六足步行机器人的毕业设计说明书(3)

第1章 绪论

有4个自由度。安装有11个传感器和6个CCD摄像机。11个传感器分别是：1个3轴加速度传感器、1个2轴陀螺仪传感器、6个3轴力传感器和3个红外线传感器，电机采用DX-116，质量4kg。

5、1980年，中国科学院长春光学精密机械研究所采用平行四边形和凸轮机构研制出一台八足螃蟹式步行机，主要用于海底探测作业，并做了越障、爬坡和通过沼泽地的试验。

6、1989年，北京航空航天大学在张启先教授的指导下，孙汉旭博士进行了四足步行机的研究，试制成功一台四足步行机，并进行了步行实验，钱晋武博士研究地壁两用六足步行机器人，进行了步态和运动学方面的研究

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7、吉林工业大学从20世纪70年代开始，由陈秉聪教授和庄继德教授

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分别带领的两个研究小组，开始进行非常规行走机构的研究。1985年，陆怀民博士研制出一台具有两条平行四边形腿的步行机耕船试验台车，在土槽试验中表现出较高的牵引效率，主要用于无硬底层的水田耕作；1986年，高峰博士对步行车辆的全方位转向进行探索，在步行车辆转向理论方面有独到的见解，提出了一种全方位转向机构，设计了有全方位转向机构的六足步行车辆ARPSV；1990 年高义民博士进行了8 自由度六足步行车辆的研究，并试制了模型

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。

8、1980年，中国科学院长春光学精密机械研究所采用平行四边形和凸轮机构研制出一台八足螃蟹式步行机，主要用于海底探测作业，并做了越障、爬坡和通过沼泽地的试验。

9、1989年，北京航空航天大学在张启先教授的指导下，孙汉旭博士进行了四足步行机的研究，试制成功一台四足步行机，并进行了步行实验究。

10、1990年，中国科学院沈阳自动化研究所研制出全方位六足步行机，不仅能在平地步行，还能上楼梯。该所还研制了水下六足步行机以及采用连杆机构来实现动态步行的四足步行机模型。

11、1991年，上海交通大学马培荪等研制出JTUWM系列四足步行机器

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钱晋武博士研究地壁两用六足步行机器人，进行了步态和运动学方面的研

燕山大学本科生毕业设计（论文）

人。JTUWM-III是模仿马等四足哺乳动物的腿外形制成，每条腿有3个自由度，由直流伺服电机分别驱动。在进行步态研究的基础上，通过对3个自由度的协调控制，可完成单腿在空间的移动。该机器人采用计算机模拟电路两级分布式控制系统，JTUWM-III以对角步态行走，脚底装有PVDF测力传感器，利用人工神经网络和模糊算法相结合，采用力和位置混合控制，实现了四足步行机器人JTUWM-III的慢速动态行走，极限步速为1.7km/h。为了提高步行速度，将弹性步行机构应用于该四足步行机器人，产生缓冲和储能效果。

12、2000年，上海交通大学马培荪等对第一代形状记忆合金SMA驱动的微型六足机器人进行改进，开发出具有全方位运动能力的微型双三足步行机器人MDTWR，其第一代的每条腿只有2个自由度，无法实现机器人的转向，只能进行直线式静态步行，平均行走速度为1mm/s。将机体的主体部分进行改进设计，由上下两层相互平行的三叉支架组成，将六足改进为双三足，引入身体转动关节，采用新型的组合偏动SMA驱动器，使新一代的微型双三足步行机器人MDTWR具有全方位运动能力。

13、2002年，上海交通大学的颜国正、徐小云等进行微型六足仿生机器人的研究，该步行机器人外形尺寸为：长30mm，宽40mm，高20mm，质量仅为6.3kg，步行速度为3mm/s。他们在分析六足昆虫运动机理的基础上，利用连杆曲线图谱确定行走机构的尺寸，采用微型直流电机、蜗轮蜗杆减速机构和皮带传动机构，在步态和稳定性分析的基础上，进行控制系统软、硬件设计，步行实验结果表明，该机器人具有较好的机动性。

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1.1.2发展趋势

未来多足步行机器人的研究方向有如下几个方面：

(1)腿轮组合式步行机器人。腿式移动机器人地形适应能力强，能越过大的壕沟和台阶，其缺点是速度和效率均比较低。目前，腿式移动机器人系统应用行星探测仍然是很困难的。腿轮组合式步行机器人综合了腿式和轮式机器人的优点，具有较强的地形适应能力、较好的稳定性和较高的能量效率。特别适合用于行星探测，在无法确定待探测地表状态的情况下，采用腿轮组

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第1章 绪论

合式步行机器人可提高步行速度和效率。在松软或者崎岖不平的行星地表，采用腿轮组合式显示出优越性，在坚硬且较平坦的地表，由于没有土壤变形引起的阻力，采用轮式结构可有效提高其运动速度。

(2)微小型步行机器人。微型化是工业发展的必然趋势之一，是高技术成果的结晶。日本已研制出外形为：8.6mm×9.3mm×7.2mm的微型行走机器人。微型步行机器人有广阔的应用前景，如可将数以千计的微型步行机器人散布在星球上进行探测;在考古研究中，该种机器人可步行进入狭小的空间内采集样品等；可在狭小的空间如管道内行走、作业和维修等。

(3)仿生步行机器人。在步行机的腿上安装弹性装置或采用人工肌肉等柔性腿，就是结构仿生的体现，采用形状记忆合金驱动是材料仿生的体现。目前的步行机器人还远未达到像多足昆虫那样的步行机动性和灵活性，存在步行速度低，效率差等问题。进一步深入研究功能、控制和群体仿生，提高步行机器人的速度和灵活性，充分实现多足步行机器人的优点，是今后研究步行机器人的重点之一。

1.2本章小结

目前，多足步行机器人亟需解决的研究问题主要有(1)步行机器人在松软地面的通过性问题；(2)步行机器人在松软地面上脚的减粘脱土问题；(3)步行机器人的结构仿生问题；(4)在不平地面移动的速度问题；(5)陷入软土壤或倾翻能自动恢复正常行驶的问题；(6)仿生学控制方面的问题。如小脑关节控制（CMAC）模型或中枢模式生成器（CPG）模型的控制问题等。

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燕山大学本科生毕业设计（论文）

第2章 机器人学与仿生学介绍

2.1机器人学的基本理论

机器人技术经过多年的发展已经发展形成了一门综合性学科——机器人学。机器人学集中了机械工程、电子技术、自动控制理论以及人工智能等多学科的最新研究成果，代表了光电一体化的最高成就，是当代科学技术发展最具活力、最具影响的领域之一，它主要包括以下内容：

（1） 机器人的基本理论与方法，如运动学和动力学、作业与运动规划，控

制与感知技术、机器人智能理论；

（2） 机器人设计理论与技术，如机器人机构分析和综合、机器人机构设计

和优化、机器人关键器件设计、机器人仿真技术；

（3） 机器人仿生学，如机器人的形态、结构、功能、能量转换、信息传递、

控制和管理等特性和功能仿生理论与技术方法；

（4） 机器人系统理论和技术，如多机器人系统理论、机器人语言与编程、

人机交互、机器人与其他机器系统的协调和交互；

（5） 机器人操作和移动理论与技术，如机器人装配技术、移动机器人运动

与步态理论、移动机器人稳定性理论、移动操作机器人协调与控制论； （6） 微机器人学，如机器人的分析、设计、制造和控制等理论与技术方法。

2.1.1机器人的基本定义

美国机器人协会对机器人的定义：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用工具，通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能 …… 此处隐藏：2602字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……