運(yùn)載機(jī)器人的設(shè)計(jì)

運(yùn)載機(jī)器人的設(shè)計(jì),運(yùn)載,機(jī)器人,設(shè)計(jì) 天津工程師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （說明書） 一、機(jī)器人競賽及機(jī)器人發(fā)展史簡介 機(jī)器人競賽是以弘揚(yáng)科學(xué)技術(shù)，突顯創(chuàng)造與創(chuàng)新，強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)合作，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)，關(guān)聯(lián)當(dāng)今世界面臨的問題與機(jī)遇為宗旨的一項(xiàng)綜合多種學(xué)科知識(shí)和技能的青少年科技活動(dòng)。參賽同學(xué)通過計(jì)算機(jī)編程、工程設(shè)計(jì)、動(dòng)手制作與技術(shù)構(gòu)建，結(jié)合日常觀察、積累去尋求最完美的機(jī)器人制作方案，從而培養(yǎng)同學(xué)們的科技創(chuàng)新精神和動(dòng)手實(shí)踐能力，鼓勵(lì)廣大機(jī)器人愛好者在信息、自動(dòng)化控制等高新科技領(lǐng)域進(jìn)行力所能及的學(xué)習(xí)、探索、研究和實(shí)踐激發(fā)他們對科學(xué)的興趣，提高他們的科學(xué)素質(zhì)。中國青少年機(jī)器人競賽活動(dòng)是，中國科協(xié)在21世紀(jì)青少年科技創(chuàng)新活動(dòng)中著力創(chuàng)建和打造的一個(gè)嶄新品牌。它以弘揚(yáng)科學(xué)技術(shù)，突顯創(chuàng)造與創(chuàng)新，強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)貢獻(xiàn)，培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)，關(guān)聯(lián)當(dāng)今世界面臨的問題與機(jī)遇為宗旨。組織開展這項(xiàng)活動(dòng)的目的是，組織青少年在參加電腦機(jī)器人的活動(dòng)中，將現(xiàn)實(shí)世界的事物與“動(dòng)手做”活動(dòng)相結(jié)合，放手讓青少年通過活動(dòng)，去發(fā)現(xiàn)解決問題的方法，并獲得那些當(dāng)今科學(xué)家和工程師們所面對的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)青少年的科技創(chuàng)新精神和動(dòng)手實(shí)踐能力，讓他們能夠更好地適應(yīng)21世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢；鼓勵(lì)更多的青少年電腦機(jī)器人愛好者在信息、自動(dòng)控制等高新科技領(lǐng)域，進(jìn)行力所能及的學(xué)習(xí)、探索、研究和實(shí)踐，激發(fā)他們對科學(xué)的興趣，提高他們的科學(xué)素質(zhì)。機(jī)器人大賽是近年來國際上迅速開展起來的一種高技術(shù)對抗活動(dòng)，它涉及人工智能、自動(dòng)控制、機(jī)械電子、通信、傳感及機(jī)構(gòu)等多個(gè)領(lǐng)域的前沿研究和技術(shù)融合，集高技術(shù)、娛樂和比賽于一體，引起了公眾的廣泛關(guān)注和極大興趣。目前，國際上推出了各種不同類型的機(jī)器人大賽，如機(jī)器人足球、機(jī)器人滅火、機(jī)器人相撲、機(jī)器人舞蹈、機(jī)器人走迷宮和機(jī)器人賽跑等。機(jī)器人大賽，不僅為青少年提供了良好的寓教于樂的載體，也極大地促進(jìn)了實(shí)用智能機(jī)器人的研發(fā)。 相撲這個(gè)日本著名的體育項(xiàng)目也被引入到機(jī)器人比賽中，日本的機(jī)器人相撲比賽深受人們的喜愛。目前，我國也引進(jìn)了這項(xiàng)機(jī)器人比賽，天津職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院是我國在機(jī)器人相撲比賽領(lǐng)域的先行者。機(jī)器人舞蹈比賽是近年興起的一種趣味性很強(qiáng)的機(jī)器人比賽項(xiàng)目。我國的一些高校都在校內(nèi)開展了此項(xiàng)比賽，中國科技大學(xué)和中國礦業(yè)大學(xué)是目前我國此項(xiàng)比賽的領(lǐng)先者。? 機(jī)器人足球賽是眾多機(jī)器人競賽中最為流行的比賽，它提供了一個(gè)小空間內(nèi)的高技術(shù)對抗平臺(tái)，集技術(shù)性、競技性和趣味性于一體。其中FIRA和ROBOCUP是最具國際影響的兩項(xiàng)機(jī)器人足球賽。 舉辦機(jī)器人大賽的目的是通過競賽手段，吸引更多科技工作者，尤其是廣大青少年學(xué)生參與到這項(xiàng)活動(dòng)中來，以促進(jìn)機(jī)器人及智能自動(dòng)化領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。 機(jī)器人發(fā)展史簡介 美國是機(jī)器人的誕生地，早在1962年就研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，比起號(hào)稱"機(jī)器人王國"的日本起步至少要早五六年。經(jīng)過30多年的發(fā)展，美國現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)。綜觀它的發(fā)展史，道路是曲折的，不平坦的。