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Word版说明书1份，共51页，约17000字

 

CAD版本图纸，共5张

 

摘  要

在人类文明高度发达的今天，随着机器人技术的迅速发展和人们生活水平的提高，越来越多的机器人已经开始逐渐进入人们的家居生活中，这些机器人称为家庭服务机器人，它们可以完成一些简单的家庭工作并监测家居环境，甚至还可以照顾生活上不能自理的病人。

本设计主要对家庭服务的送水机器人的机械方案、电路设计、程序编写部分展开研究，使用三维软件对送水机器人的运动底盘和夹持机构进行实体建模、整体装配和结构分析，从而使机器人更适用于家庭环境中。利用数控设备加工零部件，并装配出实际的机器人结构。通过了解目前家用机器人的应用现状，设计了机器人的控制电路，包括机器人移动、驱动伺服电机、夹持机构的驱动电路。提出和完成了以ATmega16为核心处理器的环境信息分析和机器人自动巡线移动的程序设计。系统总体方案还包括饮水机的位置检测和执行机构的动作控制，从而实现自动完成送水任务。

 

关键词：家用机器人；ATmega16；自动巡线

 

 

目  录 

 

引言 1

1  家用机器人介绍 2

1.1 美国家用机器人 2

1.2 日本家用机器人 4

1.3 国内家用机器人 5

2  机械系统的结构设计 7

2.1 履带底盘 7

2.1.1同步带驱动原理 7

2.1.2同步带和同步带轮的选择和设计 7

2.1.3主动轮的结构设计 8

2.1.4固定电机的零件设计 8

2.1.5支撑从动轮的零件设计 9

2.1.6从动轮轴的结构设计 9

2.2 轴承滑块升降机构 10

2.2.1设计理念 10

2.2.2升降机构的实现 10

2.3 夹持机构 11

2.3.1夹持手指的设计 11

2.3.2夹持动作的实现 11

3  机械结构的加工和装配工艺 11

3.1 固定电机的零件的加工工艺 11

3.2 从动轮轴的加工工艺 13

3.3夹持手指的加工工艺 13

3.4机器人的装配工艺 13

3.4.1同步带的安装方法 13

3.4.2底盘的装配工艺 13

3.4.3升降机构的装配工艺 14

3.4.4夹持机构的装配工艺 15

3.5 送水机器人的三维模型 16

4  机械系统的力学分析 17

4.1 电机的选择和参数计算 17

4.1.1电机的性能和型号 17

4.1.2电机参数 17

4.2同步带传动的设计计算 18

4.2.1确定传动比 18

4.2.2选择同步带的节距 18

4.2.3计算带轮直径 18

4.2.4选定中心距 18

4.2.5计算带轮包角 18

4.2.6确定同步带长和带宽 18

4.2.7验算线速度 18

4.3 从动轮联接轴的设计计算 19

4.3.1选择轴的材料 19

4.3.2初步确定轴的直径 19

4.3.3轴的强度校核 19

4.4 从动轮支撑轴承的设计计算 20

4.4.1轴承的选用 20

4.4.2轴承的校核计算 20

4.5 螺钉联接的设计计算 21

4.5.1螺钉联接的结构设计 21

4.5.2螺钉的受力分析 21

4.5.3确定螺钉直径 22

5 电路系统的设计 23

5.1 电路系统总体设计图 23

5.2 信号检测 23

5.2.1光电传感器介绍 23

5.2.2光敏二极管原理 24

5.2.3光电传感器的布局 24

5.2.4传感器电路设计 25

5.3 电机驱动电路 25

5.3.1直流电机驱动原理 25

5.3.2电磁继电器电路设计 26

5.4 电源模块 27

5.4.1单片机独立电源设计 27

5.4.2光耦和器电源设计 27

5.4.3直流电机驱动电源设计 28

5.5 单片机最小系统 29

5.5.1 ATmega16单片机介绍 29

5.5.2最小系统板的设计 29

6  控制系统的设计 31

6.1 控制系统程序流程图 31

6.2 行星减速电机驱动控制 32

6.2.1 PWM基本原理 32

6.2.2速度控制的实现 32

6.3 行程开关的应用 33

7  结论 34

谢  辞 35

参考文献 36

附  录 37