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1、哈尔滨理工大学学士学位论文智能机器狗结构设计摘要对于我们的未来生活，每个人有不同的构想，但大多数人都相信，在将来的社会，机器狗将作为家庭的一员进入我们的生活，与我们每天朝夕相处。可现在普遍存在人们心中的疑问是：将来机器狗将以何种身份进入我们的生活，是玩伴还是佣人，智能机器狗的设计就是为了将来机器狗能进入我们中国人的家庭生活，为我们的家庭生活带来欢乐。本设计采用关节型结构，成功地设计了智能机器狗的本体结构。本机器狗具有前后行、平地侧行等基本行走功能。另外机器狗头部还装有CD摄影机，胸腔内部可装备内置电源和智能设备。本设计参考了狗的结构组成，使得机器狗结构尽量与狗的本体结构相似，尤其在长度配比方面
2、。本设计的结构比较复杂，关节数目众多，为了力求优化设计，设计者兼顾了关键部件的互换性和结构紧凑的原则。所有的关节都用了2036型的直流伺服电机作为驱动源，充分利用伺服电机的特性。伺服电机的驱动都采用了谐波减速器机构，该减速方案减速比大、效率高，是比较理想的减速方案。关键词：智能机器狗； 结构设计； 谐波传动全套CAD图纸，联系695132052Intelligent robot dog frame designAbstractFor our future life, everyone had different ideas, but most people believe that, in f
3、uture society, the robot dog as a family into our lives, and we can now daily overnight with the common peoples hearts Question is: what will be the future status of robot dog into our lives, playmates or servants, the design of intelligent robot dog is to the future robot can enter our Chinese peop
4、les family lives, for our happy family life.The design of a joint structure, the successful design of intelligent robot dog, the body structure. The robot dog has before and after the trip, the ground adjacent to the basic operating functions. Another robot is also equipped with CD camera head, ches
5、t internal equipment can be built-in power supply, and intelligent. The reference design of the structure of the dog, making the structure as the robot dog, the dogs body similar to the structure, particularly in the area ratio of length. The design of the structure is more complicated, the large nu
6、mber of joints, in an effort to optimize the design, designers take into account the interchangeability of key components of the compact structure and principles. All joints are composed of a 2036-type of DC servo motor as a driver and make full use of servo motor characteristics. Servo motor drives
7、 are used harmonic reducer, the slowdown in the programme reduction ratio, high efficiency, The ideal slowdown is a good programme.Keywords intelligent robot dog; structural design; harmonic drive不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- I -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 本课题的来源、研究目的和意义11.2 国内外智能机器人的发展概况31.3 本设计的主要内容5第2章 智能机器狗
8、的设计62.1自由度的分配及结构方案的设计62.1.1自由度的分配62.1.2结构方案的设计62.2关节驱动方案的选择92.3传动方案的选择102.3.1传动方式102.3.2减速器和减速比的选择102.3.3电机与减速器的连接方式132.4结构特点及性能参数142.4.1智能机器狗的结构特点142.4.2智能机器狗的结构性能参数14第3章 部分关节部件设计计算173.1各关节力矩的计算173.1.1膝关节静力矩的计算173.1.2髋关节向前后运动自由度的静力矩的计算173.1.3髋关节左右摆动时静力矩的计算183.1.4颈关节摆动时的静力矩的计算203.2谐波传动组件的选择与计算203.3圆