由于美國政府從60年代到70年代中的十幾年期間，并沒有把工業(yè)機(jī)器人列入重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，只是在幾所大學(xué)和少數(shù)公司開展了一些研究工作。對于企業(yè)來說，在只看到眼前利益，政府又無財(cái)政支持的情況下，寧愿錯(cuò)過良機(jī)，固守在使用剛性自動(dòng)化裝置上，也不愿冒著風(fēng)險(xiǎn)，去應(yīng)用或制造機(jī)器人。加上，當(dāng)時(shí)美國失業(yè)率高達(dá)6．65％，政府擔(dān)心發(fā)展機(jī)器人會(huì)造成更多人失業(yè)，因此不予投資，也不組織研制機(jī)器人，這不能不說是美國政府的戰(zhàn)略決策錯(cuò)誤。70年代后期，美國政府和企業(yè)界雖有所重視，但在技術(shù)路線上仍把重點(diǎn)放在研究機(jī)器人軟件及軍事、宇宙、海洋、核工程等特殊領(lǐng)域的高級(jí)機(jī)器人的開發(fā)上，致使日本的工業(yè)機(jī)器人后來居上，并在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用上及機(jī)器人制造業(yè)上很快超過了美國，產(chǎn)品在國際市場上形成了較強(qiáng)的競爭力。進(jìn)入80年代之后，美國才感到形勢緊迫，政府和企業(yè)界才對機(jī)器人真正重視起來，政策上也有所體現(xiàn)，一方面鼓勵(lì)工業(yè)界發(fā)展和應(yīng)用機(jī)器人，另一方面制訂計(jì)劃、提高投資，增加機(jī)器人的研究經(jīng)費(fèi)，把機(jī)器人看成美國再次工業(yè)化的特征，使美國的機(jī)器人迅速發(fā)展。80年代中后期，隨著各大廠家應(yīng)用機(jī)器人的技術(shù)日臻成熟，第一代機(jī)器人的技術(shù)性能越來越滿足不了實(shí)際需要，美國開始生產(chǎn)帶有視覺、力覺的第二代機(jī)器人，并很快占領(lǐng)了美國60％的機(jī)器人市場。盡管美國在機(jī)器人發(fā)展史上走過一條重視理論研究，忽視應(yīng)用開發(fā)研究的曲折道路，但是美國的機(jī)器人技術(shù)在國際上仍一直處于領(lǐng)先地位。其技術(shù)全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng)。具體表現(xiàn)在：（1）性能可靠，功能全面，精確度高；（2）機(jī)器人語言研究發(fā)展較快，語言類型多、應(yīng)用廣，水平高居世界之首；（3）智能技術(shù)發(fā)展快，其視覺、觸覺等人工智能技術(shù)已在航天、汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用； 4）高智能、高難度的軍用機(jī)器人、太空機(jī)器人等發(fā)展迅速，主要用于掃雷、布雷、偵察、站崗及太空探測方面。 早在1966年，美國Unimation公司的尤尼曼特機(jī)器人和AMF公司的沃莎特蘭機(jī)器人就已經(jīng)率先進(jìn)入英國市場。1967年英國的兩家大機(jī)械公司還特地為美國這兩家機(jī)器人公司在英國推銷機(jī)器人。接著，英國 Hall Automation公司研制出自己的機(jī)器人RAMP。70年代初期，由于英國政府科學(xué)研究委員會(huì)頒布了否定人工智能和機(jī)器人的Lighthall報(bào)告，對工業(yè)機(jī)器人實(shí)行了限制發(fā)展的嚴(yán)厲措施，因而機(jī)器人工業(yè)一蹶不振，在西歐差不多居于末位。 但是，國際上機(jī)器人蓬勃發(fā)展的形勢很快使英政府意識(shí)到：機(jī)器人技術(shù)的落后，導(dǎo)致其商品在國際市場上的競爭力大為下降。于是，從70年代末開始，英國政府轉(zhuǎn)而采取支持態(tài)度，推行并實(shí)施了一系列支持機(jī)器人發(fā)展的政策和措施，如廣泛宣傳使用機(jī)器人的重要性、在財(cái)政上給購買機(jī)器人企業(yè)以補(bǔ)貼、積極促進(jìn)機(jī)器人研究單位與企業(yè)聯(lián)合等，使英國機(jī)器人開始了在生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用及大力研制的興盛時(shí)期。 法國不僅在機(jī)器人擁有量上居于世界前列，而且在機(jī)器人應(yīng)用水平和應(yīng)用范圍上處于世界先進(jìn)水平。這主要?dú)w功于法國政府一開始就比較重視機(jī)器人技術(shù)，特別是把重點(diǎn)放在開展機(jī)器人的應(yīng)用研究上。法國機(jī)器人的發(fā)展比較順利，主要原因是通過政府大力支持的研究計(jì)劃，建立起一個(gè)完整的科學(xué)技術(shù)體系。即由政府組織一些機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)方面的研究項(xiàng)目，而由工業(yè)界支持開展應(yīng)用和開發(fā)方面的工作，兩者相輔相成，使機(jī)器人在法國企業(yè)界很快發(fā)展和普及。國工業(yè)機(jī)器人的總數(shù)占世界第三位，僅次于日本和美國。這里所說的德國，主要指的是原聯(lián)邦德國。它比英國和瑞典引進(jìn)機(jī)器人大約晚了五六年。其所以如此，是因?yàn)榈聡臋C(jī)器人工業(yè)一起步，就遇到了國內(nèi)經(jīng)濟(jì)不景氣。但是德國的社會(huì)環(huán)境卻是有利于機(jī)器人工業(yè)發(fā)展的。因?yàn)閼?zhàn)爭，導(dǎo)致勞動(dòng)力短缺，以及國民技術(shù)水平高，都是實(shí)現(xiàn)使用機(jī)器人的有利條件。