图2为上海交通大学智能机器人研究室开发的风管清洁机器人。其移动底盘采用差动式驱动，电机为两个MAXON MOTOR公司的60w无刷直流电机。机械臂为上下伸缩式结构，同样采用MAXON的电机进行驱动。

管道清洁机器人

国外在移动机械臂方面的研究起步较早。最开始时采用在实验室对机器人机体结构、控制方法进行仿真分析和设计，并在实验室搭建测试平台进行实验验证的方式来研究移动机械臂系统。虽然在80年代由十人们对机器人智能技术的期望过高和制造技术的限制，导致移动机械臂系统的研究未达预期效果。但进入90年代后，由十人们在工程技术领域的经验积累，开始出现了各种各样的移动机械臂系统及其相关的应用领域。

新加坡国立大学的LiYP与MHJrAng研制的全方位移动操作机器人，全方位移动平台的轮子为4个偏心轮，如图3所示。斯坦福大学的Oussama K研制的全方位移动操作机器人Stanford Robot，全方位移动平台的轮子为3个Rover轮，如图4所示。

偏心轮全方位机器人Rover轮全方位移动机器人

    美国L实验室与加利福利亚大学联合研制的火星探测机器人SRR与“勇气”号，均为带操作臂的全方位移动机器人。SRR上有4个Rover轮如图5所示。

全方位机器人SRR移动机器人的另一种应用是家政服务。如图6所示为工Intel的匹兹堡实验室开发的HERB (Home Exploring Robotic Butler)家政服务机器人。

家政服务机器人一HERB

3.本课题的基本内容

3.1本课题的基本内容

 1) 查阅相关文献，了解单臂移动式机器人的控制方式及其主要结构形式；

2) 设计单臂移动式机器人的行走系统和机械臂；

3) 对主要承重零部件或结构薄弱零部件进行必要的强度和刚度校核；

4) 绘制CAD图表达设计结果。

5）翻译相关的英文文献，并编写毕业设计说明书。

本课题包括 3D转化成2D的工作。需严格按照国标进行制图工作。完成制图后进行图纸审核。按学校规定完成图纸量和设计说明书并通过答辩。

3.2本课题的重点与难点

本论主要研究以工作空间的可操作度和转动惯量为评价依据对机械臂结构进行优化设计的方法。机械臂工作空间的可操作度是衡量机械臂工作性能的重要指标，其工作空间可操作度越高，则机械臂几何结构设计越有效，机械臂在

其工作空间中运行的灵活性也越高。机械臂转动惯量的大小是计算机械臂驱动力矩、反应敏捷性、功耗高低的重要依据，降低机械臂各个关节的转动惯量，能够有效的降低机械臂各个关节的驱动力矩，提高机械臂的反应速度从而提高机械臂运行效率，并能够有效的降低机械臂运行的功耗，增加机械臂在其移动平台的适应性。

4.课题设计内容、步骤和要求

 4.1课程设计目的与要求

要求在毕业论文中详细描述单臂移动式机器人的结构和设计步骤，并用完整的工程图进行表达。要求在毕业设计论文中阐述的单臂移动式机器人控制方案。要求在毕业设计论文中对主要承重零部件或结构薄弱零部件进行必要的强度和刚度校核。

4.2原始条件及数据

    1)  车体高度不超过0.5m；

2) 单臂伸长长度不超过1m 。

5.候选方案的选择

Mecnum轮四轮单臂移动式机器人

Mecanum轮是一种全方位移动轮，它的圆周上安装了许多小辊子，从外形上看Mecanum轮跟斜齿轮较为相似，但是与斜齿轮不同的是圆周上的轮齿是若十个经特殊设计的鼓形辊子。这些辊子的轴线与轮毅的轴线成一角度(一般为450)，在运动时这些辊子可绕通过自身轴线的长轴自由转动。若十个辊子的外轮廓面包络成一个圆柱面。由于这样的特殊结构使得Mecanum轮具备了3个自由度:①绕轮子轴心转动，②绕滚子轴心转动，③绕轮子和地面的接触点转动。这样，驱动轮在一个方向上具有卞动移动能力的同时，另外一个方向也具有自由移动(被动移动)的运动特性。当电机驱动车轮转动时，车轮以普通方式沿着垂直于驱动轴的方向前进，同时车轮周边的辊子沿着各自的轴线自由旋转。