仿人型机器人头部单元结构设计+CAD图纸(3)
时间:2017-03-04 14:00 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
机器人的颈部可以全部模拟人颈部的运动，可以左右转动，也可以上下摆动和左右摆动。从理论上讲类似于此的三自由度的实现方法有很多，比较典型的有以下几种:如图所示 方案1与方案2是一种形式的两种方式，方案2的俯仰轴线与摆转轴线不在同一平面内：方案1的俯仰轴线与横摆轴线相交，图中的旋转标志为所实现的自由度。这两个方案是由一段伸出轴来支撑的，实现起来对电机的要求较大，不够合理。 对于方案三来讲，电机的相对位置不能保证，导致了电机的连线需要预留足够的长，而且有缠绕成结的危险。 对于方案4而言，三自由度在同一直线平面山个，整体结构伸出过长，对于实现起来难度比较打，达不到拟人几人头部的结构要尽可能能紧凑的要求。 方案5也有两种类型，图中只是给出了其中的A型即三个轴转动的轴线不共线，结构实现起来过于复杂，不符合课题的简便化要求。 机器人的眼球和人的眼球一样，都可以左右转动和上下摆动，唯一不同的是人的眼球可以围绕着视线转动用于弥补视线观察范围的不足，而我们的机器人没有这一个问题，所以就没有设计这一自由度。我们设计的机器人眼部的运动基本是靠连杆机构视线的，其运动原理是由电机带动齿轮转动，齿轮带动安装有摄像机的眼球转动，结构原理如图所示，这是其上下转动的机构简图： 眼球另一部分的左右转动的实现是利用类似于此的机构实现的，其结构的俯视图如图所示： 它通过固定在眼球横轴上的电机通过转盘和连杆带动眼球左右转动的。其中眉毛是通过一个连杆机构实现其上下运动的，其结构如图所示： 下巴的运动设计较为简单，就是下巴的主体机构与电机连接，通过电机带动主体结构的上下开合运动。 3.2 仿人机器人头部结构的设计 仿人型机器人头部的设计应遵循的原则是，重量轻、结构简单、转动惯量下、结构尽量对称等。这是为电机选型打基础。 由于机器人偶不结构要求尽量的简单，尺寸接近人类头部的尺寸，我的机器人的头部三文尺寸如表所示。 项目 长度 宽度 深度 尺寸（MM） 250 250 240 我设计的机器人头部眼部转动角度表 项目 点头 转头 摆头 眼球左右转动 眼球上下转动 转动角度 正负45度 正负45度 正负90度 正负60度 正30到负90度 由于头部尺寸较小，并且采用铝合金为材料，因此，整个头部的重量较小，所以可以使用电机直接驱动。 在选择电机之前我们有必要了解下步进电机与伺服电机的区别： 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲个数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机安设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到高速的目的。 伺服电机又称执行电机，在自动控制系统中，用作执行元件，把收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）也就是说伺服电机本身具备发出脉冲的功能，它每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样伺服驱动器和伺服电机编码器的脉冲形成了呼应，所以它是闭环控制，步进电机是开环控制。 (责任编辑：qin) |