到了70年代中后期，政府采用行政手段為機(jī)器人的推廣開辟道路；在"改善勞動(dòng)條件計(jì)劃"中規(guī)定，對于一些有危險(xiǎn)、有毒、有害的工作崗位，必須以機(jī)器人來代替普通人的勞動(dòng)。這個(gè)計(jì)劃為機(jī)器人的應(yīng)用開拓了廣泛的市場，并推動(dòng)了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。日爾曼民族是一個(gè)重實(shí)際的民族，他們始終堅(jiān)持技術(shù)應(yīng)用和社會(huì)需求相結(jié)合的原則。除了像大多數(shù)國家一樣，將機(jī)器人主要應(yīng)用在汽車工業(yè)之外，突出的一點(diǎn)是德國在紡織工業(yè)中用現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)改造原有企業(yè)，報(bào)廢了舊機(jī)器，購買了現(xiàn)代化自動(dòng)設(shè)備、電子計(jì)算機(jī)和機(jī)器人，使紡織工業(yè)成本下降、質(zhì)量提高，產(chǎn)品的花色品種更加適銷對路。到1984年終于使這一被喻為"快完蛋的行業(yè)"重新振興起來。與此同時(shí)，德國看到了機(jī)器人等先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)對工業(yè)生產(chǎn)的作用，提出了1985年以后要向高級(jí)的、帶感覺的智能型機(jī)器人轉(zhuǎn)移的目標(biāo)。經(jīng)過近十年的努力，其智能機(jī)器人的研究和應(yīng)用方面在世界上處于公認(rèn)的領(lǐng)先地位。 在前蘇聯(lián)（主要是在俄羅斯），從理論和實(shí)踐上探討機(jī)器人技術(shù)是從50年代后半期開始的。到了50年代后期開始了機(jī)器人樣機(jī)的研究工作。1968年成功地試制出一臺(tái)深水作業(yè)機(jī)器人。1971年研制出工廠用的萬能機(jī)器人。早在前蘇聯(lián)第九個(gè)五年計(jì)劃（1970年一1975年）開始時(shí)，就把發(fā)展機(jī)器人列入國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展綱領(lǐng)之中。到1975年，已研制出30個(gè)型號(hào)的120臺(tái)機(jī)器人，經(jīng)過20年的努力，前蘇聯(lián)的機(jī)器人在數(shù)量、質(zhì)量水乎上均處于世界前列地位。國家有目的地把提高科學(xué)技術(shù)進(jìn)步當(dāng)作推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展的手段，來安排機(jī)器人的研究制造；有關(guān)機(jī)器人的研究生產(chǎn)、應(yīng)用、推廣和提高工作，都由政府安排，有計(jì)劃、按步驟地進(jìn)行。 有人認(rèn)為，應(yīng)用機(jī)器人只是為了節(jié)省勞動(dòng)力，而我國勞動(dòng)力資源豐富，發(fā)展機(jī)器人不一定符合我國國情。這是一種誤解。在我國，社會(huì)主義制度的優(yōu)越性決定了機(jī)器人能夠充分發(fā)揮其長處。它不僅能為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且將為我國的宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的發(fā)展做出卓越的貢獻(xiàn)。我國已在“七五”計(jì)劃中把機(jī)器人列人國家重點(diǎn)科研規(guī)劃內(nèi)容，撥巨款在沈陽建立了全國第一個(gè)機(jī)器人研究示范工程，全面展開了機(jī)器人基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)元器件研究。十幾年來，相繼研制出示教再現(xiàn)型的搬運(yùn)、點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、裝配等門類齊全的工業(yè)機(jī)器人及水下作業(yè)、軍用和特種機(jī)器人。目前，示教再現(xiàn)型機(jī)器人技術(shù)已基本成熟，并在工廠中推廣應(yīng)用。我國自行生產(chǎn)的機(jī)器人噴漆流水線在長春第一汽車廠及東風(fēng)汽車廠投入運(yùn)行。1986年3月開始的國家863高科技發(fā)展規(guī)劃已列入研究、開發(fā)智能機(jī)器人的內(nèi)容。就目前來看，我們應(yīng)從生產(chǎn)和應(yīng)用的角度出發(fā)，結(jié)合我國國情，加快生產(chǎn)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的實(shí)用型機(jī)器人和某些特種機(jī)器人。 日本在60年代末正處于經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展時(shí)期，年增長率達(dá)11％。第二次世界大戰(zhàn)后，日本的勞動(dòng)力本來就緊張，而高速度的經(jīng)濟(jì)發(fā)展更加劇了勞動(dòng)力嚴(yán)重不足的困難。為此，日本在1967年由川崎重工業(yè)公司從美國Unimation公司引進(jìn)機(jī)器人及其技術(shù)，建立起生產(chǎn)車間，并于1968年試制出第一臺(tái)川崎的“尤尼曼特”機(jī)器人。正是由于日本當(dāng)時(shí)勞動(dòng)力顯著不足，機(jī)器人在企業(yè)里受到了“救世主”般的歡迎。日本政府一方面在經(jīng)濟(jì)上采取了積極的扶植政策，鼓勵(lì)發(fā)展和推廣應(yīng)用機(jī)器人，從而更進(jìn)一步激發(fā)了企業(yè)家從事機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的積極性。