知識儲備：控制類硬件6、輸入輸出裝置(1)顯示屏TFT-LCD即薄膜晶體管液晶顯示器，是目前最主流的LCD顯示器，具有亮度好、對比度高、層次感強、顏色鮮艷等特點，廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品。

(2)遙控器PS2手柄由手柄與接收器兩部分組成。手柄主要負責(zé)發(fā)送按鍵信息，接收器與單片機相連，用于接收手柄發(fā)來的信息，并傳遞給單片機。單片機也可通過接收器向手柄發(fā)送命令，配置手柄的發(fā)送模式?？赏ㄟ^按鍵組合實現(xiàn)多種動作控制。

移動機器人零部件認(rèn)知工程實踐：制作物料清單熟悉搬運機器人的結(jié)構(gòu)組成和控制硬件，按機械結(jié)構(gòu)件和電控硬件分別制作物料清單。機械結(jié)構(gòu)件可劃分為底盤、云臺、機械臂、夾爪、各模塊通用標(biāo)準(zhǔn)件及常用件。一、制作物料搬運機器人機械結(jié)構(gòu)件物料清單底盤模塊機械結(jié)構(gòu)物料清單云臺機械結(jié)構(gòu)物料清單機械臂模塊機械結(jié)構(gòu)物料清單夾爪模塊機械結(jié)構(gòu)件物料清單其他標(biāo)準(zhǔn)件及常用件物料清單二、制作物料搬運機器人電控元器件物料清單移動機器人零部件認(rèn)知工程實踐：制作物料清單一、制作物料搬運機器人機械結(jié)構(gòu)件物料清單（底盤模塊機械結(jié)構(gòu)物料清單）

序號所屬模塊物料名稱數(shù)量工藝材料/尺寸/其他1底盤麥克納姆輪4外購80mm2底盤上鋁管2車&銑10*10mm鋁管3底盤上蓋板112D雕刻3mm碳板4底盤上蓋板312D雕刻2mm碳板5底盤下蓋板112D雕刻2mm碳板6底盤下蓋板212D雕刻2mm碳板7底盤底側(cè)梁板12D雕刻3mm碳板8底盤M3*45鋁柱8外購9底盤M4*40絲桿4外購10底盤L型板42D雕刻3mm碳板11底盤中間連接橋12D雕刻3mm碳板12底盤L件中間墊塊23D打印塑料13底盤輪組梁板中間墊塊43D打印塑料14底盤連接梁下墊片43D打印塑料15底盤橫架側(cè)墊塊43D打印塑料16底盤魚眼中間墊塊83D打印塑料17底盤輪組梁板42D雕刻3mm碳板18底盤輪組梁板里側(cè)42D雕刻3mm碳板19底盤黃銅連軸器4外購加長型30mm移動機器人零部件認(rèn)知工程實踐：制作物料清單一、制作物料搬運機器人機械結(jié)構(gòu)件物料清單（云臺機械結(jié)構(gòu)物料清單）序號所屬模塊物料名稱數(shù)量工藝材料/尺寸/其他1云臺交叉滾子軸承1標(biāo)準(zhǔn)件RA5008UUCC02云臺超聲波安裝架13D打印塑料3云臺上蓋板212D雕刻3mm碳板4云臺外擋圈13D打印塑料5云臺外圈蓋12D雕刻2mm碳板6云臺M3z12直齒輪12D雕刻3mm碳板7云臺底側(cè)旋轉(zhuǎn)板12D雕刻3mm碳板8云臺交叉滾子上墊圈13D打印塑料9云臺M3z24直齒輪12D雕刻3mm碳板10云臺交叉滾子上墊圈下13D打印塑料11云臺交叉滾子內(nèi)圈上夾板12D雕刻3mm碳板12云臺交叉滾子中間墊圈13D打印塑料13云臺交叉滾子內(nèi)圈上夾板212D雕刻3mm碳板14云臺交叉滾子外墊圈13D打印塑料15云臺交叉滾子外圈夾板12D雕刻3mm碳板移動機器人零部件認(rèn)知工程實踐：制作物料清單一、制作物料搬運機器人機械結(jié)構(gòu)件物料清單（機械臂模塊機械結(jié)構(gòu)物流清單）序