截瘫患者下肢仿生外骨骼机器人设计报告
截瘫患者下肢仿生外骨骼机器人滚珠丝杠设计报告书
汽02 程帅2010010753
1.1 滚珠丝杠驱动装置设计
1.1.1 驱动装置结构设计
本设计的驱动机构采用滚珠丝杠机构，可将电机的旋转运动转化为丝杠的直线运动，同时将电机的转矩转化为丝杠方向的力。滚珠丝杠机构包括电动机、外壳、内外螺母、丝杠、齿轮罩、圆柱齿轮及连接螺钉。
图3 滚珠丝杠驱动装置
图4 滚珠丝杠驱动装置装配图
滚珠丝杠机构的螺母设计为外螺母和内螺母两部分，二者之间布置滚珠，使内螺母与外螺母实现轴向定位的同时可相对外螺母旋转。内螺母与丝杠啮合，且在外表面安装齿轮；外螺母通过螺钉与外壳（机架）固定。驱动装置运动时电动机通过一级齿轮传动带动内螺母相对外螺母旋转，内螺母推动丝杠进行直线运动。丝杠一端通过圆柱销与铰链零件连接，外壳尾端通过螺钉与铰链零件连接，整个驱动装置通过上述两端的铰链机构分别与上下肢连接，通过丝杠的伸缩运动驱动关节转动。
由于传动齿轮的转速较高，为了防止高速齿轮对人体产生伤害，故利用非金属齿轮罩将传动齿轮封闭，整套驱动装置只输出丝杠的伸缩运动。
1.1.2 滚珠丝杠驱动装置工作能力分析
滚珠丝杠机构的强度校核包括丝杠的弯曲强度校核、丝杠的屈服强度校核、螺母轴向载荷校核及寿命计算。
根据设计要求，三处驱动装置均选择日本THK 公司MDK1202-3磨制滚珠丝杆（螺母为独立设计）。参数如下：
表 MDK1202-3磨制滚珠丝杠主要参数
依据以上数据进行滚珠丝杠机构的强度校核： 1.1.3 丝杠弯曲强度校核
丝杠的弯曲强度校核公式如下：
24
41212
20.5=
10r EJ
d P L L
ηπη=?
其中：
P 1——最大轴向允许载荷，N ；
E ——杨氏弹性模量（通常状况下取E=2.06×105N/mm 2） L ——丝杠安装间距，mm ；
d r ——丝杠沟槽最小直径，mm ； J ——丝杠断面惯性矩，464
r J d π
=
，mm 4
12、ηη ——与安装方式有关的系数，见表
表 与安装方式有关的系数
、ηη
本方案中丝杠的支撑方式属于固定—支撑，带入数据计算，有：
膝关节屈伸方向：444
42122
51110108704.5290
r d P N L η?=?=?=
髋关节屈伸方向：444
42122
51110104575.3400r d P N L η?=?=?= 髋关节内收外展方向：4444
2122
511101015403.8218
r d P N L η?=?=?= 可以看出驱动装置的丝杠轴轴向最大许用载荷均大于实际载荷，弯曲强度符合要求。 1.1.4 丝杠屈服强度校核
丝杠在不发生屈服的前提下所允许的最大轴向载荷按下式计算：
2221164
r r P d d π
σ
==
其中：P 2——最大轴向允许载荷，N; d r ——丝杠沟槽最小直径，mm ；
σ——丝杠材料的允许拉伸压缩应力（通常情况下σ=147N/mm 2）。 带入数据计算，222211611611140364
r r P d d N π
σ
===?=
可以看出最大轴向许用载荷均大于各处实际载荷，拉伸/屈服强度符合要求。
1.1.5 螺母轴向载荷校核
螺母实际允许的最大轴向载荷为0max a
a s
C F f =
其中， F amax ——滚珠螺母实际允许的最大轴向载荷，N
C 0a ——额定静载荷，N
f s ——静安全系数，根据负载条件确定。本设计属普通机械，无冲击振动，故f s 取1.3
根据MDK1202-3的额定静载荷数据，计算如下：
0max 9000
6923.11.3a a s C F N f ===
可以看出螺母所允许的最大轴向载荷均大于各处实际最大载荷，强度符合要
求。
1.1.6 滚珠丝杠机构寿命校核
滚珠丝杠的疲劳寿命可以分别由总转速、实际运行时间表示，计算公式如下：
36()10a r w a
C
L f F =?