尤其是政府對中、小企業(yè)的一系列經(jīng)濟(jì)優(yōu)惠政策，如由政府銀行提供優(yōu)惠的低息資金，鼓勵(lì)集資成立“機(jī)器人長期租賃公司”，公司出資購入機(jī)器人后長期租給用戶，使用者每月只需付較低廉的租金，大大減輕了企業(yè)購入機(jī)器人所需的資金負(fù)擔(dān)；政府把由計(jì)算機(jī)控制的示教再現(xiàn)型機(jī)器人作為特別折扣優(yōu)待產(chǎn)品，企業(yè)除享受新設(shè)備通常的40%折扣優(yōu)待外，還可再享受 13％的價(jià)格補(bǔ)貼。另一方面，國家出資對小企業(yè)進(jìn)行應(yīng)用機(jī)器人的專門知識(shí)和技術(shù)指導(dǎo)等等。這一系列扶植政策，使日本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展起來，經(jīng)過短短的十幾年，到80年代中期，已一躍而為“機(jī)器人王國”，其機(jī)器人的產(chǎn)量和安裝的臺(tái)數(shù)在國際上躍居首位。按照日本產(chǎn)業(yè)機(jī)器人工業(yè)會(huì)常務(wù)理事米本完二的說法：“日本機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)過了60年代的搖籃期，70年代的實(shí)用期，到80年代進(jìn)人普及提高期?！辈⒄桨?980年定為“產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的普及元年”，開始在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)廣泛推廣使用機(jī)器人。本政府和企業(yè)充分信任機(jī)器人，大膽使用機(jī)器人。機(jī)器人也沒有辜負(fù)人們的期望，它在解決勞動(dòng)力不足、提高生產(chǎn)率、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本方面，發(fā)揮著越來越顯著的作用，成為日本保持經(jīng)濟(jì)增長速度和產(chǎn)品競爭能力的一支不可缺少的隊(duì)伍。日本在汽車、電子行業(yè)大量使用機(jī)器人生產(chǎn)，使日本汽車及電子產(chǎn)品產(chǎn)量猛增，質(zhì)量日益提高，而制造成本則大為降低。從而使日本生產(chǎn)的汽車能夠以價(jià)廉的絕對優(yōu)勢進(jìn)軍號(hào)稱“汽車王國”的美國市場，并且向機(jī)器人誕生國出口日本產(chǎn)的實(shí)用型機(jī)器人。此時(shí)，日本價(jià)廉物美的家用電器產(chǎn)品也充斥了美國市場……這使“山姆大叔”后悔不已。日本由于制造、使用機(jī)器人，增大了國力，獲得了巨大的好處，迫使美、英、法等許多國家不得不采取措施，奮起直追。 二、比賽規(guī)則的簡述 （一）、 比賽場地 圖2-1 1. 比賽場地為14000mm×14000mm的正方形區(qū)域。 2. 賽場地面用2mm厚的聚乙烯片鋪設(shè)。聚乙烯片將用無光澤的聚乙烯帶連接。 3. 比賽場地周圍有100mm高30mm厚的木質(zhì)圍欄。 4. 比賽場地由“手動(dòng)區(qū)”、“篝火區(qū)”和“自動(dòng)區(qū)”（包括烽火臺(tái)）組成。 5. 自動(dòng)區(qū)：范圍：9000mm×9000mm 的方形區(qū)域。只有自動(dòng)機(jī)器人可在自動(dòng)區(qū)運(yùn)行。自動(dòng)區(qū)貼有30mm寬的白色引導(dǎo)線。每個(gè)隊(duì)的自動(dòng)機(jī)器人啟動(dòng)區(qū)大小為1000mm×1000mm，位于自動(dòng)區(qū)邊上，兩隊(duì)的啟動(dòng)區(qū)相對配置。自動(dòng)區(qū)正中有一個(gè)八邊形烽火臺(tái)，高度100mm，它的四條邊長為2000mm，另四條邊長為1414 mm。在兩條2000mm的邊與自動(dòng)區(qū)地面之間有坡度為1/5的斜面。自動(dòng)區(qū)中有5個(gè)火炬。高度為1800mm的主火炬位于場地正中。另4個(gè)高度為1500mm的外圍火炬在它的四周。 6. 篝火區(qū)：四個(gè)直徑為1200mm的篝火區(qū)位于自動(dòng)區(qū)的四角。 篝火區(qū)中央有直徑600mm、高100mm的燃料盤，盤邊寬50mm，盤深30mm。燃料盤與地面以350mm寬的斜面相連。篝火區(qū)的細(xì)節(jié)參見所附的場地布局平面圖。 （二）、 機(jī)器人 每個(gè)參賽隊(duì)必須設(shè)計(jì)和制作手動(dòng)機(jī)器人或自動(dòng)機(jī)器人，也可以同時(shí)制作手動(dòng)機(jī)器人和自動(dòng)機(jī)器人，對機(jī)器人的數(shù)量沒有限制，但每隊(duì)只允許有一臺(tái)手動(dòng)機(jī)器人。 1. 自動(dòng)機(jī)器人：自動(dòng)機(jī)器人必須是自主的。由一臺(tái)自動(dòng)機(jī)器人分離出來的每一件物品均被認(rèn)為是另一臺(tái)自動(dòng)機(jī)器人，所以，它必須能像自動(dòng)機(jī)器人一樣工作。比賽開始前，每個(gè)隊(duì)的所有自動(dòng)機(jī)器人總共可預(yù)裝16個(gè)燃料球。每臺(tái)自動(dòng)機(jī)器人必須一次操作啟動(dòng)。自動(dòng)機(jī)器人可以進(jìn)入除篝火區(qū)以外的任何區(qū)域，但不能伸到篝火區(qū)上方。