號所屬模塊物料名稱數(shù)量工藝材料/尺寸/其他1機械臂雙膜片聯(lián)軸器3標(biāo)準(zhǔn)件26-35-62機械臂夾爪L型板22D雕刻3mm碳板3機械臂中間墊塊313D打印塑料4機械臂上連桿112D雕刻3mm碳板5機械臂傳動臂222D雕刻3mm碳板6機械臂左傳動臂12D雕刻3mm碳板7機械臂右傳動臂12D雕刻3mm碳板8機械臂三角轉(zhuǎn)接板12D雕刻3mm碳板9機械臂中間墊柱213D打印塑料10機械臂上連桿312D雕刻3mm碳板11機械臂上連桿212D雕刻3mm碳板12機械臂連桿墊塊13D打印塑料13機械臂中間墊柱113D打印塑料14機械臂電機安裝板22D雕刻3mm碳板15機械臂平行拉桿連接板12D雕刻3mm碳板16機械臂底板轉(zhuǎn)接件22D雕刻3mm碳板17機械臂左傳動臂翻轉(zhuǎn)撥片12D雕刻3mm碳板18機械臂傳動臂墊塊13D打印塑料移動機器人零部件認(rèn)知工程實踐：制作物料清單一、制作物料搬運機器人機械結(jié)構(gòu)件物料清單（夾爪模塊機械結(jié)構(gòu)件物料清單）序號所屬模塊物料名稱數(shù)量工藝材料/尺寸/其他1夾爪連接打印件113D打印塑料2夾爪連接打印件213D打印塑料3夾爪夾爪齒輪安裝板212D雕刻3mm碳板4夾爪夾爪齒輪安裝板112D雕刻3mm碳板5夾爪夾爪舵機上夾板12D雕刻3mm碳板6夾爪舵機外殼13D打印塑料7夾爪M2*Z14直齒輪112D雕刻3mm碳板8夾爪夾爪齒輪墊塊12D雕刻3mm碳板9夾爪M2*Z14直齒輪212D雕刻3mm碳板10夾爪M2*Z15齒爪112D雕刻3mm碳板11夾爪M2*Z15齒爪212D雕刻3mm碳板12夾爪配爪42D雕刻2mm碳板13夾爪夾爪柱體83D打印塑料14夾爪舵盤1常用件金屬移動機器人零部件認(rèn)知工程實踐：制作物料清單一、制作物料搬運機器人機械結(jié)構(gòu)件物料清單（其他標(biāo)準(zhǔn)件及常用件物料清單）序號所屬模塊物料名稱數(shù)量工藝材料/尺寸/其他1緊固M3雙面膠1雙面膠寬2厘米*長50米2緊固魚眼接頭8標(biāo)準(zhǔn)件M4*0.73緊固螺栓連接件176標(biāo)準(zhǔn)件M2.5*14-M5*30共22種4緊固墊片30標(biāo)準(zhǔn)件3*5*0.55緊固墊片50標(biāo)準(zhǔn)件4*6*0.56緊固M3防松螺母289標(biāo)準(zhǔn)件M37緊固M4防松螺母41標(biāo)準(zhǔn)件M48緊固M5防松螺母2標(biāo)準(zhǔn)件M59緊固法蘭軸承5標(biāo)準(zhǔn)件3*8*310緊固法蘭軸承22標(biāo)準(zhǔn)件4*8*311緊固推力球軸承4標(biāo)準(zhǔn)件4*9*412緊固深溝球軸承8標(biāo)準(zhǔn)件4*10*413緊固法蘭軸承2標(biāo)準(zhǔn)件5*10*414緊固推力球軸承2標(biāo)準(zhǔn)件5*12*415緊固深溝球軸承1標(biāo)準(zhǔn)件9*17*4移動機器人零部件認(rèn)知工程實踐：制作物料清單二、制作物料搬運機器人電控元器件物料清單序號所屬模塊物料名稱數(shù)量工藝材料/尺寸/其他1顯示模塊LCD顯示屏1外購4.3寸2傳感器灰度傳感器2外購8路灰度3傳感器紅外傳感器2外購E3F-DS30B2可調(diào)節(jié)(常閉10-50cm)NPN4傳感器超聲波傳感器1外購HC-SR045傳感器攝像頭傳感器1外購OV26406驅(qū)動模塊電調(diào)7外購RMC6107驅(qū)動模塊總線舵機1外購MG9958驅(qū)動模塊電機7外購RMM20069電源模塊電池1外購RMTB47S10電源模塊電池架1外購RM兼容型11控制系統(tǒng)電調(diào)中心板1外購RM中心板212控制系統(tǒng)主控板1自制STM3214控制系統(tǒng)遙控器1外購PS2遙控器15控制系統(tǒng)線材1外購移動機器人零部件認(rèn)知小結(jié)與拓展一、熟悉搬運機器人的機械零部件及機械外購件選用方法，了解機械零部件的常用材料及加工方法。二、熟悉搬運機器人的電子元器件及其選用方法，調(diào)研對比同類電子元器件的應(yīng)用情況。三、結(jié)合設(shè)計需求，生成搬運機器人外購件的物料清單及購買鏈接，調(diào)研并核算搬運機器人的制作成本。項目三移動機器人零件建模與組裝任務(wù)1：移動機器人零件建模1.掌握典型零件建模的基本方法2.掌握典型零件工程圖繪制的基本方法3.培養(yǎng)面向制造的設(shè)計意識4.提升專業(yè)軟件的應(yīng)用能力5.培養(yǎng)遵從職業(yè)規(guī)范與專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工程意識課程目標(biāo)：1、新建零件和保存步驟1：如圖所示為Solidworks的默認(rèn)軟件界面。1、新建零件和保存步驟2：點擊左上角“文件”，再點擊“新建”，在彈出的對話框中，選擇“零件”，然后再點擊“確定”，進入如圖所示的零件建模界面。1、新建零件和保存步驟3：單擊“標(biāo)準(zhǔn)”工具欄的“保存”按鈕或點擊“文件”菜單選擇“保存”命令，點擊后即可選擇保存位置以保存所繪制的模型，完成零件保存。2、基準(zhǔn)步驟1：如圖所示，左側(cè)狀態(tài)欄中有三個基準(zhǔn)面，分別是新建文件后系統(tǒng)自動生成的前視基準(zhǔn)面、上視基準(zhǔn)面和右視基準(zhǔn)面。2、基準(zhǔn)步驟2：點擊左側(cè)狀態(tài)欄的前視基準(zhǔn)面，在彈出的對話框中點擊“草圖繪制”，可以看到已經(jīng)進入前視基準(zhǔn)面的草圖繪制界面，此時左上角的“草圖繪制”按鈕變成深色。3、草繪步驟1：在“草圖”工具欄可以看到有很多常用命令，包括繪圖、尺寸及常用命令等。。3、草繪步驟2：下拉“直線”按鈕后可以選擇自己想要的線型進行繪制，點擊“智能尺寸”按鈕，在選擇畫好的直線可以給直線附上長度尺寸。3、草繪4、拉伸特征步驟1：在繪制好草圖之后，注意草圖要是封閉圖形，保持草圖處于激活狀態(tài)，單擊“特征”控制面板中的“拉伸凸臺/基體”按鈕。4、拉伸特征步驟2：此時會彈出“凸臺-拉伸”屬性管理器，下拉“方向1”，此處有以下幾種拉伸方式：給定深度：從草圖的基準(zhǔn)面拉伸到指定的距離平移處，以生成特征。完全貫穿：從草圖的基準(zhǔn)面拉伸直到貫穿所有現(xiàn)有幾何體。成形到下一面：從草圖的基準(zhǔn)面拉伸到下一面，以生成特征。成形到一面：從草圖的基準(zhǔn)面拉伸到所選的曲面以生成特征。到離指定面指定的距離：從草圖的基準(zhǔn)面拉伸到離某面或曲面的特定距離處，以生成特征。兩側(cè)對稱：從草圖基準(zhǔn)面向兩個方向?qū)ΨQ拉伸。成形到一頂點：從草圖基準(zhǔn)面拉伸到一個平面，這個平面平行于草圖基準(zhǔn)面且穿越指定頂點。4、拉伸特征步驟3：選擇“給定深度”數(shù)值設(shè)定為10mm,勾選就可以看到零件拉伸后的結(jié)果。