多功能除雪机器人

工业机器人论文题目：多功能除雪机器人*名：***学号： *********** 班级：机电一体化七班平顶山工业职业技术学院2012 年 1 月 1 日摘要“冬天除雪别再用融雪剂，那东西对环境污染太严重了，用除雪机器人一样能收到好的除雪效果。

”这是近年来大家的一致呼声。

由于我国冬季所特有的气候特点，除雪剂的大量使用，带来的环境的问题也越来越突出，由此便诞生出除雪机器人这一设计。

而该机器人采用液压、机械、电控相结合技术，具有震动、冲击、越障等功能，可破坏压实冰雪对路面的附着力和亲和力。

同时，该产品还可在冬季过后能够快速装配成多种车型，像装载机、运输卡车等，继续发挥使用功能。

这种机器人的设计，不但解决了融雪剂所带来的污染问题，而且节约了劳动力，可谓一举两得。

关键词：除雪机器人、除雪剂、污染、装配、节约劳动力。

目录第1章机器人设计..... 错误!未定义书签。

1.1设计任务 ................... 错误!未定义书签。

1.1.1性价比分析........ 错误!未定义书签。

第2章控制原理分析. (4)2.1液压控制 (4)2.1.1机械控制 (4)2.2电气控制 (5)第3章环境感觉技术 (6)3.1感觉接收 (6)3.1.1感觉处理 (8)第4章结论 (10)参考文献 (10)第一章机器人设计1.1设计任务清雪机器人整体构想1.工作原理此机器人采用机械式推雪板将路面积雪推开并移至路旁。

采用装载机进行牵引，并有装载机提供液压动力，用于调整推雪板与前进方向的偏转角度，将雪向左或向右移到路边，并可以任何角度进行工作。

可调整对地面的压力，以适应不同路况及不同积雪，可以保证不损害地面。

2.机构构造.推雪板有上下两部分组成，下部可移动上部为固定部分。

固定部分通过支撑板与机架的吊耳相连支撑梁则限制推雪板固定部分与支撑板一起绕吊耳销轴向下移动，但不限制向上移动。

正常情况下，支梁可保持推雪板固定部分垂直状态，而上部前倾便于清雪。

.底座的运动以履带最好，其传动平稳，不容易被滑动或者侧翻。

轮履行走机构,其轮行走机构和／或履带行走机构通过可较大范围活动式支撑部与主体连接。

一种轮行走机构，设有液压悬挂装置和驱动装置，采用不同长度车轴构造，或者具有移动装置。

一种履带行走机构和支撑装置，具有可活动式支撑部，可用作可行走支腿。

一种行走机构的、支撑装置的及工程机械的传动、控制系统包括：一轮行走机构传动系统和履带行走机构传动系统或和履带式支撑装置传动系统传动连接，二该传动系统之间连接速度同步控制系统；三轮行走机构转向系统和履带行走机构转向系统或和履带式支撑装置转向系统之间设有转向同步控制系统；四轮履机械、工程机械两部分的控制系统采用非接触式控制部。

1.1.1性价比分析以北京市城区道路面积16227万平方米举例说，根据北京市环卫部门的统计，2009年冬季，北京市城区道路面积共使用了31471吨融雪剂除雪，按市场价每吨1000元计，价值达3147万元，而这些融雪剂对城内6个区仅绿化植被的损失就高达3000万元以上。