比賽開始后，所有自動(dòng)機(jī)器人可以逐個(gè)啟動(dòng)，但啟動(dòng)動(dòng)作必須在20秒內(nèi)完成，然后，負(fù)責(zé)啟動(dòng)的隊(duì)員必須立即退出賽場，站在木圍欄外。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有啟動(dòng)的自動(dòng)機(jī)器人將被留在啟動(dòng)區(qū)內(nèi)。一旦機(jī)器人啟動(dòng)，參賽隊(duì)員不能接觸機(jī)器人。自動(dòng)機(jī)器人不允許以任何方式相互通信。 2. 控制方法：對于自動(dòng)機(jī)器人，每場比賽每隊(duì)允許一次“重試”。某隊(duì)叫“重試”且裁判允許后，該隊(duì)的所有隊(duì)員均可在啟動(dòng)區(qū)重新設(shè)置和啟動(dòng)本隊(duì)的任何自動(dòng)機(jī)器人。但是，所有“重試” 的動(dòng)作必須在20秒內(nèi)完成，然后，負(fù)責(zé)啟動(dòng)的隊(duì)員必須立即退出賽場，站在木圍欄外。只有在啟動(dòng)自動(dòng)機(jī)器人和一次“重試”時(shí)，自動(dòng)機(jī)器人的操作者才能進(jìn)入賽場。 3. 能源：比賽期間各隊(duì)?wèi)?yīng)為自己的所有機(jī)器人準(zhǔn)備能源。機(jī)器人的電源電壓必須低于24VDC。不允許使用組委會(huì)認(rèn)為危險(xiǎn)和不適當(dāng)?shù)哪茉础? 4. 重量：每個(gè)隊(duì)上場的所有機(jī)器人的總重不得超過50kg?？傊匕茉础㈦娎|、遙控器和機(jī)器人其它部件的重量。 5. 尺寸：自動(dòng)機(jī)器人的總尺寸必須能納入啟動(dòng)區(qū)1000mm×1000mm×1500mm的范圍內(nèi)。自動(dòng)機(jī)器人離開啟動(dòng)區(qū)后可以分離，尺寸可以自由改變，但高度不能超過2000mm。手動(dòng)機(jī)器人的總尺寸必須能納入啟動(dòng)區(qū)1000mm×1000mm×1500mm的范圍內(nèi)。離開啟動(dòng)區(qū)后，手動(dòng)機(jī)器人的尺寸可以自由改變，但高度必須在1500mm以內(nèi)，且不能分離。 （三）、物品（燃料球） 1. 燃料球?yàn)橹睆?50mm、重量約150g的膠質(zhì)小籃球。 2. 球內(nèi)的氣壓是要控制的，使它的彈性較差。球從1m高處落下時(shí)的反彈高度不應(yīng)超過150mm±50mm。 3. 兩隊(duì)分別使用紅色和藍(lán)色的球。 （四）、 比賽 1. 賽制：初賽為小組單循環(huán)賽，1/8、1/4復(fù)賽、半決賽、決賽為淘汰賽。 1. 比賽持續(xù)時(shí)間：比賽將持續(xù)3分鐘。但是，如果某隊(duì) 1） 在主火炬的綠色燃料筒和自己的燃料筒中各加入至少一個(gè)燃料球； 2） 在某一對角線上的兩個(gè)外圍火炬的自己的燃料筒中各加入至少一個(gè)燃料球； 3） 并且，在四個(gè)篝火燃料盤中至少各有一個(gè)自己的燃料球； 該隊(duì)即實(shí)現(xiàn)“登上長城”，比賽將立即結(jié)束。機(jī)器人的設(shè)置必須在接到設(shè)置命令l分鐘之內(nèi)完成。 1. 記分：比賽結(jié)束時(shí)記分，能留在火炬燃料筒或篝火燃料盤內(nèi)的燃料球（燃料球不得與機(jī)器人接觸）可以記分。記分規(guī)則如下： 4） 主火炬燃料筒中的一個(gè)燃料球記5分。 5） 外圍炬燃料筒中的一個(gè)燃料球記1分。 6） 燃料盤中的一個(gè)燃料球記1分。 7） 主火炬的燃料筒必須由登上烽火臺(tái)的自動(dòng)機(jī)器人添加燃料球。 8） 在綠色燃料筒和篝火燃料盤中，兩隊(duì)的燃料球分別記分。 9） 如果某隊(duì)將自己的燃料球投入對方的燃料筒，判對方得分。 1. 確定獲勝者：比賽的優(yōu)勝者將根據(jù)下列情況確定。 1）“登上長城”的隊(duì)贏得比賽。 2）在兩隊(duì)均未“登上長城”的情況下，將所有得分相加扣除犯規(guī)分，得分多的隊(duì)獲勝。 3）如果出現(xiàn)平局，比賽的獲勝者將按以下順序來決定。在主火炬的自己的燃料筒和綠色燃料筒中均添加了燃料的隊(duì)獲勝。在所有火炬中得分多的隊(duì)獲勝。如果按上述順序仍不能選定優(yōu)勝者，將由裁判確定。 三、“航母”機(jī)器人工作說明書 本自動(dòng)機(jī)器人名為“航母”，設(shè)計(jì)及制造目的是在“第四屆CCTV杯大學(xué)生機(jī)器人電視大賽”中完成本機(jī)器人的設(shè)計(jì)任務(wù)并配合其他機(jī)器人在大賽中盡力取得理想的成績。 “航母”機(jī)器人的設(shè)計(jì)任務(wù)主要由三個(gè)分別是：任務(wù)1運(yùn)送自動(dòng)機(jī)器人“好漢”到達(dá)預(yù)定地域，任務(wù)2對外圍火炬準(zhǔn)確投球，任務(wù)3對外圍篝火準(zhǔn)確投球；具體執(zhí)行情況如下： 任務(wù)1，機(jī)器人“航母”最初放置于自動(dòng)機(jī)器人啟動(dòng)區(qū)的中右半部分，此時(shí)自動(dòng)機(jī)器人“好漢”放置在“航母”上；當(dāng)比賽開始機(jī)器人啟動(dòng)后“航母”連同它所運(yùn)載的“好漢”以圓弧軌跡運(yùn)動(dòng)，此時(shí)傳感器不對引導(dǎo)線尋線，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)完全是執(zhí)行預(yù)先編制的運(yùn)動(dòng)程序，依靠程序控制電機(jī)差動(dòng)實(shí)現(xiàn)圓弧運(yùn)動(dòng)軌跡。