第一台的工業機械人是美國在2023年推出的，現在，隨著社會的不斷發展，機械人技術已經涉及到了很多的領域，譬如：感測器技術、控制工程、精密機械、動力學、計算機科學技術、人工智慧等領域。機械人也是自二十世紀以來發展的十分迅速的乙個重要的高科技領域，它是各個學科的前沿技術的應用。
機械人的出現與發展使得傳統工業生產的方式發生了翻天覆地的變化，讓我們的生產方式從手工作業發展到機械化、自動化到現在的智慧型化。進入本世紀之後，人類已經發現機械人已經不知不覺的逐漸的開始深入到工業、服務、醫療、衛生、娛樂等方面[1]。
導遊機械人的研究不是一門專業的科學，它是由很多學科相互滲透，相互交叉的。對導遊機械人的研究具有非常廣的應用前景和巨大的理論價值。現在，導遊機械人己經被我們當作為一種服務的工具。
如今，隨著我們生活水平的提高和科學技術的快速發展，機械人的用處已經越來越廣泛，它可以承擔各種工作。機械人以前都是在工廠和車間裡工作的，現在已經開始走向室外、大海甚至是太空。具有人工智慧的自主式機械人正在向製造業以外的方向擴充套件，這些非製造業包括了航空、深海探測、軍事偵察和打擊、建築、救護醫療、家庭服務、農業生產、自動化辦公和自然災害救援等，如飛行機械人、海難救援機械人、化肥和農藥噴撒空中機械人、護理機械人等[2]。
最近幾年來，對導遊機械人的研究受到了很多學者的重視，各種仿生的、智慧型的導遊機械人越來越多，在很多的展館內，你都可以看到它們的身影，也許你已經享受過它們帶給你的優越的服務。導遊機械人可以和人對話，向你講解展館內展出物的知識。也可以像人類一樣行走，還可以有各種各樣的表情，這樣你就會不知不覺的忘記你的導遊是個機械人。
導遊機械人的研究在國內起步較晚，但經過多年來的長足的發展也取得了很大進步，但大多數研究尚處於某個單項研究階段。國內的導遊機械人研究主要經歷了演算法的研究和**、國外機械人平台的引進和自主開發三個階段[3]。下面是中國對導遊機械人的一些研究成果。
清華v型智慧型車thmr-v是清華大學智慧型技術與系統國家重點實驗室在中科院院士張錢教授主持下研製的新一代智慧型導遊機械人[4]，它可以在普通的馬路上行進，也可以在高速公路上行進，它非常成功的獲得了專利成果。thmr-v的車體是用小型的廂車改裝的，它的避障檢測系統是由一台可以識別色彩的攝像機和一台雷射測距儀所組成的，它的定位導航系統是由d***(通過在固定測站和流動測站上進行同步觀測，利用在固定測站上所測得衛星定位誤差資料改正流動測站上定位結果的衛星定位)、磁羅經（利用地磁場固有的指向性測量空間姿態角度的）、光電碼盤（光學玻璃製成，在上面刻有許多同心碼道，每個碼道上都有按一定規律排列的透光和不透光部分）所組成的。運動的控制、資訊的處理、集中、路徑的規劃、語音的交流、視覺的識別等功能是由兩個計算機系統有分工的控制的。
距離資訊的處理、***資訊的處理、人機的交流管理、運動控制等功能是由四台工業控制計算機分別完成的。根據設計的要求，在高速公路上，thmr-v的行駛速度可以達到80千公尺每小時，在普通的道路上可以達到20千公尺每小時。現在thmr-v已經可以在相對複雜的環境下，進行目標跟蹤和自主避障行駛。
清華v型智慧型車thmr-v的研究涉及到了五個方面的關鍵技術：1、基於地圖的全域性路徑規劃技術，2、基於感測器資訊的區域性路徑規劃技術，3、路徑規劃的**技術，4、感測技術、5、資訊融合技術 [5]。
dy- i型導遊機械人是海爾一哈爾濱工業大學機械人技術公司最近推出的新一代智慧型導遊機械人，該機械人由伺服驅動系統、多感測器資訊、避障及路徑規劃系統、語言識別及語言合成系統組成。dy- i擁有良好的視覺識別功能、可以自主行駛、可以和人進行語言和簡單的肢體交流，並且它還有自己的面部表情，是智慧型的導遊機械人。dy- i的總高度約有170cm，重量在100kg左右，它有兩隻很大的眼睛，擁有可以自如活動的手臂，行走機構是輪式的，從外表看它是金屬的，其實只是表面塗了金屬質感的漆，它是用一種非常特殊的玻璃鋼做成的。
12個超聲波感測器被裝在dy- i的身體的各個部位，用來作為感覺器官，所以dy- i的感覺器官非常的敏銳，這樣就可以很好的分辨障礙物的性質，並進行識別。與thmr-v一樣dy- i也裝有能分辨色彩的攝像機作為它的眼睛。它的臉部是仿照人的臉部輪廓製造的，所以看起來很真實，它也會跟人一樣眨眼睛，說話的時候嘴唇也是跟人一樣一張一合的，這些功能的設計都使得dy- i更具有親和力，更容易被人認可。
dy- i可以靠下部的輪式行走機構在展館內自由的避障行走，它的感官很靈敏，如果在行進的過程中遇到人，它就會停下來跟遊客友好的打個招呼，並回答遊客的各種提問；如果行進過程中遇到的是障礙，它就會自主的控制轉向機構來改變行進的方向。另外dy- i的前面還裝有乙個可觸控式的螢幕，這樣遊客就可以通過操作這個系統來了解自己想知道的各種豐富多彩的知識了 [6
綜合國內外對於導遊機械人的研究的實際情況，當代導遊機械人的研究主要集中在以下幾個方面。
(1)行走機構的結構。根據實際的需要，行走機構的結構的形式並不是完全單一的。實際應用中，導遊機械人會被要求在各種各樣的場地上活動，因此它的行走機構的結構形式有很多種。
當前，對腿足式行走機構、履帶式行走機構和特殊行走機構的研究比較的多，但很大一部分的研究還處在實驗室驗證的階段。輪式行走機構由於控制起來比較的簡單，穩定性也好定，並且輪式行走機構的行進方式是滾動前進的，滾動摩擦所消耗的能源比其它的行進方式要少很多，所以輪式行走機構正在向實用化迅速發展[7]。
(2)運動控制技術。成熟的運動控制技術是導遊機械人整體效能的基礎，由於導遊機械人的手臂部分是乙個不完整約束的結構，因此，控制系統不能通過連續可微的時不變的狀態反饋加以鎮定。為此，通過時變、不連續控制以及混合策略，根據動力學模型和運動學模型，建立合理的反饋控制律，實現速度和轉向的自動控制，以及不同工作狀態之間的平穩過渡，是該項技術的核心內容[8]。
(3)路徑規劃技術。路徑的規劃技術主要包括基於地理資訊的全域性路徑規劃技術和基於感測資訊的區域性路徑規劃技術[9]。導遊機械人在行進的過程中，可能會遇到各種各樣的障礙，如果不能很好的避開這些障礙，導遊機械人的移動就會存在著很多的未知風險，所以路徑的規劃技術，對於導遊機械人來說，是十分重要的。
(4)實時視覺技術。實時的視覺技術主要包括視覺資訊的實時採集、資訊的處理、主要資訊的提取跟識別。視覺資訊的處理能力、處理速度、處理的可靠性和準確性是決定導遊機械人智慧型系統效能的決定性因素[10]。
(5)定位和導航技術。定位和導航技術是當前導遊機械人研製的重點，它是導遊機械人運動控制的基礎，只有準確的定位，才能準確的控制導遊機械人的移動。位移的測量方法有兩種，分別是相對測量法和絕對測量法，位置的測量方法有里程計、慣性導航、主動燈塔、磁羅經、***系統、地圖模型匹配和自然路標導航等[11]。
本課題是**於某科技館的實際專案，並結合了實際生活中輪式行走機構應用的廣泛性而進行的設計。輪式行走機構相對於履帶式、腿足式和特殊行式等[12,13]，具有結構簡單、能源利用率高、設計方便、成本低等諸多優點，但是它的使用環境比較單一，只能在較為平整穩的環境中行走。輪式行走機構也分單輪、兩輪、三輪、和四輪等[14,15]。
由於單輪和兩輪行走機構比較複雜，很多問題的解決超出本課題所要求的範圍，所以本設計就沒有對此兩種行走機構進行考慮。設計之初考慮的方案有三輪行走機構和四輪行走機構。
方案一：三輪行走機構
優點：① 成本低。
② 質量輕。
缺點：穩定性較差。
方案二：四輪行走機構。
優點：穩定性好。
缺點：① 結構複雜，成本較高。
② 質量重。
由於展館的地面比較平整，三輪機構和四輪機構的穩定性區別不大，綜合考慮本設計決定採用三輪行走機構。圖1.1是確定的三輪機構的設計方案，後面將對此方案的規劃進行詳細的設計和計算。