如果使用星泰牌多功能破冰除雪机对这些道路面积除雪，按照每台机械每天工作5小时、每小时18万平方米的工作效率计，有180台机械就可满足除雪的要求。

而180台机械所需费用为2700万元，不但节省了资金、人力，保障了交通，更重要的是还实现了保护生态环境的目的。

第二章机器控制原理分析2.1液压控制.液压系统工作原理液压油经过三位四通阀，分别向液压马达和液压供油缸供油。

液压马达与除雪机器人工作机构相连，使得工作机构能够左右摆动一定角度。

液压马达的回路装有液压单向阀，可以防止推雪板遇到很大阻力时能够保持其工作状态。

随着推雪作业的进行，推雪板的积雪不断增加，传递给液压缸的负载不断增大，当作用在液压缸上负载达到一定数值时，使得安全阀打开，起到过载保护作用。

当推雪板遇到障碍时，作用在液压缸活塞杆的负载大于溢流阀的安全压力，使溢流阀开启，活塞回缩，是推雪板可动部分绕铰接轴线向后摆动，避开障碍。

避开障碍后通过推雪板作用在活塞杆上的负载迅速下降，小于溢流阀的调整安全压力，因此活塞杆伸出，使推雪板可动部分复位，继续进行作业。

该设计回路采用并联式电磁换向阀控制，且中位机能采用Y型，可以实现两个动作同时工作，加快了工作速度，亦可分步控制，实现了顺序控制。

2.1.1机械控制1.机械履带驱动履带起重机以其起重量大、作业空间大、带载行走、接地比压小等独特的优势被广泛运用。

目前臂节的连接型式普遍采用4个销轴同向连接，安装时4个销轴同时对位，然后插销。

这种方式安装较困难。

国外产品对此进行了细节改进，组装时先对位、安装臂节上平面的2个销轴，然后再对位安装下平面销轴，减少安装难度。

为降低臂节连接销轴直径，可借鉴履带板的多个支承面的连接原理，将销轴剪切面数由原来的2个增加为3个。

为降低成本，减少结构件质量，高强度材料已作为主机结构的首选材料，屈服强度达到500MPa以上。

其结构尺寸明显减小。

主机结构的自重占整机(大基本主臂)自重的比例也由通常的60％降到40％，剩余自重完全由配重和车身压重分摊。

2.2电气控制为了保证一次设备运行的可靠与安全，需要有许多辅助电气设备为之服务，能够实现某项控制功能的若干个电器组件的组合，称为控制回路或二次回路。

这些设备要有以下功能：(1)自动控制功能。

高压和大电流开关设备的体积是很大的，一般都采用操作系统来控制分、合闸，特别是当设备出了故障时，需要开关自动切断电路，要有一套自动控制的电气操作设备，对供电设备进行自动控制。

(2)保护功能。

电气设备与线路在运行过程中会发生故障，电流(或电压)会超过设备与线路允许工作的范围与限度，这就需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整(断开、切换等)的保护设备。

(3)监视功能。

电是眼睛看不见的，一台设备是否带电或断电，从外表看无法分辨，这就需要设置各种视听信号，如灯光和音响等，对一次设备进行电气监视。

(4)测量功能。

灯光和音响信号只能定性地表明设备的工作状态(有电或断电)，如果想定量地知道电气设备的工作情况，还需要有各种仪表测量设备，测量线路的各种参数，如电压、电流、频率和功率的大小等。

在设备操作与监视当中，传统的操作组件、控制电器、仪表和信号等设备大多可被电脑控制系统及电子组件所取代，但在小型设备和就地局部控制的电路中仍有一定的应用范围。

这也都是电路实现微机自动化控制的基础。

第3章环境感觉技术3.1感觉接收机器视觉系统的输入装置可以是摄像机、转鼓等，它们都把三维的影像作为输入源，即输入计算机的就是三维管观世界的二维投影。

如果把三维客观世界到二维投影像看作是一种正变换的话，则机器视觉系统所要做的是从这种二维投影图像到三维客观世界的逆变换，也就是根据这种二维投影图像去重建三维的客观世界。

机器视觉系统主要由三部分组成：图像的获取、图像的处理和分析、输出或显示。

图像的获取实际上是将被测物体的可视化图像和内在特征转换成能被计算机处理的一系列数据，它主要由三部分组成：＊照明＊图像聚焦形成＊图像确定和形成摄像机输出信号1、照明照明和影响机器视觉系统输入的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少3 0%的应用效果。

