六足步行机器人的毕业设计说明书(9)

附录1 附录1 开题报告

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

步行机器人（walking robot，legged robot）或步行车辆（walking vehicle）简称步行机，是一种智能型机器人，它是涉及到生物科学、仿生学、机构学、传感技术及信息处理技术等的一门综合性高科技

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。在崎岖

路面上，步行车辆优于轮式或履带式车辆。腿式系统有很大的优越性:较好的机动性，崎岖路面上乘坐的舒适性，对地形的适应能力强。所以，这类机器人在军事运输、海底探测、矿山开采、星球探测、残疾人的轮椅、教育及娱乐等众多行业，有非常广阔的应用前景，多足步行机器人技术一直是国内外机器人领域的研究热点之一

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。

1990年，美国卡内基－梅隆大学研制出用于外星探测的六足步行机器人AMBLER，该机器人采用了新型的腿机构，由一个在水平面内运动的旋转杆和在垂直平面内作直线运动的伸展杆组成，两杆正交。该机器人由一台32位的处理机来规划系统运动路线、控制运动和监视系统的状态，所用传感器包括激光测距扫描仪、彩色摄像机、惯性基准装置和触觉传感器。总质量为3180kg，由于体积和质量太大，最终没被用于行星探测计划。

1993年，美国卡内基－梅隆大学开发出有缆的八足步行机器DANTE，用于对南极的埃里伯斯火山进行了考察，其改进型DANTE－II也在实际中得到了应用

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。1994年，DANTE-II对距离安克雷奇145km的斯伯火山进行了

考察，传回了各种数据及图像。

在对昆虫步态进行研究的基础上，2000年美国研制出六足仿生步行机器人Biobot。为了像昆虫那样在凸凹不平地面上仍能高速和灵活步行，采用气动人工肌肉的方式，压缩空气由步行机上部的管子传输，并由气动作动器驱动各关节，使用独特的机构来模仿肌肉的特性。与电机驱动相比，该作动器能提供更大的力和更高的速度。

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日本对多足步行机的研究从20世纪80年代开始，并不断进行着技术创新，随着计算机和控制技术的发展，其机械结构由复杂到简单，其功能由单一功能到组合功能，并已研究出各种类型的步行机。主要有四足步行机、爬

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燕山大学本科生毕业设计（论文）

壁机器人、腿轮分离型步行机器人和手脚统一型步行机器人。

我国对于步行车辆的研究起步较晚，但对松软土壤上的车辆通过性能的研究还是较早的。吉林工业大学著名的地面-车辆系统力学专家陈秉聪在20世纪50年代开始研究，先后研制出塑料镶齿、高花纹、半步行轮、步行轮等非常规行走机构，进行了运动学和动力学分析及田间试验。我国从20世纪80年代开始研究步行机，并取得了一系列的成果。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。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。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。

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。

随着机器人的工作环境和工作任务的复杂化以及人们对于娱乐辅助等移动机器人的需求的增加，要求机器人具有更高的灵活性、智能性和环境适应性，足式仿生机器人的发展越来越受到重视

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[5]。运动性能是足式机器人

的一项重要的考查指标，在现有的机器人系统中，大多采用步态规划算法进行步态规划，此方法需要对机器人及环境精确建模，控制过程中进行大量计算和测量，较难满足实时性要求。基于生物节律运动控制机理的仿生机器人通过模拟自然界动物最常见的运动方式——节律运动来实现具有高度稳定

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附录1 性和环境适应性的运动，从而避免了大量的计算与规划，实时性与环境适应性较好。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

1、搜集和学习课题相关资料，掌握六足步行机器人的工作原理和相关参数设计原则。

2、机器人结构设计：机器人本体设计，机器人腿部设计，腿部参数确定，腿部驱动确定。

3、通过Solidworks仿真实现前进、后退、左转、右转、避障等动作，并对一些参数进行修改实现设计的优化。

仿生六足步行机器人根据节肢昆虫的步行原理，建立起步行运动的模型，将昆虫的运动进行简化，抽象出六足运动的基本原理，并用软件制作出了一个理论验证模型，可以实现前进、后退、左转、右转、避障等动作，对于研究六足步行机器有很大的帮助。研究拟解决以下几个问题。 1、重心稳定问题 2、利于越障问题 3、转弯灵活问题 4、防滑和减震问题 三、研究步骤、方法及措施

1、机器人机体做成近似菱形，这样可以减少腿之间碰撞还可已增加机体稳定性。

2、腿部驱动电机得选择：在整个机器人系统中，电机及其附件得质量和体积所占比重较为突出，因而需要选体积小、质量轻得电机故选直流伺服电机为腿部驱动器，此类电机有较高的柔性和可靠性。具体型号为瑞士MAXON公司生产的maxon电机（型号为EC－max22）以及配套的减速器（型号为GP32C）。

3、轴承的选择：仿生机器人的关节是靠运动副的的工作实现得的，因此选择合适的轴承对机器人正常运动起着关键作用。机器人的膝关节和髋关节使用了锥齿轮转动副，将会在驱动轴上产生轴向载荷，因此可选择角接触球轴承，可以承载以径向载荷为主的径、轴向联合载荷，也适合于安装条件受限

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燕山大学本科生毕业设计（论文）

的部位。

4、通过Solidworks仿真实现前进、后退、左转、右转、避障等动作，并对一些参数进行修改实现设计的优化。 四、研究工作进度

第一阶段：（1－4周）收集资料完成开题报告，和外文翻译资料。 第二阶段：（5－8周) 绘制装配图，机械部分设计与计算。 第三阶段：（9－12周）绘制零件图，部件图。 第四阶段：（13－16）撰写论文。 第五阶段：（17－18）准备答辩。 五、主要参考文献

1. 雷静桃，高峰，崔莹.多足步行机器人的研究现状及展望，机械设计学

报，1001-2354（2006）09-0001-03

2. BaresJE，WhittakerWL，Configuration of autonomous walkers for

extreme terrian[J].The International Journal of Robotics Research，1993，12（6）：535～559

3. 孙汉旭，四组步行的研究[D].北京：北京航空航天大学，1989 4. 钱晋武，地壁两用六足 …… 此处隐藏：2796字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……