361
()106060r a h w a L C L N f F N
=
=?? 其中，L r ——由总转数表示的额定疲劳寿命，r ；
L h ——由运行时间表示的疲劳寿命，h ；
Fa ——轴向载荷，N ； N ——螺母转速，r/min ;
f w ——负荷系数，与运动速度及振动冲击情况有关。本设计中丝杠最高
直线运动速度为0.2m/s ，，冲击为微小，故f w 取1.0。
根据各处螺母转速的不同，分别计算三个驱动机构滚珠丝杠的寿命如下： 膝关节：
36360190001()10()10988.77606011600603000r a h w a L C L h
N f F N ==??=??=??髋关节屈伸： 36360190001()10()102025606011000606000r a h w a L C L h
N f F N ==??=??=??髋关节内收外展： 36360190001()10()106085.6606011100601500r a h w a L C L h
N f F N ==??=??=??
由于膝关节的轴向载荷仅在起立时的一瞬间出现，故行走时的滚珠丝杠寿命按髋关节屈伸方向的滚珠丝杠寿命计算。如果按每天利用外骨骼装置作行走训练3小时，滚珠丝杠运动时间占步态周期的1/3，则整套驱动装置的寿命约为2025天，即5年半，符合设计要求。
1.2 关节连接机构设计
外骨骼机械腿的关节应事先低阻力相对转动，同时希望上、下肢中心轴线共棉以防止出现大、小腿错位情况。为此做出如下设计：
图1- 机械腿关节机构
为了降低转动阻力，在关节机构中加入深沟球轴承一对。轴承内圈与关节轴配合，外圈与关节压板配合，两块关节压板与上肢通过螺栓连接，
关节轴通过键、
弹性挡圈与下肢的轴孔配合，轴承外侧通过端盖定位。整套机构可实现上下肢的低阻力转动。
图1-关节机构装配图
1.3 滚珠丝杠——外骨骼铰链连接强度校核
滚珠丝杠机构驱动外骨骼运动时，两者之间存在相对转动，故在连接处设置铰链机构。铰链机构的强度校核包括销轴孔的拉伸/挤压强度校核及销轴的剪切强度校核。
图1 铰链连接机构
1.3.1 销轴孔挤压/拉伸强度校核
根据铰链机构尺寸设计，拉伸工作面最小面积：21min （25-16）5=45mm S =?，挤压工作面最小工作面面积：22min 165=80mm S =?
三个驱动装置轴向载荷最大值为F=1600N （膝关节处）。依据以上数据计算拉伸应力及挤压应力如下：
最大拉伸应力：11min
35.56F
MPa S σ=
=， 最大挤压应力：22min
20.00F MPa S σ=
=
铰链材料为低碳钢，挤压强度150[]p MPa σ=，拉伸强度10[]0MPa σ=，可以看出，拉伸强度及挤压强度均符合要求。
1.3.2 圆柱销剪切强度校核
丝杠固定端铰链处圆柱销主要受切应力，易发生剪切失效，故应校核剪切强度。
圆柱销直径8mm ，工作面m=2,剪切应力2
04
F m
d τπ
=
三处驱动装置最大拉/压力F max =1600N ，带入上式计算：
2
1600
15.9284
MPa τπ==??
圆柱销材料选用低碳钢，许用应力[]120MPa p ττ=> ， 故剪切强度满足要求。
1.4 丝杠——铰链连接强度校核
由于丝杠与铰链机构无法一体加工成型，因此丝杠与铰链机构间需要利用圆
柱销实现轴向定位。此销轴连接的强度校核同样包括销轴孔的拉伸/挤压强度校核及销轴的剪切强度校核。
图 丝杠——铰链连接方式
1.4.1 销轴孔挤压/拉伸强度校核
根据尺寸设计，拉伸工作面最小面积：21min （12-5）12=84mm S =?（丝杠处），
挤压工作面最小工作面面积：22min (1812)4=24mm S =-?