9、柱齿轮减速器组件选择与计算203.4各关节所需电机的选择与计算21第4章 其它部件的选择23第5章 成本估算和环保分析255.1成本估算255.2环保与经济分析25结论27致谢28参考文献29附录30千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- III -第1章 绪论1.1 本课题的来源、研究目的和意义本课题是机器人宠物项目之一。该项目从表演性和娱乐性方面着手，显示其存在的价值和实力，同时又是从高技术方面展现其当今科技的发展方面和前景。智能机器狗属于机器人的范畴，要谈论机器狗，有必要先了解
10、机器人的概况。自从七十年代工业机器人应用与工业生产以来，机器人对工业生产的发展，劳动生产率、劳动市场、环境工程都产生了深远的影响。几十年来，机器人技术以惊人的速度发展起来。第一代示教机器人已广泛应用于生产；第二代具有感知的机器人的研究已取得了很大的突破；第三代类人智能机器人的研究已成为许多国家的高科技前沿项目之一。在核工业场所，深海石油平台的维护、战场上排雷、弹药运输、火场救火等方面，机器人相对与人类来说都有很大的优越性。机器人在其他工农业领域也正有越来越广泛的应用1。随着社会的发展，社会分工越来越细，尤其在现代化的大生产中，有的人每天就只管拧同一个部位的一个螺母，有的人整天就是接一个线头，就
11、像电影摩登时代中演示的那样，人们感到自己在不断异化，各种职业病开始产生。于是人们强烈希望用某种机器代替自己工作。于是人们研制出了机器人，代替人完成那些枯燥、单调、危险的工作。由于机器人的问世，使一部分工人失去了原来的工作，于是有人对机器人产生了敌意。“机器人上岗，人将下岗。”不仅在我国，即使在一些发达国家如美国，也有人持这种观念。其实这种担心是多余的，任何先进的机器设备，都会提高劳动生产率和产品质量，创造出更多的社会财富，也就必然提供更多的就业机会，这已被人类生产发展史所证明。任何新事物的出现都有利有弊，只不过利大于弊，很快就得到了人们的认可。比如汽车的出现，它不仅夺了一部分人力车夫、挑夫的生
12、意，还常常出车祸，给人类生命财产带来威胁。虽然人们都看到了汽车的这些弊端，但它还是成了人们日常生活中必不可少的交通工具。英国一位著名的政治家针对关于工业机器人的这一问题说过这样一段话：“日本机器人的数量居世界首位，而失业人口最少，英国机器人数量在发达国家中最少，而失业人口居高不下”，这也从另一个侧面说明了机器人是不会抢人饭碗的。 美国是机器人的发源地，机器人的拥有量远远少于日本，其中部分原因就是因为美国有些工人不欢迎机器人，从而抑制了机器人的发展。日本之所以能迅速成为机器人大国，原因是多方面的，但其中很重要的一条就是当时日本劳动力短缺，政府和企业都希望发展机器人，国民也都欢迎使用机器人。由于使
13、用了机器人，日本也尝到了甜头，它的汽车、电子工业迅速崛起，很快占领了世界市场。从现在世界工业发展的潮流看，发展机器人是一条必由之路。没有机器人，人将变为机器；有了机器人，人仍然是主人。此次机器狗的设计可以借鉴以往的步行机器人来设计，尤其是在步态行走中，机器人的步态是在步行过程中，机器人各个关节在时序和空间上的一种协调关系，通常由各关节的运动轨迹来描述。步态规划的目标是产生期望步态，即产生在某个步行周期中能实现某种步态的各关节运动轨迹，这个目标的实现就依赖于有效而可靠的步态规划方法。步态规划是机器人稳定步行的基础，也是双足步行机器人研究中的一个关键技术。要实现和提高机器人的行走性能，必须研究实用
14、而有效的步态规划方法。双足机器人自由度较多，运动链结构复杂，行走时各自由度之间的关系协调比较困难。采用传统的两步规划法，将前向运动与侧向运动分开进行，虽然可以获得稳定步态，但机器人行走动作不流畅。为解决此问题，在根据双足机器人的自身特点进行步态规划时采用三步规划法。三步规划法在两步规划法基础上，通过对关节运动曲线进行修正，获得更加流畅的行走步态。第1步根据双足步行机器人的结构特点，规划机器人行走时的基本姿态及运动轨迹；第2步则根据双足机器人的运动学方程，确定其余各关节的运动；第3步对各关节的运动轨迹进行修正，获得更加流畅的步态灵活多样的运动能力是生物体特有的一种属性，没有这种属性，生物体无法获
15、取食物，无法逃脱危险，无法繁衍生息。双足步行是高级生命的一种运动形式，对这种运动形式的机理研究及其机械再创造是一项极富挑战的课题。双足机器人是双足生物运动形式的机械再创造，与其它移动机器人(轮式、履带式、爬行式等)相比，双足机器人具有高度的适应性与灵活性。双足机器人与地面接触点是离散的，可以选择合适的落脚点来适应崎岖的路面，它既可以在平地行走，也可以在复杂的非结构化环境中行走，如在凹凸不平的地面行走、在狭窄的空间里移动、上下台阶和斜坡、跨越障碍等。然而，现实世界的地面情况是很难事先精确获取的，这就需要双足机器人的支撑踝关节能够柔顺。 本题所研究的机器人并不同于一般的工业机器人。因为它不再固定在
16、一个位置上。这种机器人具有灵活的行走系统，以便随时走道需要的地方，完成人或智能系统预先设置指定的工作。机器人行走系统的灵活性和对地面的适应能力将直接形象机器人的工作范围和工作能力，自然界的事实，仿生学以及力学分析表明，智能机器狗比类人型步行机器人容易实现得多，它主要体现在以下几个方面：1.智能机器狗能适应各种地面和具有较高的逾越障碍的能力，并且能够作各种动作，如坐下、扭动身躯、点头、摆尾巴，而这些动作机器人却不能作到。2.机能机器狗的能耗很小。因为该机器狗可具有独立的能源装置，同时要求随时补给能源，因此在设计时就应充分考虑其能耗问题。3.双足行走是生物界难度最高的步行动作。并且其技术已经相当成熟，而智能机器狗