采用圓弧運(yùn)動(dòng)軌跡的目的是在“航母”在把“好漢”運(yùn)至烽火臺(tái)時(shí)“航母”的軸線與烽火臺(tái)軸線成一定的角度，使“航母”和“好漢”面向烽火臺(tái)中央的中央火炬，以便于好漢快速的采用直線運(yùn)動(dòng)軌跡到達(dá)中央火炬，這樣的優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)省去了“好漢”和“航母”的尋線程序提高了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，可以節(jié)省大量的時(shí)間，并且由于“好漢”不需要轉(zhuǎn)彎可以省去一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這樣可以減少一定的重量和資金，最重要的是節(jié)省了“好漢”尋線的程序可以減少出錯(cuò)的概率提高了機(jī)器人的可靠性。由于“好漢”有用于找正位置的機(jī)構(gòu)所以航母的運(yùn)動(dòng)軌跡不需要特別的精確可以有一定的偏差。 任務(wù)2，當(dāng)完成對“好漢”的輸送后，本機(jī)器人倒退1米并轉(zhuǎn)動(dòng)90o在此過程中傳感器開始尋線，完成倒退并轉(zhuǎn)彎后機(jī)器人依靠尋線器加速以直線向外圍火炬移動(dòng)到達(dá)程序所編制的位置后開始投球。采用這樣的運(yùn)動(dòng)方式是根據(jù)試驗(yàn)中機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎越多，所編制的程序越多并且控制時(shí)復(fù)雜且困難，因此盡量了避免機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎，提高了運(yùn)動(dòng)速度、爭取了比賽時(shí)間。 任務(wù)3，完成外圍火炬的投球后機(jī)器人“航母”繼續(xù)直線運(yùn)動(dòng)直到到達(dá)場地中自動(dòng)區(qū)的木制圍欄觸發(fā)行程開關(guān)后停止運(yùn)動(dòng)，接通外圍篝火盤的投球程序，對外圍篝火盤投球?qū)崿F(xiàn)任務(wù)3。四、“航母”機(jī)器人的特點(diǎn)和功能 根據(jù)“第四屆CCTV杯大學(xué)生機(jī)器人電視大賽”的比賽規(guī)則，經(jīng)過一段時(shí)間的設(shè)計(jì)及制作我們特設(shè)計(jì)了這臺(tái)名為“航母”的自動(dòng)機(jī)器人本機(jī)器人可靠性高，經(jīng)濟(jì)合理外形美觀，體積、重量合理，能耗小，效率高，主要參數(shù)均符合設(shè)計(jì)要求，它可以實(shí)現(xiàn)以下方面功能： （一）、行走：在電機(jī)帶動(dòng)下依靠尋線器對場地上的白色引導(dǎo)線的追蹤可實(shí)現(xiàn)在場地中自由行走。 （二）、輸送：將名為“好漢”的自動(dòng)機(jī)器人運(yùn)送至八邊形烽火臺(tái)上。 （三）、外圍火炬投球：在自動(dòng)控制下到達(dá)預(yù)定地域后通過手臂自動(dòng)對外圍火炬投球。 （四）、外圍篝火盤投球：在自動(dòng)控制下到達(dá)預(yù)定地域后又篝火盤投球裝置對特定的外圍篝火盤投球。 五、設(shè)計(jì)方案的擬定： 接到設(shè)計(jì)任務(wù)以后，我們進(jìn)行了設(shè)計(jì)方案的擬定，對于本設(shè)計(jì)來說，我們首先應(yīng)考慮該機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)以下三個(gè)功能，運(yùn)送自動(dòng)機(jī)器人“好漢”到達(dá)預(yù)定地域，對外圍火炬準(zhǔn)確投球和對外圍篝火準(zhǔn)確投球；同時(shí)在滿足對尺寸及重量的限制的前提下，希望能夠做到體積小、重量輕、能耗小、效率高、可靠性高、經(jīng)濟(jì)合理、外形美觀。在使用方面要求機(jī)器人在場上工作時(shí)有較高的可靠性。并能始終正常工作（為保證在復(fù)賽中繼續(xù)工作易損部件應(yīng)裝卸方便），從經(jīng)濟(jì)方面看，機(jī)器人制造成本應(yīng)與性能相結(jié)合，獲得較大的性能價(jià)格比，外觀造型因比例協(xié)調(diào)，大方，盡量給人以美感。 經(jīng)過一段時(shí)間的設(shè)計(jì)分析與研究在指導(dǎo)教師的幫助下我選定如方案圖所示的機(jī)器人方案。 方案圖 六、機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)分析： 自動(dòng)機(jī)器人“航母”主要由手臂、主支撐桿、底盤、篝火盤投球裝置 (一)、手臂 手臂由手臂桿和手爪組成它的功能是對外圍火炬添加燃料球是“航母”機(jī)器人上最關(guān)鍵的組件之一，手臂桿選用20×20mm的回型截面的鋁合金材料，手爪由五塊180×180mm的鋁合金板焊接而成，手臂上裝有70rpm的電機(jī)一個(gè)和兩個(gè)帶輪，其中一個(gè)帶輪與電機(jī)相連接另一個(gè)通過軸承與主支撐桿上的周頸相連接，由于機(jī)器人高度的限制采用手臂桿與水平方向成11°角。通過帶傳動(dòng)手臂可以以主支撐桿為軸線旋轉(zhuǎn)一定角度以實(shí)現(xiàn)投球動(dòng)作 (二)、主支撐桿 主支撐桿是一個(gè)主要的支撐件，在工作中受到彎曲應(yīng)力的作用，所以它的剛度和強(qiáng)度顯得很重要，我們選用了38×25mm的回型截面鋁合金作為制造材料，主支撐桿上端通過軸頸與手臂連接，中部通過焊接與球庫裝置相連。 (三)、底盤 底盤是本機(jī)構(gòu)的主體部分，它主要起連接個(gè)機(jī)構(gòu)并裝載自動(dòng)機(jī)器人“好漢”實(shí)現(xiàn)行走功能的作用它是一個(gè)焊接件，由38×25mm的回型截面鋁合金作為制造材料焊接而成底盤總尺寸850×500mm，面積為650×500mm的前部裝有導(dǎo)軌用于放置“好漢”并為“好漢”的移動(dòng)起導(dǎo)向的作用，后部的200×500的面積用于裝載本機(jī)器人主支撐桿及篝火盤投球裝置，底盤采用前輪驅(qū)動(dòng)方案，在底盤前部有一塊與底盤軸線呈75°角的平板用于在靠緊八邊形烽火臺(tái)臺(tái)階時(shí)車體與場地呈15°的角度使“好漢”機(jī)器人可直線行走到達(dá)中央火炬。 (四)、篝火盤投球裝置 篝火盤投球裝置是本機(jī)構(gòu)的重要組成部分之一，它主要起對外圍篝火盤投球的作用，它由一個(gè)轉(zhuǎn)速為500rpm的電機(jī)與一塊擋板及?270的橡膠輪組成為減輕重量擋板由木板制成，電機(jī)與橡膠輪的作用是電機(jī)給輪以一定轉(zhuǎn)速，由橡膠輪以適當(dāng)?shù)木€速度作用在球上給球一定的初速度投向篝火盤，擋板的作用是配合電機(jī)和橡膠輪給球以反轉(zhuǎn)使球落入篝火盤內(nèi)時(shí)減少前沖的趨勢，降低球在慣性的作用下跳出篝火盤的概率。 七、尺寸的擬定及主要技術(shù)參數(shù) （一）、尺寸的擬定：尺寸的擬定我們主要遵循以下幾個(gè)方面，首先他們應(yīng)該滿足設(shè)計(jì)要求中對本機(jī)器人尺寸上的限制要求，其次配合“好漢”的尺寸應(yīng)留出足夠的空間放置“好漢”機(jī)器人，以及必須有足夠的空間安裝本機(jī)器人用于完成其他任務(wù)的機(jī)構(gòu)。在這些前提下應(yīng)該滿足安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、外形美觀等各項(xiàng)要求。并盡量做到體積小重量輕等。 總體尺寸的擬定： 設(shè)計(jì)要求尺寸的限制為：小于520x800mm2；以此要求對總裝尺寸進(jìn)行估算： 外圍火炬高度為1.5m，設(shè)計(jì)車體高度為1.473m “好漢”的長×寬為500×700結(jié)合本機(jī)器人其他機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)車長×寬為520×800 （二）、主要技術(shù)參數(shù)： 1. 總體尺寸（長×寬×高）（m）………………………0.82×0.52×1.49 2. 最大展開尺寸（長×寬×高）（m）…………………1.015×0.934×1.49 3. 手臂旋轉(zhuǎn)角度…………………………………………158° 4. 最高速度（m/s）………………………………………1.5 5. 篝火盤投球機(jī)構(gòu)最大投球距離（m）…………………0.96 6. 自重（kg）………………………………………………10 八、工作原理及比賽規(guī)則的簡述 (一)、行走功能的實(shí)現(xiàn) “航母”機(jī)器人的行走功能主要由車體底盤上兩個(gè)500rpm的電機(jī)提供動(dòng)力帶動(dòng)兩前輪以前驅(qū)的運(yùn)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)的，轉(zhuǎn)向功能由車體后部的兩個(gè)萬向輪配合兩個(gè)前驅(qū)電機(jī)的差速來實(shí)現(xiàn)。 (二)、輸送功能的實(shí)現(xiàn)原理 機(jī)器人起動(dòng)后依靠兩電機(jī)的差速使機(jī)器人呈圓弧軌跡行走以一定角度與八邊形烽火臺(tái)接觸實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)動(dòng)機(jī)器人“好漢”的功能。 (三)、外圍火炬投球功能的實(shí)現(xiàn)原理 當(dāng)機(jī)器人到達(dá)預(yù)定地點(diǎn)手臂上的電機(jī)通過與電機(jī)相連的一個(gè)帶輪依靠帶傳動(dòng)傳遞動(dòng)力使手臂相對主支撐桿旋轉(zhuǎn)；當(dāng)手爪上的“S”型開關(guān)接觸到“火焰”擋板后脫開與手爪底板的連接，使球落入火炬內(nèi)。 (四)、外圍火炬投球功能實(shí)現(xiàn)原理 投球裝置主要由一個(gè)裝有直徑為?270mm橡膠輪的500rpm電機(jī)和一塊木制擋板以及一個(gè)球庫組成，機(jī)器人到達(dá)投球位置后由電機(jī)給橡膠輪一定轉(zhuǎn)速后，球庫放出一個(gè)球，球在橡膠輪和擋板的擠壓下被以一定速度呈反向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的情況下拋出落入篝火盤實(shí)現(xiàn)投球功能。 九、主要零部件強(qiáng)度校合計(jì)算 （一）、底盤橫梁 剪力圖： 由受力圖分析得： ∑MA=0 -F×282.5×10+RB×645×10=0 RB=49×282.5×10/(645×10)=21.46N ∑Y=0 RA +RB –F=0 RA =49-21.46=27.54N 彎矩圖： M==49×282.5×10×362.5×10/645×10=7.78N.M 強(qiáng)度校核：材料為LY12 [σ]=43Mpa σ==7.78×1×6/25×10×(38×10)=1.293Mpa<[σ]=43Mpa 經(jīng)計(jì)算強(qiáng)度足夠 （二）、主支撐桿 剪力圖： L=1335.6mm q=18.34N Q=q×L=18.34×1.33536=24.49N M==18.34×1.33536/2=16.35N.M 強(qiáng)度校核：材料為LY12 [σ]=43Mpa σ==16.35×1×6/25×10×(38×10)=2.72Mpa<[σ]=43Mpa 經(jīng)計(jì)算強(qiáng)度足夠 （三）、副支撐桿 剪力圖： F=9.8N L=0.5m Q=F=9.8N M=F×L=9.8×0.5=4.9N.M 強(qiáng)度校核：材料為LY1 [σ]=40Mpa σ==4.9×6/25×10×(38×10)=0.8Mpa<[σ]=40Mpa 經(jīng)計(jì)算強(qiáng)度足夠 總 結(jié) 為期十六周的機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)基本結(jié)束，回顧整個(gè)過程我覺得收益非淺。