三个驱动装置轴向载荷最大值为F=1600N （膝关节处）。依据以上数据计算拉伸应力及挤压应力如下：
最大拉伸应力：11min
19.05F
MPa S σ=
=， 最大挤压应力：22min
66,67F MPa S σ=
=
铰链材料为低碳钢，挤压强度150[]p MPa σ=；丝杠的许用拉伸强度为
14[]7MPa σ=，可以看出，拉伸强度及挤压强度均符合要求。 1.4.2 圆柱销剪切强度校核
圆柱销主要受切应力，易发生剪切失效，故应校核剪切强度。 圆柱销直径4mm ，工作面m=2,剪切应力2
04
F m
d τπ
=
三处驱动装置最大拉/压力F max =1600N ，带入上式计算：
2
1600
63.6244
MPa τπ==??
圆柱销材料选用低碳钢，许用应力[]120MPa p ττ=> ， 故剪切强度满足要求。
1.5 踝关节圆柱销强度校核
踝关节内收外展自由度通过圆柱销连接实现脚部零件与小腿的连接。铰链连接主要承受压应力，在单腿支撑时达到最大工作载荷（按人体重量60kg+外骨骼机构40kg 计算）。
图1- 踝关节圆柱销连接
1.5.1 圆柱销剪切强度校核
圆柱销直径d=16mm ，工作面m=2。工作时主要受切应力，应校核剪切强度。 最大工作载荷(6040)9.8980F N =+?=
最大切应力 2
980
2.442164
MPa τπ=
=?? 圆柱销材料选用低碳钢，许用应力[]120MPa p ττ=> ， 故剪切强度满足要求。
1.5.2 销轴孔挤压强度校核
此处销轴连接主要受挤压应力，应校核挤压强度。 由设计尺寸，工作面最小面积21min 1016=160mm S =?。
最大挤压应力：1min
6.125F
MPa S σ=
= 铰链材料为低碳钢，挤压强度150[]p MPa σ=；丝杠的许用拉伸强度为
14[]7MPa σ=，可以看出，挤压强度均符合要求。
1.6 方头平键设计
根据设计需求，三个关节驱动装置的内螺母外径为24mm ，通过方头平键与齿轮实现周向定位。驱动装置运动时，齿轮通过方头平键驱动内螺母旋转，内螺母推动滚珠丝杠作伸缩运动。
根据内螺母齿轮安装处外径及齿轮轮毂宽度及普通平键的长度系列，确定三
处平键参数如下：
根据方头平键强度计算公式：
2p T
dlk
σ=
其中，k 为平键工作高度，对于平键0.5k h ≈ ；l 为平键的工作长度，对方
头平键l L ≈ 。
根据平键工作条件，确定许用挤压应力[]100p MPa σ= 。按照上式计算结果如下：
可以看出三处方头平键的强度均符合要求。
1.7 关键部位螺栓连接强度校核
在滚珠丝杠驱动装置中以及驱动装置——机械腿连接零件中，一些螺栓/螺钉工作载荷较大，需要进行强度校核。 1.7.1 驱动装置外壳螺钉连接件强度校核
滚珠丝杠驱动装置的外壳（机架）由三部分装配组成，如图1- 两个外壳零件由6个十字槽盘头螺钉连接（规格：M2.5×12）；如图1- 外壳零件与尾部铰链零件通过3个开槽沉头螺钉连接（规格：M3×8）。
图1- 外壳零件连接方式 图1- 外壳零件与铰链零件连接方式
三套驱动装置中，膝关节处外壳承受的轴向载荷最大，max =1600F N ,依据此
数据进行校核。
对于两外壳连接，工作螺钉数6m = ，1 2.01d mm = 。
根据螺栓所受拉伸应力公式计算如下：
22
11600
84.046 2.0144
F Mpa m d σππ===??
螺钉性能等级5.8。按照使用条件以及螺钉材料，确定许用拉伸应力为[]100MPa p σ= ，[]p σσ< ，螺钉抗拉强度满足设计要求。 对于外壳——铰接零件连接处螺钉，工作螺钉数3m =，1 2.5d mm =。
计算所受最大拉伸应力如下：
2
2
11600108.653 2.544
F Mpa m
d σπ
π
=
=
=?
?