圖1.1 設計方案簡圖
如圖1.1所示，驅動部分是由驅動電機帶動減速器的軸轉動，通過減速器的減速，使系統的轉速下降，再由減速器將轉動傳遞給一對相互嚙合的齒輪，再通過齒輪將轉動傳遞給驅動輪，使導遊機械人前進。轉向部分是由轉向電機帶動一對相互嚙合的齒輪，再通過齒輪的轉動，帶動轉向輪轉向的。
圖中驅動電機為伺服電機，伺服電機的特點是結構比較簡單、比較的堅固能用很長時間、可靠性也較高，轉矩的脈動低，雜訊小，不需要位置感測器，轉速也可以很高。伺服電機向量控制調速技術比較成熟，這就使得採用伺服電機驅動的系統相比較而言具有一定的優勢，伺服電機的轉速通常較快，又由於導遊機械人的行進的速度較慢，所以在驅動電機和工作軸之間要有減速機構，圖中的減速器就是減速機構。驅動輪和驅動副輪是單獨安裝，目的是為了轉向的方便，如果將兩個輪子裝在同一軸上，轉向時由於是同一軸來驅動的，無法做到差速轉向，會給轉向帶來一定的麻煩。
圖中的轉向電機為步進電機，步進電機不同與伺服電機，它是開環的。它的角位移或線位移是通過脈衝訊號控制的。在不超載的情況下，步進電機的止動的位置、轉速僅僅是由脈衝訊號的頻率和脈衝數決定的，而不受負載變化的影響，也就是說給電機加乙個脈衝訊號，電機就轉過乙個步距角。
加上步進電機只有週期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。轉向電機和轉向輪之間用兩個相同的齒輪來傳動，齒輪傳動平穩可靠、傳動比精度高、工作效率好、使用壽命長。
齒輪傳動的使用功率、轉速和尺寸的範圍都很寬。
驅動部分的設計首先要確定驅動的方案（在前面已經確定過了），即選用什麼樣的電機、是否設定減速機構、輪子的直徑大小以及各部分的連線。考慮到是展館導遊機械人，行進的速度並不快，並且要求的是用蓄電池供電，能比較長時間的連續工作，考慮到這些問題之後，初步確定選用的是小功率的伺服電機。由於伺服電機的轉速一般都較快，所以設計中考慮選用減速機構。
初步選定的減速方案如圖2.1所示。
圖2.1 減速部分簡圖
設計指標：導遊機械人的總體尺寸≤500mm×500mm×1500mm(長x寬x髙)；總重量：≤30kg；最大行進速度約0.6m/s。故要求：
機械人底盤輪式行走系統總體尺寸≤450mm×500mm×200mm；具有行走和轉向功能；
重量≤12kg；
最大行進速度約0.6m/s；
車輪直徑：120～160mm。
根據設計所要求的指標，初步選擇車輪的直徑為150mm ；
機械人的總重量: 30 kg ；
普通的橡膠制輪胎與地面的摩擦係數：；
輪胎與地面的摩擦力:；
驅動所需最小功率： (不考慮傳遞過程中功的損耗)；
損耗後所需的實際功率：；
式中為電動機至車輪的傳動裝置的總效率。由上面的圖2.1可知：
2.1）
2019機械人導遊
a 在航線的周圍有8個 大門按鈕 按鈕是乙個邊長8cm的正方形平面，放置在乙個邊長9cm的正方形柱體上，按鈕平面距地面25 cm。按鈕的有效位移為1mm 往下 按鈕柱固定在地面上。b 方形柱的乙個邊沿 機械人最先越過的邊沿 設計為乙個違規按鈕，如果先觸動這一按鈕，則該 大門按鈕 將被遮蔽。大門按鈕和...
機械人整理
機械人定義 由各種外部感測器引導的，帶有乙個或多個末端執行器，通過可程式設計運動，在其工作空間內對真實物體進行操作的，軟體可控制的機械裝置。機械人由三大部分組成。機械部分 用於實現各種動作 感測部分 用於感知內部和外部的資訊 控制部分 控制機械人完成各種動作 機械結構系統由機身 手臂 末端執行器三大...
機械人實驗
關節的長度為110mm，單元體長度約為220mm，蛇體的總長度大約為1760mm。由於舵機自身的約束條件限制，每個舵機的轉角範圍被限制在 90 90度。為了減少機器蛇運動中的摩擦阻力，在機器蛇兩側設計了可裝拆從動輪，可以實現蛇體的平穩游動。採用輕型耐磨塑料製造蛇形機械人的主要結構，在很大程度上減輕了...