爬楼梯机器人开题报告.doc

分类号________ 密级________
UDC________ 编号________
江西理工大学
开题报告
论文题名全方位移动爬楼梯机器人小车的研究

申请学位级别___工学硕士___ _
专业名称机械电子工程__
学号_ _____
研究生姓名______ _
导师姓名、职称_ ____
2008年 12月
目录
一、课题意义……………………………………………………………………2
(一)具有越障功能移动机器人的简介………………………………………...2
(二) 具有越障功能机器人研究的文献综述…………………………………..4
二、课题方案……………………………………………………………………8
(一)课题研究的主要内容……………………………………………………8
(二)研究目标及创新……………………………………………………10
三、可行性分析…………………………………………………………………10
四、课题进度安排………………………………………………………………12
五、参考文献……………………………………………………………………..12
一、课题意义
(一) 具有越障功能移动机器人的简介
机器人作为一种自动化的机器,所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力,如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力,是一种具有高度灵活性的自动化机器。对不同任务和特殊环境的适应性,也是机器人与一般自动化装备的重要区别。. ,在人不能到达或不便到达的环境中进行作业,具有重要的意义。越障机器人还可用于工业中的一些险难作业,不仅可提高产品的质量与产量,而且对保障人身安全,,提高劳动生产率,节约原材料消耗以及降低生产成本,有着十分重要的意义。其中,移动机器人从事各项事务响应任务时,楼梯是人造环境中的最常见的障碍,也是最难跨越的障碍之一。针对各种不同的运动环境,一直以来移动机器人所采用的运动方式大体包括轮式、履带式、足式等。
国外对爬楼梯装置的研究开始得相对较早,最早的专利是1892年美国的Bray发明的爬楼梯轮椅。此后,各国纷纷开始投入此项研究,其中美国、英国、德国和日本占主导地位,技术相对比较成熟,且有一些产品已经投入市场使用。我国对此类装置的研究虽然起步较晚,但近年来也涌现了很多这方面的专利,然而投入实际使用的还很少。
总结目前国内外现有的爬楼梯装置和专利,按爬楼梯功能实现的原理主要分为履带式、轮组式、步行式爬楼梯装置。下面分别对国外、国内各种类型装置的发展作简要介绍,并分析其各自优缺点。
(l)履带式
履带式爬楼梯装置的原理类似于履带装甲运兵车或坦克,其原理简单,技术也比较成熟。英国Baronmead公司开发的一种电动轮椅车,底部是履带式的传动结构,可爬楼梯的最大坡度为35°,上下楼梯速度为每分钟15--20个台阶。法国Topchair公司生产的电动爬楼梯轮椅,它的底部有四个车轮供正常情况下平地运行使用,当遇到楼梯等特殊地形时,用户通过适当操作将两侧的橡胶履带缓缓放下至地面,然后把这四个车轮收起,依靠履带无需旁人辅助便能自动完成爬楼等功能。
履带式结构传动效率比较高,行走时重心波动很小,运动非常平稳,且使用地形范围较广,在一些不规则的楼梯上也能使用。它除了具备爬楼梯功能外,也能作为普通的电动轮椅使用。但是这类装置仍存在很多不足之处:重量大、运动不够灵活、爬楼时在楼梯边缘造成巨大的压力,对楼梯有一定的损坏;且平地使用所受阻力较大,而且转弯不方便,这些问题限制了其在日常生活中的推广使用。
(2)轮组式
轮组式爬楼梯装置按轮组中使用小轮的个数可分为两轮组式、三轮组式以及四轮组式。单轮组式结构稳定性较差,在爬楼过程中需要有人协助才能保证重心的稳定;而双轮组式虽能实现自主爬楼,但由于其体积庞大且偏重,影响了它的使用范围。
美国著名发明家Dean Kamen发明的了一种能自动调节重心的两轮组式轮椅iBOT。它有6个轮子,前面有一对实心脚轮,后面有两对行星结构的充气轮胎,通过两后轮交替翻转可以上下楼梯。iBOT几乎能适用于所有楼梯,此外它也能在沙滩、斜坡和崎岖的路面上行驶,而且后轮可以直立行走,为使用者提供了更多方便之处,帮助他们能达到正常人的高度。它最大的优点就是在轮椅重心安装了陀螺仪,控制器根据陀螺仪的信号调整重心的位置,使轮椅能在不同状态下保持平衡。经过数十年的研究开发,它己经由iBOT3000发展到了iBOT400O,功能也越来越强大,是目前该领域中性能最高的产品