螺钉性能等级6.8。按照使用条件以及螺钉材料，确定许用拉伸应力为[]160MPa p σ= ，[]p σσ< ，螺钉抗拉强度满足设计要求。
滚珠丝杠外螺母——外壳连接螺钉的规格与数目与外壳——外壳连接处一
致，故不再进行校核。
1.7.2 驱动装置摆臂——机械腿螺栓连接螺栓强度校核
髋关节动力装置的摆臂通过一组按如下排列的四组螺栓（规格：M10×55）与机械腿实现连接。
图1- 摆臂——机械腿螺栓连接
力的作用点距四组螺栓组中心距离l=113mm ，F 0=1000N 。当丝杠与摆臂垂直时螺栓组受力最大。按图1- 中模型计算。
图1- 螺栓组强度计算模型
螺栓中心距a=15mm ，由F 0产生的力矩10000.113113T Fl Nm ==?=。 由F 及T 产生的分力F 1、F 2分别如下：
122504
1331F F N
T F N
====
F 1、F 2夹角45°。根据三角形余弦定理，工作载荷
F =
由此计算所需预紧力如下：
1.11518.85568.90.31n p C K F F N m μ?===?
由此计算螺栓收到的最大拉应力如下： 2211.3 1.35568.9127.588.544
F MPa d σππ?===?
螺栓性能等级6.8。按照使用条件以及螺栓材料，确定许用拉伸应力为[]160MPa p σ= ，[]p σσ< ，螺钉抗拉强度满足设计要求。 1.7.3 关节部件螺栓连接强度校核
关节部件采用3个并排螺栓组实现与下肢的连接。螺栓组主要承受人体的重量，在单腿支撑时达到最大。按照人体体重60kg+外骨骼机器人重量40kg 进行设计。
图1- 关节部件螺栓布置
最大载荷0(6040)9.8980N F =+?=，每个螺栓所需的最大工作载荷为
326.673
F F N =
=。
所需预紧力为 1.1326.67
598.90.32
n p C K F F N m μ?=
==?。 M8螺栓小径d 1=6.647mm 。由此计算螺栓收到的最大拉应力如下： 2211.3 1.3598.922.446.64744
F MPa d σππ?===?
螺栓性能等级4.8。按照使用条件以及螺栓材料，确定许用拉伸应力为[]41.3MPa p σ= ，[]p σσ< ，螺钉抗拉强度满足设计要求。
1.8 齿轮传动设计
由于电动机输出转速与螺母所需转速并不相等，因此在二者之间需要增加一级齿轮传动实现变速。
电机输入轴的齿轮轴向通过套筒与轴端挡板s 实现定位，周向通过键连接定位（由于髋关节内收外展方向电机输出轴过膝，因此采用过盈连接）；输出端齿轮与内螺母间通过台肩与锁紧挡圈实现轴向定位，周向定位则通过键连接实现。
根据电动机输出转速与螺母所需转速的关系，确定三组齿轮传动的传动比如下：
表1- 三组齿轮传动传动比
下面借助机械设计辅助软件进行圆柱齿轮的设计。
1.8.1 髋关节屈伸齿轮传动设计
髋关节齿轮传动的名义传动比为0.557，传递极限功率为250W，根据外壳设计尺寸确定的输入、输出轴轴距为58.5mm。借助机械设计辅助软件进行设计，得到的符合要求的齿轮组如下：
可以看出齿轮传动的强度符合要求，且传动比在允许误差范围内。
1.8.2 髋关节内收外展齿轮传动设计
髋关节齿轮传动的名义传动比为5.4，传递极限功率为60W，根据外壳设计尺寸确定的输入、输出轴轴距为43.6mm。借助机械设计辅助软件进行设计，得
可以看出齿轮传动的强度符合要求，且传动比在允许误差范围内，设计符合要求。
1.8.3 膝关节屈伸齿轮传动设计
髋关节齿轮传动的名义传动比为1.89，传递极限功率为200W，根据外壳设计尺寸确定的输入、输出轴轴距为53mm。借助机械设计辅助软件进行设计，得到的符合要求的齿轮组如下：
可以看出齿轮传动的强度符合要求，且传动比在允许误差范围内，设计符合要求。
1.9 踝关节设计
踝关节通过低阻力关节部件和铰链连接实现两个自由度，但两个自由度上均未配置驱动装置，因此设计一个弹性机构，实现足部姿态的自动回正。
行走时为了保证脚底时刻与地面完全接触，在屈伸方向安放一对螺旋弹簧。同时弹簧的中心轴线与小腿的中心线有一定偏移，使得在内收外展方向弹簧也可以提供一定的弹性力，使得内收外展方向也有回正弹性力存在。
图1- 踝关节设计
1.9.1 螺旋弹簧设计
螺旋弹簧中心线距小腿中心线距离为12cm ，螺旋弹簧的刚度应保证能够克服人体重心偏离身体中心线时产生的偏转力矩。查找资料得知，人体重心高度约为身高的55%，以身高170cm 计算，重心高度093.5h cm = 。
偏转力矩0sin T mg h θ=? ，其中θ 为身体竖直轴线偏离铅垂线角度。
图1- 弹簧刚度计算模型
由身体轴线偏转引起的弹簧长度变化量0sin l l θ?= 故00sin 2sin T mgh Fl θθ== ，其中F 为弹簧最大载荷。 带入数值计算，有：
00sin 609.893.52290.75/2sin 212mgh F N m l θθ??===??
