兩足行走機器人行走部分的設(shè)計小論文.doc

本科畢業(yè)設(shè)計說明書（小論文）第1頁共13頁兩足行走機器人行走結(jié)構(gòu)部分設(shè)計機械工程及自動化許峰指導(dǎo)老師劉艷摘要20世紀(jì)40年代，伴隨著遙控操縱器和數(shù)控制造技術(shù)的出現(xiàn)，關(guān)于機器人技術(shù)的研究開始出現(xiàn)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，數(shù)百種不同結(jié)構(gòu)、不同控制系統(tǒng)、不同用途的機器人已進(jìn)入了實用化階段。目前，機器人大多以輪子的形式實現(xiàn)行走功能階段。真正模仿人類用腿走路的機器人還不多，雖有一些六足、四足機器人涌現(xiàn)，但是兩足機器人還是鳳毛麟角。本課題主要針對兩足機器人的行走進(jìn)行研究、分析、設(shè)計，然后材料加工制作，最后進(jìn)行組裝和行走調(diào)試。關(guān)鍵詞研究設(shè)計制作1緒論1.1引言目前，機器人已形成一個不同技術(shù)層次、應(yīng)用于多種環(huán)境的“龐大”家族，從天上到地下，從陸地到海洋到處都可以看到機器人的身影。世界著名機器人專家，日本早稻田大學(xué)的加藤一郎教授曾經(jīng)指出“機器人應(yīng)當(dāng)具有的最大的特征之一是步行功能”。步行機器人的研究涉及到多門學(xué)科的交叉融合，如仿生學(xué)、機構(gòu)學(xué)、控制理論與工程學(xué)、電子工程學(xué)、計算機科學(xué)及傳感器信息融合等。仿人形機器人正成為機器人研究中的一個熱點，其研究水平，在一定程度上代表了一個國家的高科技發(fā)展水平和綜合實力。研究仿人形雙足步行機器人，除了具有重要的學(xué)術(shù)意義，還有現(xiàn)實的應(yīng)用價值。1.2機器人的發(fā)展及技術(shù)1.2.1機器人的發(fā)展20世紀(jì)40年代，伴隨著遙控操縱器和數(shù)控制造技術(shù)的出現(xiàn)，關(guān)于機器人技術(shù)的研究開始出現(xiàn)。60年代美國的ConsolidatedControl公司研制出第一臺機器人樣機，并成立了Unimation公司，定型生產(chǎn)了Unimate機器人。20世紀(jì)70年代以來，工業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計說明書（小論文）第2頁共13頁機器人產(chǎn)業(yè)蓬勃興起，機器人技術(shù)逐漸發(fā)展為專門學(xué)科。1970年，第一次國際機器人會議在美國舉行。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，數(shù)百種不同結(jié)構(gòu)、不同控制系統(tǒng)、不同用途的機器人已進(jìn)入了實用化階段。目前，盡管關(guān)于機器人的定義還未統(tǒng)一，但一般認(rèn)為機器人的發(fā)展按照從低級到高級經(jīng)歷了三代。第一代機器人，主要指只能以“示教-再現(xiàn)”方式工作的機器人，其只能依靠人們給定的程序，重復(fù)進(jìn)行各種操作。目前的各類工業(yè)機器人大都屬于第一代機器人。第二代機器人是具有一定傳感器反饋功能的機器人，其能獲取作業(yè)環(huán)境、操作對象的簡單信息，通過計算機處理、分析，機器人按照己編好的程序做出一定推理，對動作進(jìn)行反饋控制，表現(xiàn)出低級的智能。當(dāng)前，對第二代機器人的研究著重于實際應(yīng)用與普及推廣上。第三代機器人是指具有環(huán)境感知能力，并能做出自主決策的自治機器人。它具有多種感知功能，可進(jìn)行復(fù)雜的邏輯思維，判斷決策，在作業(yè)環(huán)境中可獨立行動。第三代機器人又稱為智能機器人，并己成為機器人學(xué)科的研究重點，但目前還處于實驗室探索階段1。機器人技術(shù)己成為當(dāng)前科技研究和應(yīng)用的焦點與重心，并逐漸在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防建設(shè)等方面發(fā)揮巨大作用?？梢灶A(yù)見到，機器人將在21世紀(jì)人類社會生產(chǎn)和生活中扮演更加重要的角色。