4、拉伸特征步驟4：點擊“草圖繪制”按鈕再點擊模型的一個面，可以看到“草圖繪制”按鈕已經(jīng)被激活，現(xiàn)在可以在模型的面上再繪制一個草圖。4、拉伸特征步驟5：單擊“特征”控制面板中的“拉伸切除”按鈕。左側(cè)屬性管理器中下拉“方向1”，可以看到“拉伸切除”的種類。5、孔特征步驟1：單擊“特征”控制面板中的“異型孔向?qū)А保谧髠?cè)彈出屬性管理器，可以選擇孔的類型、尺寸大小、貫穿形式（孔深）。5、孔特征步驟2：在屬性管理器上方單擊“位置”按鈕，選擇模型的一個面點擊就可以顯示孔的位置。5、孔特征步驟3：點擊“勾選”就可以得到孔。6、圓角特征步驟1：單擊“特征”控制面板中的“圓角”。6、圓角特征步驟2：選擇需要圓角化的邊線單擊，在左側(cè)屬性管理器里可以選擇圓角的尺寸。6、圓角特征步驟3：點擊“勾選”就可以生成圓角后的模型。7、鏡像實體步驟1：在前視基準(zhǔn)面上繪制草圖，使用“草圖”中的“直線”工具，選擇“中心線”，在原點進行繪制。7、鏡像實體步驟2：在“中心線”兩側(cè)進行草圖繪制，在“草圖”中單擊“鏡像實體”，在左側(cè)的屬性管理器中的“要鏡像的實體”中將繪制的圖形草圖選中，“鏡像軸”選擇“中心線”。7、鏡像實體步驟3：點擊“勾選”，就可以得到一個鏡像的實體。8、抽殼特征步驟1：單擊“特征”控制面板中的“抽殼”。8、抽殼特征步驟2：在左側(cè)屬性管理器中，“參數(shù)”選項組的“厚度”指定抽殼的厚度3mm，“要移除的面”選中需要去除的面，勾選。（當(dāng)沒有選擇去除面時會形成一個中間掏空的模型，當(dāng)選擇的面是相對時會生成一個通孔）。8、抽殼特征步驟3：得到一個壁厚為3mm的中間鏤空模型。底側(cè)梁板1、底側(cè)梁板實體建模步驟1：在設(shè)計樹中選擇“前視基準(zhǔn)面”作為繪圖基準(zhǔn)面，單擊“草圖”控制面板中的“中心線按鈕”，在中心線面板中勾選上“無限長度”在原點處繪制。單擊“草圖”控制面板中的“矩形”按鈕，選擇中心矩形進行草圖繪制，使用“智能尺寸”進行標(biāo)注，尺寸如圖。1、底側(cè)梁板實體建模步驟2：單擊“特征”控制面板中的“凸臺-拉伸”按鈕，選擇從“草圖基準(zhǔn)面”，方向為“給定深度”，尺寸為3mm，單擊“勾選”。2、孔的形成步驟1：鼠標(biāo)右擊前視基準(zhǔn)面作為草圖繪制的基準(zhǔn)，單擊按鈕“草圖繪制”進入草圖繪制，通過“中心線按鈕”勾選“無限長度”在原點處繪制中心線，用“圓形”、“直線”等命令完成多孔的圓形及構(gòu)造線的繪制，最后用“智能尺寸”標(biāo)注并按零件圖修改尺寸。2、孔的形成步驟2：用“鏡向?qū)嶓w”命令在“要鏡向的實體”中選中所繪圖形，“鏡向軸”選擇前一步的豎直中心線，單擊“勾選”按鈕，選擇圖示圓形完成鏡像。2、孔的形成步驟3：單擊“鏡向?qū)嶓w”，在“要鏡向的實體”中選中所繪圖形，“鏡向軸”選擇前一步中的水平中心線，單擊“勾選”按鈕，選擇圖示圓形完成鏡像。2、孔的形成步驟4：單擊“拉伸切除”按鈕，在“切除-拉伸”的面板中選擇“草圖基準(zhǔn)面”和“完全貫穿”，單擊“勾選”按鈕完成多孔切除。3、板材減材料步驟1：右擊鼠標(biāo)底側(cè)梁板正面，單擊第二行第二個按鈕“草圖繪制”進行底側(cè)梁板的正面編輯，單擊“草圖”控制面板中的“中心線按鈕”，在中心線面板中勾選上“無限長度”在原點處繪制。在“草圖”控制面板中單擊“直線”按鈕繪制圖形，然后再單擊“智能尺寸”按鈕標(biāo)注尺寸，尺寸如圖。