由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。

过去，许多工业用的机器视觉系统用可见光作为光源，这主要是因为可见光容易获得，价格低，并且便于操作。

常用的几种可见光源是白帜灯、日光灯、水银灯和钠光灯。

但是，这些光源的一个最大缺点是光能不能保持稳定。

以日光灯为例，在使用的第一个100小时内，光能将下降15%，随着使用时间的增加，光能将不断下降。

因此，如何使光能在一定的程度上保持稳定，是实用化过程中急需要解决的问题。

另一个方面，环境光将改变这些光源照射到物体上的总光能，使输出的图像数据存在噪声，一般采用加防护屏的方法，减少环境光的影响。

由于存在上述问题，在现今的工业应用中，对于某些要求高的检测任务，常采用X射线、超声波等不可见光作为光源。

但是不可见光不利于检测系统的操作，且价格较高，所以，目前在实际应用中，仍多用可见光作为光源。

照明系统按其照射方法可分为：背向照明、前向照明、结构光和频闪光照明等。

其中，背向照明是被测物放在光源和摄像机之间，它的优点是能获得高对比度的图像。

前向照明是光源和摄像机位于被测物的同侧，这种方式便于安装。

结构光照明是将光栅或线光源等投射到被测物上，根据它们产生的畸变，解调出被测物的三维信息。

频闪光照明是将高频率的光脉冲照射到物体上，照像机拍摄要求与光源同步。

2、图像聚焦形成被测物的图像通过一个透镜聚焦在敏感元件上，如同照像机拍照一样。

所不同的是照像机使用胶卷，而机器视觉系统使用传感器来捕捉图像，传感器将可视图像转化为电信号，便于计算机处理。

选取机器视觉系统中的摄像机应根据实际应用的要求，其中摄像机的透镜参数是一项重要指标。

透镜参数分为四个部分：放大倍率、焦距、景深和透镜安装。

3、图像确定和形成摄像机输出信号机器视觉系统实际上是一个光电转换装置，即将传感器所接收到的透镜成像，转化为什么算机能处理的电信号、摄像机可以是电子管的，也可是固体状态传感单元。

3.1.1感觉处理机器视觉系统中，视觉信息的处理技术主要依赖于图像处理方法，它包括图像增强、数据编码和传输、平滑、边缘锐化、分割、特征抽取、图像识别与理解等内容。

经过这些处理后，输出图像的质量得到相当程度的改善，既改善了图像的视觉效果，又便于计算机对图像进行分析、处理和识别。

完成。

1、图像的增强图像的增强用于调整图像的对比度，突出图像中的重要细节，改善视觉质量。

通常采用灰度直方图修改技术进行图像增强。

图像的灰度直方图是表示一幅图像灰度分布情况的统计特性图表，与对比度紧密相连。

通常，在计算机中表示的一幅二维数字图像可表示为一个矩阵，其矩阵中的元素是位于相应坐标位置的图像灰度值，是离散化的整数，一般取0，1，……，255。

这主要是因为计算机中的一个字节所表示的数值范围是0~255。

另外，人眼也只能分辨32个左右的灰度级。

所以，用一个字节表示灰度即可。

但是，直方图仅能统计某级灰度像素出现的概率，反映不出该像素在图像中的二维坐标。

因此，不同的图像有可能具有相同的直方图。

通过灰度直方图的形状，能判断该图像的清晰度和黑白对比度。

如果获得一幅图像的直方图效果不理想，可以通过直方图均衡化处理技术作适当修改，即把一幅已知灰度概率分布图像中的像素灰度作某种映射变换，使它变成一幅具有均匀灰度概率分布的新图像，实现使图象清晰的目的。

2、图像的平滑图像的平滑处理技术即图像的去噪声处理，主要是为了去除实际成像过程中，因成像设备和环境所造成的图像失真，提取有用信息。