摘要：设计了一种结构简单、越障性能好、运动平稳的一款新型家用轮足复合式移动机器人，该轮足机器人采用直流伺服电机与步进电机来驱动轮腿运动，有效地改善了机器人轮腿运动的控制精度，提高了机器人的稳定性。首先综合分析了当前社会对家用机器人的迫切需求以及当今世界上的家用机器人与轮足复合式移动机器人研究现状，对机器人的性能要求进行了分析，提出了符合要求的家用轮足复合式移动机器人。接着是对移动机器人机械结构进行具体的设计，并对移动机器人的结构中的薄弱环节和关键环节进行校核。最后根据家用轮足复合式移动机器人的需求对其控制方案以及传感器配置方案进行设计。

关键字： 轮腿复合式；机器人；结构设计；控制方案

Design for the leg-wheel household robot

Abstract：This paper presented a new kind of leg-wheel household robot, which was simple but good load distribution and excellent motion performance, stable movement. This robot was driven by means of Servo motor and Stepper motor instead of generally method to improve the control precision and the stability of robot wheel-leg movement. First of all, the comprehensive analysis of the current social urgent demand of household robot , and we also analyzed the status of study on household robot and leg-wheel robot in the world today, then analyzes the movement of robot performance requirements, proposed the leg-wheel household robot with the requirements. Then, the mechanical structure of the mobile robot is designed specifically, and the weak links and key links in the structure of mobile robot are checked. Finally, the control scheme and sensor configuration scheme are designed according to the requirements of the leg-wheel household robot.

KeyWords: wheel-leg; robot; structure design; Control scheme

目录

1 绪论 1

1.1 研究目的与发展趋势 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国内外轮足机器人研究 2

1.2.2 国内外家庭服务机器人研究 3

2 家用轮足复合式移动机器人机械设计 5

2.1 机器人总体结构方案 5

2.2 轮式移动结构设计 7

2.2.1 轮子转向结构的设计 7

2.2.2 轮子驱动结构的设计 16

2.3 足式移动结构设计 26

2.3.1 大腿关节设计 27

2.3.2 小腿关节设计 36

2.3.3 侧摆关节设计 43

2.4 重要零件的校核 51

2.4.1 轮子转向结构的轴承30201的校核 51

2.4.2 轮子驱动结构的轴承60901的校核 53

2.4.3 轮子转向结构传动轴的校核 56

2.4.4 侧摆关节传动轴的校核 63

2.4.5 键连接的校核 69

2.5 机体设计 70

3 家用轮足复合式移动机器人控制方案设计 72

3.1 机器人控制总方案设计 72

3.2 模块化开发技术方案 72

3.3 传感器配置方案 74

4 结论 75

致谢 76

参考文献 76

1 绪论

1.1  研究目的与发展趋势

本课题的研究工作就是针对目前国内的家庭中老年人与残疾人日常生活不便的问题，提出了一款新型的综合运用机械设计技术、遥传感技术以及智能控制技术的家用轮足复合式移动机器人，以用来改善行动不便者的家庭日常生活。

根据权威结构发布的中国未来五年内服务机器人行业发展及投资战略规划分析报告显示，在过去的五年内，我国服务机器人市场规模正在快速增长。截至2017年底，我国服务机器人市场规模约20.6亿美元。图1.1及图1.2分别是前瞻产业研究院提供的2012-2017年中国服务机器人行业市场规模以及2018-2023年我国个人/家用服务机器人销售额增长预测（单位：亿美元）。

图 1.1  2012-2017年中国服务机器人行业市场规模（单位：亿美元）

图 1.2  2018-2023年我国个人/家用服务机器人销售额增长预测（单位：亿美元）