1.2.2機器人技術(shù)機器人學(xué)是一門發(fā)展迅速的且具有高度綜合性的前沿學(xué)科，該學(xué)科涉及領(lǐng)域廣泛，集中了機械工程、電氣與電子工程、計算機工程、自動控制工程、生物科學(xué)以及人工智能等多種學(xué)科的最新科研成果，代表了機電一體化的最新成就2。機器人充分體現(xiàn)了人和機器的各自特長，它比傳統(tǒng)機器具有更大的靈活性和更廣泛的應(yīng)用范圍。機器人的出現(xiàn)和應(yīng)用是人類生產(chǎn)和社會進(jìn)步的需要，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展和生產(chǎn)工具進(jìn)化的必然。目前，機器人及其自動化成套裝備己成為國內(nèi)外備受重視的高新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，與此同時它正以驚人的速度向海洋、航空、航天、軍事、農(nóng)業(yè)、服務(wù)、娛樂等各個領(lǐng)域滲透2。目前，雖然機器人的能力還是非常有限的，但是它正在迅速發(fā)展。隨著各學(xué)科的發(fā)展和社會需要的發(fā)展，機器人技術(shù)出現(xiàn)了許多新的發(fā)展方向和趨勢，如網(wǎng)絡(luò)機器人技術(shù)、虛擬機器人技術(shù)、協(xié)作機器人技術(shù)、微型機器人技術(shù)和雙足步行機器人技術(shù)等。人們普遍認(rèn)為，機器人技術(shù)將成為緊隨計算機技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后的又一次重大的技術(shù)革命，它很可能將世界推向科學(xué)技術(shù)的新時代3。本科畢業(yè)設(shè)計說明書（小論文）第3頁共13頁1.3本課題的主要工作本課題源于“第一屆全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽”中兩足行走機器人。目前，機器人大多以輪子的形式實現(xiàn)行走功能階段。真正模仿人類用腿走路的機器人還不多，雖有一些六足、四足機器人涌現(xiàn)，但是兩足機器人還是鳳毛麟角。在機器人研究領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先水平的日本，推出了諸如舞蹈機器人等雙足行走機器人，但成千上萬的傳感器和復(fù)雜的控制系統(tǒng)使這類機器人造價非常昂貴。我們這個課題，探索設(shè)計僅靠巧妙的機械裝置和簡單的控制系統(tǒng)就能實現(xiàn)模擬人類行走的機器人。其分功能有：交替邁腿、轉(zhuǎn)彎、搖頭、擺大臂、擺小臂410。2雙足機器人本體結(jié)構(gòu)設(shè)計分析2.1引言兩足步行機器人是研究兩足步行的實驗對象，不同的兩足步行機器人在自由度、驅(qū)動方式、重量、高度、結(jié)構(gòu)特征等方面都存在很大的差異。機器人的結(jié)構(gòu)不同，其控制方式也有所區(qū)別。為了對兩足步行機器人進(jìn)行深入的研究，使其實現(xiàn)預(yù)定的步行功能，必須對其機構(gòu)有深入的了解和認(rèn)識。2.2兩足機器人的結(jié)構(gòu)分析兩足步行機器人是對人類自身的模仿，但是人類總共有上肢52對，下肢62對，背部112對，胸部52對，腰部8對，頸部16對，頭部25對之多的肌肉。從目前的科學(xué)發(fā)展情況來看，要控制具有400個雙作用式促進(jìn)器的多變量系統(tǒng)是不可能的，因此，在設(shè)計步行機械時，人們只考慮移動的基本功能。例如，只考慮在平地或者具有已知障礙物的情況下的步行11。2.3機器人設(shè)計思路由于這個課題是本校的第一次出現(xiàn)，沒有可以借鑒的資料，所以我們這個小組通過各種途徑了解各種兩足機器人，通過模仿其他設(shè)計成功的機器人為設(shè)計主要思路，來設(shè)計我們的兩足步行機器人，如圖2.1，是我們這次設(shè)計的主要依據(jù)。本科畢業(yè)設(shè)計說明書（小論文）第4頁共13頁圖2.1兩足機器人的雛形2.4機器人設(shè)計方案由于我們要求設(shè)計的是比較簡單的兩足機器人，所以有關(guān)平衡和ZMP等計算全部省略，我們設(shè)計時候盡量把兩足機器人整體高度設(shè)計的盡量的矮一點，兩面設(shè)計的對稱，腳設(shè)計盡量的大一點，以此達(dá)到兩足步行機器人的平衡1215。通過上面所述和查閱相關(guān)兩足機器人行走的視屏，