按踝关节转动极限为30?± 设计，则弹簧最大变形量为7.5cm 。
按照以上参数，利用机械设计辅助设计软件进行设计，得到弹簧参数如下： 有效圈数n : 12.5 自由高度H/mm : 150 弹簧刚度F'/(N/mm) : 6.6222 弹簧丝直径d/mm
: 5
弹簧中径D /mm : 42
弹簧丝材料: 碳素弹簧钢丝SL型载荷类型: 静载荷
端部结构: 两端圈并紧磨平
仿生六足机器人中期报告
编号: 哈尔滨工业大学 大一年度项目中期检查报告 项目名称：仿生六足机器人 项目负责人：学号 联系电话：电子邮箱： 院系及专业：机电工程学院 指导教师：职称： 联系电话：电子邮箱： 院系及专业：机电工程学院 哈尔滨工业大学基础学部制表 填表日期：2014 年 6 月28 日
一、项目团队成员（包括项目负责人、按顺序） 二、指导教师意见 三、项目专家组意见
四、研究背景 1.研究现状 4.1国内研究现状 随着电子技术发展，计算机性能的提高，使多足步行机器人技术进入了基于计算机控制的发展阶段。其中有代表性的研究为1993年,美国卡内基-梅隆大学开发出有缆的八足步行机器人DANTE，图1所示,用于对南极的埃里伯斯火山进行了考察，其结构由2个独立的框架构成。这一阶段研究的重点在于机器人的运动机构的设计、机器人的步态生成与规划及传统的控制方法在机器人行走运动控制过程的应用。Boston Dynamics公司的Big Dog四足机器人用于为军队运输装备，其高3英尺，重165磅，可以以3.3英里的速度行进，其采用汽油动力。 图1 Adaptive Suspension Vehicle 图2 Odex1步行机器人 图3 MIT腿部实验室的四足和双足机器人图4 DANTE步行机器人 由于新的材料的发现、智能控制技术的发展、对步行机器人运动学、动力学高效建模方法的提出以及生物学知识的增长促使了步行机器人向模仿生物的方向发展。 4.2国外研究现状 我国步行机器人的研究开始较晚，真正开始是在上世纪80年代初。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
仿生机器人课程报告
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 仿生感知与先进机器人技术 课程报告(1) 报告题目：仿生机械的发展 院系：机电学院 班级： 姓名： 学号： 哈尔滨工业大学机电工程学院
仿生学及仿生机械学的由来 仿生学（Bionics）是模仿生物的特殊本领的一门科学。仿生学籍了解生物的结构和功能原理，来研制新的机械和新技术，或解决机械技术的难题。1960年由美国的J.E.Steele 首先提出。 仿生学这个名词来源于希腊文“Bio”，意思是“生命”，字尾“nic”有“具有……的技术中利用这些原理，提供新的设计思想、工作原理和系统架构的技术科学。 仿生机械学是上世纪60年代初期出现的一门综合性的新兴边缘学科，它是生命科学与工程技术科学相互渗透、相互结合而形成的。包含着对生物现象进行力学研究，对生物的运动、动作进行工程分析，并把这些成果根据社会的要求付之实用化。 仿生学的研究方向 （1）生物材料力学和机械力学，是以骨或软组织（肌肉、皮肤等）作为对象，通过模型实验方法，测定其应力、变形特性，求出力的分布规律。还可根据骨骼、肌肉系统力学的研究，对骨和肌肉的相互作用等进行分析。另外，生物的形态研究也是一大热门。因为生物的形态经过亿万年的变化，往往已形成最佳结构，如人体骨骼系统具有最少材料、最大强度的构造形态，可以通过最优论的观点来学习模拟建造工程结构系统。 （2）生物流体力学，主要涉及生物的循环系统，关于血液动力学等的研究已有很长的历史，但仍有许许多多的问题尚未解决，特别是因为它的研究与心血管疾病关系十分密切，已成为一门倍受关注的学科。 （3）生物运动学，生物的运动十分复杂，因为它与骨骼和肌肉的力学现象、感觉反馈及中枢控制牵连在一起。虽然各种生物的运动或人体各种器官的运动测定与分析都是重要的基础研究，但在仿生机械学中，目前特别重视人体上肢运动及步行姿态的测定与分析，因为人体上肢运动机能非常复杂，而下肢运动分析对动力学研究十分典型。这对康复工程的研究也有很大的帮助。 （4）生物运动能量学，生物的形态是最优的，同样，节约能量消耗量也是生物的基本原理。从运动能量消耗最优性的特点对生物体的运动形态、结构和功能等进行分析、研究，特别是对有关能量的传递与变换的研究，是很有意义的。
