基于zigbee wifi 物联网智能机器人解决方案.docx

物联网智能机器人介绍
平台简介
智能机器人综合利用了物联网技术,通过机器人本身携带的多种传感器来感知周围环境,实现对周围环境多种环境参数(包括障碍物、行驶速度、视频等)进行有效感知,同时实时上报周围环境参数,让用户根据上报的参数,对智能机器人进行自主控制。同时,机器人的控制和状态会通过多种网络形式传输出来,用户可以通过手机、Pad等多种方式对机器人实现程序控制。智能机器人具备和智能实验箱类似的视频采集、多种传感器联动等功能,用户可以直接通过智能终端进行实时访问
机械设计架构
机器人的设计包括机械、电子电气和软件三个部分。其中机械部分包括:底盘、框架、轴、轴承部件、底轮、履带。电子电气部分包括:动力模块、减速器、辅动力模块。软件部分主要实现对动力模块、减速器等的控制和传感数据的网络上报。
底盘框架
考虑到极端情况所以需要高强度的底盘,所以采用了框架式底盘,在设计中也尽力做到最简单。 厚度的镀锌板,这种合金非常普遍,在具有合金优秀的特质的同时也相对较容易加工。
底盘框架
框架配件
由于驱动电机直接安装在框架上面对电机轴没有支撑点,因此选用法兰式轴承固定电机,如图所示:
带座轴承
轴
主轴支撑着机器人大部分的重量,而且负责传动前轮架的动作,所以分段较多。
主轴
后轴,是固定的,并不会转动,为了减少零件和更换方便所以采用了和主轴相同的轴承部件,但是原来安装轴承的部位安装了一个与61805轴承相同尺寸的轴承,以此提供支撑力。
前轴,比较短而所以强度要求不大,但是出于通用性的考虑采用了与主轴相同的直径尺寸。
副轴
轴帽
主要功能是在轴的两端将其间的部件夹紧,同时对于主轴来说还负责将动力传递至前轮架的功能。
轴帽
承部件
轴承采用了61805深沟球轴承,内径25mm外径35mm厚7mm,也专门为这个轴承设计了轴承套等配件。
轴承部件
主轮
限于空间比较紧而没采用悬挂设备,主轮采用整体铝材经过数控加工中心制作。为了减轻整体重量,在轮面上制作6个减重孔槽。整体铝材加工可以保证轮子外观美观的同时可以有效地增强整体强度,具有抗磨、抗变形等诸多优点,而且铝材密度小,有效地降低了整体重量。
主轮
履带
作为履带机器人,履带是最重要的特征。履带外侧设有摩擦层,可以在松软的地面上产生更强的抓地力。
主履带前臂履带
动力模块的设计
动力部分包含两个直流伺服电动马达,配套的马达减速器,码盘等部件。之所以把这些部件整合在一起是为了便于更换与维护。
动力模块与减速器
减速器
履带机器人运转阻力较大,转速不能过高,而电动机的最佳效率转速往往高达数千转每分,所以需要减速器进行减速,考虑到马达在机器人中输出轴的安放位置,所以采用了齿轮减速装置。
齿轮减速器
辅动力模块
控制前轮架俯仰的动力来源,使用的与主驱动轮相同的直流伺服电机。在经过齿轮减速后连接到蜗杆,然后传动到主轴。
辅助动力模块
履带机器人的功能
作为履带机器人,底盘的稳定性尤为重要。为了有更好的地形通过性,履带机器人采用了主履带加辅助履带的模式。两组履带尺寸不同。由于趴在地上的机器人并不能很好地完成一些放在位置较高地方的任务。比如许多炸弹是安装在汽车后备箱中的,这就需要机器人有一定的高度。而两组履带可以使机器人在必要的时候立起来。这会提升机器人10cm左右的高度。
底盘抬高状态底盘展开状态
在不需要调整重心的时候,前伸的前轮架使机器人的长度达到45cm,这降低了机器人的通过性。所以在非越野状态下,机器人可以将前轮架收起。这样使结构更加紧凑,转向更灵活。
底盘折叠状态实物样品
机器人的车体部分采用全钢板制作,能过太阳能板和铅蓄电池两种方式供电,重15公斤左右,载重量在40公斤以下。
多种扩展平台
通过结构样式的修改,可将履带式机器人扩展为轮式等其他形式,并且可在平台上扩展多种传感器、视频、通讯模块、机械臂等功能。
传感器上集成的应用模块有:视频、加速度、超声、直流电机、3G模块、WiFi模块、 ZigBee协议模块等,可以实现对传感数据的远程访问和机器人的各类控制。可以说,本智能机器人实现了一个信息智能感知、异构网络传输(包括视频宽带传输)和智能处理的综合物联网信息平台,可以十分方便地全面展现物联网的各项技术。
智能机器人控制设计
智能机器人控制平台(以下简称BLACK)是一款功能强大综合性的机器人演示平台,,自主开发的无线通信协议栈,超声波传感器,六轴传感器,USB摄像头,嵌入式ARM开发平台。BLACK还提供了AVR单片机编程器等器件,及机器人视频使用说明,体现了机器人的复杂性和趣味性,充分平台的多功能性和扩展性。完备的硬件、软件及技术支持使