畢業(yè)設(shè)計(jì)是綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)與操作技能，分析解決工程實(shí)際問題的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)要掌握分析解決工程實(shí)際問題的思想與套路。為完成上述目標(biāo)，必須在加深對所學(xué)課程實(shí)質(zhì)的理解的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)聯(lián)系實(shí)際進(jìn)行分析，堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和探索創(chuàng)新的科學(xué)精神，體會(huì)從事工程實(shí)踐和科學(xué)研究的方法與步驟。畢業(yè)設(shè)計(jì)作為學(xué)完機(jī)械制造工藝專業(yè)的全部課程后的綜合能力的檢驗(yàn)、是本科教育的最后環(huán)節(jié)也是重要教學(xué)環(huán)節(jié)。它使理論與實(shí)踐更加接近，尤其體現(xiàn)在本機(jī)器人的動(dòng)手制作中，不僅運(yùn)用到所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)更進(jìn)一步鍛煉了我們的動(dòng)手能力，使自己能夠綜合運(yùn)用本科教育階段所學(xué)的各門課程的知識(shí)，加深了理論知識(shí)的理解，強(qiáng)化了實(shí)踐的感性認(rèn)識(shí)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)過了三個(gè)階段。第一階段是確定設(shè)計(jì)方案的擬定及繪制裝配圖和零件圖并完善設(shè)計(jì)方案；第二階段動(dòng)手制作，在制作過程中進(jìn)一步改進(jìn)及完善設(shè)計(jì)方案，并完成編寫說明書的前期準(zhǔn)備工作；第三階段編寫說明書。第一階段中我認(rèn)真復(fù)習(xí)了有關(guān)知識(shí)、分析該機(jī)器人的使用性能以及它的功能，然后查閱有關(guān)手冊，確定該機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案、該機(jī)器人的工作原理以及主要功能。根據(jù)設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)確定設(shè)計(jì)方案的尺寸。并根據(jù)所確定的方案、查閱相關(guān)手冊，確定零件尺寸、繪制零件草圖、裝配草圖；第二階段根據(jù)圖樣選擇制造材料，并動(dòng)手進(jìn)行制作。在制作過程中對設(shè)計(jì)方案的不合理處及時(shí)的改正。第三階段編寫說明書。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我掌握了一個(gè)工程設(shè)計(jì)分析、技術(shù)文件的編制、零部件強(qiáng)度計(jì)算和機(jī)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算方法和步驟等。學(xué)會(huì)查閱手冊，選擇使用合理的材料等。鞏固了大學(xué)五年來所學(xué)知識(shí)以及作為一個(gè)工程技術(shù)人才的基本訓(xùn)練。 總之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我在基本理論知識(shí)的綜合運(yùn)用以及正確解決實(shí)際問題等方面得到了一次較好的訓(xùn)練。提高了獨(dú)立思考問題、解決問題創(chuàng)新的能力，為以后的設(shè)計(jì)工作打下了較好的基礎(chǔ)。 在此次設(shè)計(jì)過程中，得到周述齊老師的悉心指導(dǎo)和其他老師的無私幫助。老師的指導(dǎo)無以回報(bào)，只有加強(qiáng)努力。由于我能力有限，設(shè)計(jì)中還有許多不足之處，懇請老師批評(píng)指正。不勝感激！ 致謝信 本設(shè)計(jì)是在周述齊老師的指導(dǎo)下完成的，在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，周述齊老師不僅傳授學(xué)生科學(xué)文化知識(shí)。更以崇高的敬業(yè)精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度成為我學(xué)習(xí)的楷模。在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段和撰寫畢業(yè)論文時(shí)，周述齊老師給了我建設(shè)性的指導(dǎo)，使畢業(yè)設(shè)計(jì)工作和畢業(yè)論文的撰寫得以順利的進(jìn)行。在論文完成之際，謹(jǐn)向周述齊老師致以誠摯的謝意。 畢業(yè)設(shè)計(jì)階段和撰寫畢業(yè)論文時(shí)得到了孫爽老師、機(jī)房鄭老師和實(shí)習(xí)場劉老師的大力支持，無論早晚還是深夜，都能看到幾位老師為我們忙碌的身影，在此表示深深的感謝。 本課題由八名同學(xué)共同完成，除我本人之外還有張宏、趙慶偉、樊好劍、周宏革、田勇、羅勝陽、李振威七位同學(xué)，在工作期間，特別是處理共同遇到的問題時(shí)，同學(xué)之間互相幫助，親密無間，在此一并表示感謝。 第19頁