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1、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
2、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abstractThis paper introduced a six-legged walking robot propelled by two electromotors,and analyzed the robots kinetic mechanism and walking style.Proved by the model
3、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 usin
4、g Robert principle,which can approximate the ideal trace of robots 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 accelerati
5、ons 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 hexapo
6、d 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 bodys balance better,providing high refere
7、nce 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目录摘 要IabstractII1 绪 论11.1国内外机器人的研究现状11.2机器人的主要研究问题31.3机器人的发展趋势51.4本课题所研究的主要内容62 机械机构设计62.1机构分析62.2 设计方法122.
8、3四连杆机构的设计132.4四个钣金零件设计282.5 躯体部分机构设计332.6 机构设计总结34参考文献35致谢37附 录一50附录二611 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
9、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
10、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。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
11、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J
12、PL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过地面上的障碍，能够向任何方向运
13、动，同时腿的自由度可以用于工作。俄罗斯罗伊斯公司在为英国核潜艇建造并保养压力水反应堆时应用了蛇形机器人，它将用于太空的探索，其是由简单的低自由度组件组成的高柔性、高冗余性的蛇形机器人。1999年日本研制的宠物狗AIBOERS-110具有18个关节，每个关节由伺服电机驱动以保持柔性运动。CWRU的仿生机器人试验室研究了基于蟋蟀运动机能的机器人，其共有六条腿，后两条腿较长，有两个关节，各腿的运动通过压缩空气来驱动，它可以在一定范围内行走和跳跃，能够适应粗糙地带和障碍。国内一些研究院所，如北航、北科大、国防科大、东南大学、沈阳自动化所和哈工大等进行了仿生机器人的研究。哈尔滨工业大学月球车：轮腿式结构
14、是现今最流行的行星探测车结构，虽然与国外的水平还有不小的差距，但国家政府在这方面也加大了投入力量，现在一些高等院校和科研机构相继开展了有关轮腿式机器人方面的研究工作，也取得了一定的成果。 哈尔滨工业大学调动各院系的优势，共同成立了研究“月球车”的课题组，其中包括航天学院、机电学院等，研究的侧重点各有不同。其中，航天学院的研究侧重点是月球车的导航、控制系统；机电学院的研究侧重于车体的研究。研究经费以自筹为主，具体研究情况仍处于保密状态。2003年12月，哈尔滨工业大学展示了近期研制的三款月球车原理样车，分别为“六轮摇臂转向架式”、 “两轮并列式”和“行星轮式”。1.2机器人的主要研究问题1.2.
15、1建模问题 仿生机器人的运动具有高度的灵活性和适应性，其一般都是冗余度或超冗余度机器人，结构复杂。运动学和动力学模型与常规机器人有和大差别，且复杂度更大，为此，演练建模问题，实现机构的可控化是研究仿生机器人的关键问题之一。1.2.2控制优化问题机器人的自由度较多，机构越复杂，必将导致控制系统的复杂化，复杂巨系统的实现不能全靠子系统的堆积。要做到“整体大于组分之和” ，同时要研究高优化的控制算法才能使系统具有实时处理能力。1.2.3信息融合问题 在仿生机器人的设计开发中，为实现对不同物体和未知环境的感知，都装备有一定量的传感器，多传感器的信息融合技术是实现其具有一定智能的关键。信息融合技术把分布
16、在不同位置的多个同类或不同类的传感器所提供的局部环境的不完整的信息加以综合，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性。1.2.4机构设计问题合理的机构设计是仿生机器人实现的基础。生物的形态经过千百万年的变化，其结构特征极具合理性，而要用机械来完全仿制生物体几乎是不可能的，只有在充分研究生物肌体结构和运动特性的基础上提取其精髓进行简化，才能开发全方位关节机构和简单关节组成高灵活性的机器人机构。1.2.5微传感器和微驱动问题卫星仿生机器人有些已不是传统常规机器人的按比例缩小，它的开发涉及到电磁、机械、热、光、化学、生物等学科。对于微型仿生机器人的制造，需要解决一些工程上的问题。如动力源、驱动方式、传感集成控制以及同外界的通讯等，实现微传感和微驱动的一个关键问题是机电光一体结合的微加工技术
