一种家用壁轨机器人的研究与设计

摘要

本课题顺应了智能家居和物联网的时代潮流，结合轨道车辆和机械手的相关特性，研发了一种可以在贴壁轨道上运行的机器人，协助人类处理日常事务，让人类从繁琐的家庭琐事中解脱出来，专心从事更有意义的活动。
　　通过广泛调研与现状分析，为家用壁轨机器人订立了功能和指标，然后围绕这些功能和指标对机器人系统进行了方案设计，将机器人系统划分为机械手、底盘轨道、控制和电源四个子系统。最后，对四个子系统分别进行了初步的结构和硬件设计。
　　通过相关机器人理论和理论力学对机器人系统的动态特性进行了建模与分析，给出了舵机驱动力与角加速度、角速度、角位移之间的关系。由于机器人系统的运动学和动力学推导过程具有一般性，为运动轨迹的规划以及控制系统的优化提供了理论和数据支持。
　　在动态特性的研究基础上，首先对马达的传动原理进行了分析，再通过对马达和PWM的研究，建立了机械手和底盘的控制系统模型，并简单介绍了控制系统开发的相关环境。最后，结合前面的分析和建模，利用MATLAB/Simulink分别对机械手和底盘的控制系统进行了仿真分析。
　　简单介绍了虚拟原型机及其技术，并对相关软件的操作流程进行了探讨。然后，以SolidWorks Motion/Simulation分别作为运动和有限元仿真分析工具对机器人系统进行了干涉检验和结构性能上的研究。
　　综合以上各方面的工作，该机器人系统跳出了传统地面移动机器人的范畴，另辟蹊径，致力于开发机器人在墙壁上的活动环境，将机器人的活动领域从地面延伸到了墙壁。基于墙壁的运行避免了与人类在地面上的空间争夺，转而利用人类不常使用的墙壁，使得空间得以高效利用。机械手的采用使得机器人的适用性更加广泛，通过在机械手的末端安装不同的操作设备，可以完成用户指派的各种任务。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 现状总结与目标订立

1.4 研究内容、方法和技术路线

第2章 家用壁轨机器人系统设计

2.1 家用壁轨机器人的功能与指标

2.2 机器人系统方案设计

2.3 底盘轨道系统设计

2.4 机械手系统设计

2.5 控制系统硬件设计

2.6 本章小结

第3章 壁轨机器人系统的动态特性分析

3.1 行驶状态下的动态特性分析

3.2 工作状态下的动态特性分析

3.3 本章小结

第4章 机器人伺服控制系统的建立与仿真

4.1 机器人伺服控制系统的建立

4.2 机器人伺服控制系统的仿真

4.3 本章小结

第5章 壁轨机器人系统的实体建模与仿真

5.1 壁轨机器人系统的实体建模

5.2 壁轨机器人系统的实体仿真

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研项目