山东科技大学学士学位论文
摘 要
本文介绍了一种应用两个电机驱动的六足式步行机器人,并对该机器人的运动机理与步态进行了分析,经样机实验,所设计的机器人可实现前进、后退、遇障转弯等功能,具有结构简单,控制便捷,行走稳定的特点。
基于仿生学原理,应用连杆机构学中的Robert原理,设计出一连杆轨迹能较好地近似于机器人理想足部轨迹的四杆机构，选择足部运动曲线并在图谱上找到该曲线，以确定四杆机构的各个参数。由参数和电动机的输出转矩就能确定足部的线速度和加速度。并通过PRO/E软件,对用这一连杆机构作为腿部机构的六足机器人进行了前进和转弯步态建模，并对它进行了稳定裕量分析，包括静力学分析和动力学分析。
针对这种腿部结构设计了六足的行走方式,通过对12个步进电机的控制,采用三角步态,实现了六足机器人的直行功能。仿真及试验证明,这种结构能较好地维持六足机器人自身的平衡,并且对今后更深入地研究六足机器人抬腿行走姿态及可行性,具有较高的参考价值。
关键词：六足机器人；行走步态；运动原理；稳定性；四杆机构
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abstract
This paper introduced a six-legged walking robot propelled by two electromotors,and analyzed the robot's kinetic mechanism and walking style.Proved by the model test,the robot is capable of actions such as forwarding,backwarding and veering in the case of obstruction.The robot demonstrates such advantages as simple structure,comfortable control and stable performance of pacing.
Based on the principle of bionics,this paper designs a four-linked mechanism using Robert principle,which can approximate the ideal trace of robot's leg ,choose the sport curve of the foot department, then check to find out that curve on the diagram, the old ability but locations can make sure four each parameters of the pole structure, can make sure the line speed and accelerations of the foot department from the exportation dint of the parameter and electric motor. Some simulations about the hexapod robot which uses the six-linked mechanism as its leg are made， and carried on the stability to it analysis, include the quiet mechanics analysis and dynamics analysis.
A hexapod walking mode was designed according to this structure.By controlling 12 step motors straight walking function of the hexapod robot has been implemented with tripod gait movement.Simulation and experiment show that this structure can keep the hexapod robot body's balance better,providing high reference value to research the advantage and feasibility of leg-raising walking gesture.
Keyword: six foot robot; Tread the appearance of walk; The sport principle; Stability; Four pole organizations
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目录
摘 要 ............................................... I
abstract .............................................................................................................. II
1 绪 论 ........................................... 1
1.1国内外机器人的研究现状 ....................................................................... 1 1.2机器人的主要研究问题 ........................................................................... 3 1.3机器人的发展趋势 ................................................................................... 5 1.4本课题所研究的主要内容 ....................................................................... 6
2 机械机构设计 ...................................... 6
2.1机构分析 ................................................................................................... 6 2.2 设计方法 ................................................................................................ 12 2.3四连杆机构的设计 ................................................................................. 13 2.4四个钣金零件设计 ................................................................................. 28 2.5 躯体部分机构设计 ................................................................................ 33 2.6 机构设计总结 ........................................................................................ 34
参考文献 ........................................... 35 致谢 ............................................... 37 附 录一 ............................................ 50 附录二 ............................................. 61
III
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1 绪 论
1.1国内外机器人的研究现状
1.1.1机器人的定义
机器人是上个世纪人类最伟大的发明之一，而从机器人的角度来讲，21世纪将是一个自治机器人的世纪。随着机器人的工作环境和工作任务的复杂化，要求机器人具有更高的灵活性、可靠性、准确性、稳定性和更强的适应性。机器人技术是研究机器人工程技术的学问。关于机器人各国有不同的定义，其中一种定义得方法是“机器人是可通过感觉与智能进行作业的并具有与人或动物相似的外观和机能的机械”。上述的定义是强调“可进行作业”的性质。而机器人的感觉机能和移动即能只不过是进行作业是必要的辅助技能而已。这里所说的作业并不是单一的简单工作，而是能够进行多种动作的作业。即具有通用性（或柔性）工作能力。例如，数控机床加工工件的能力虽然很强，但是它不能进行其它的作业，所以不能称它为机器人，此外数控机床的外观也很少有与生物相似之处。
按照上述的定义，机器人具有以下几个特点：一是有人类的功能，比如说作业功能、感知功能、行走功能，能完成各种动作；另一个特点是根据人的编程能自动工作，由于它通过编程才能改变它的工作、动作，工作的对象和一些要求。一般来说我们认为机器人是计算机控制的可以编程的目前能够完成某种工作或可以移动的自动化机械。
虽然机器人的模型是动物或人，但是企图给机器人赋予人类那样的高度机能是不可能的。例如，在需要高级的认识与判断的地方，还必须有人的帮助，就是非常高级的机器人也还必须进行人机对话才行。
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1.1.2国内外机器人的研究现状概述
移动机器人近年来朝着智能化、多样化和集成化方向发展。未来的移动机器人应该具有行动决策和规划，以及自动执行规划能力，集人工智能、智能控制、信息处理、检测与转换等专业技术为一体的系统。自然界生物的运动行为和某些机能已成为机器人学者进行机器人设计，实现其灵活控制的思考源泉，导致各类仿生机器人不断涌现。仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状或某些机能的机器人系统。仿生机器人的类型很多。其中步行机器人成为机器人研究的一个热点，步行是人类或有腿动物的独特的运行方式，是自然界中最为灵活的移动形式。步行机器人是以模拟这种方式来实现自身运动的一类特殊的机器人，它具有良好的地形活动性，可以相对较易的跨过较大的障碍（如沟，坎等）。并且机器人的本质具有的大量的自由度可以使机器人的运动更加灵活，对凹凸不平的地形的适应能力更强，由于立足点是离散的，距地面的接触面积较小，可以在可达到的地面上选择最优支承点，即使在表面极度不规则的情况下，通过严格选择足的支撑点，也能够行走自如。
现今国外得到业内认同的轮腿混合式移动机器人主要是火星/月球漫游车，有的在研发中，有的己经发射成功。前苏联Lunokhod月球探测车美国JPL的Sojourner火星探测车。 该机器人采用六轮摇臂悬吊式结构，即有6个独立悬挂的驱动轮，传动比为2000:1，因而能在各种复杂的地形中行驶，特别是软沙地。此外该机器人的四个角轮具有独立驱动和控制能力。本机器人是真正意义上的六轮腿式移动机器人。日本本田公司和大阪大学联合推出的P2和P9型放人步行机器人代表了当今世界的最高水平。美国的MIT Leglab 有两个小组在从事仿人步行机器人的研究，已完成的项目包括一个重22kg的平面型机器人。Keisuke Arikawn 等研究的TITAN-VII型四足机器人能够以稳定的方式在不平的地面行走，可以以非接触方式绕
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