六足机器人设计参考解析
摘要 六足机器人有强大的运动能力，采用类似生物的爬行机构进行运动，自动化程度高，可以提供给运动学、仿生学原理研究提供有力的工具。本设计中六足机器人系统基于仿生学原理，采用六足昆虫的机械结构，通过控制18个舵机，采用三角步态和定点转弯等步态，实现六足机器人的姿态控制。系统使用 RF24L01射频模块进行遥控。为提高响应速度和动作连贯性，六足机器人的驱动芯片采用ARM Cortex M4芯片，基于μC/OS-II操作系统，遥控器部分采用ARM9处理器S3C2440，基于Linux系统。通过建立六足机器人的运动模型，运用正运动学和逆运动学对机器人进行分析，验证机器人步态的可靠性。 关键字：六足机器人，Linux，ARM，NRF24L01，运动学 Abstract Bionic hexapod walking robot has a strong ability of movement, the use of similar creatures crawling mechanism movement, high degree of automation, can be provided to the kinematics, the principle of bionics research provides powerful tool. Six feet in the design of this robot system based on bionics principle, the mechanical structure of the six-legged insect, through 18 steering gear control, use the gait, such as triangle gait and turning point to control the position of six-legged robot. Remote control system use RF24L01 rf modules. In order to improve the response speed and motion consistency, six-legged robot driver chip USES the ARM architecture (M4 chip, based on mu C/OS - II operation system, remote control part adopts ARM9 processor S3C2440, based on Linux system. By establishing a six-legged robot motion model, using forward kinematics and inverse kinematics analysis of robot, verify the reliability of the robot gait. KEYWORD:Bionic hexapod walking robot;Linux,ARM,NRF24L01;Kinematics
六足仿生机器人实验室开放项目结项报告
淮北师范大学实验室开放项目
总结报告
基于 STC12C5A60S2 单片机的六足机器人
学
院： 物理与电子信息学院 韩润 陆家双
负 责 人：
小组成员： 史浩东 史良东 张莹莹 指导老师： 方 振 康强强 国
一 、项目重述
1.1 项目名称：智能六足机器人 1.2 项目背景及意义：
背景：在社会迅速发展的今天,单片机的的运用已经渗透到我们生活的每个 角落,也似乎很难找到哪个领域没有单片机的足迹。智能仪表、医疗器械,导弹的 导航装置, 智能监控、通讯与数据传输 ,工业自动化过程的实时控制和数据处理 , 广泛使用的各种智能 IC 卡, 汽车的安全保障系统, 动控制领域的机器人 , 数码像 机、电视机、全自动洗衣机的控制,电话机以及程控玩具、电子宠物等等,这些都 离不开单片机。 意义:单片机的学习、开发与应用将对于现代社会的发展,经济的繁荣,和提高 满足人类日益增长的物质文化需求有着至关重要的作用。 也成就了一批又一智能 化控制的工程师和科学家。科技越发达,智能化的东西就越多。学习单片机是社 会发展的必然需求,也是我们现代高级技工所必须要掌握的技能。
1.3 项目内容：
以 51 单片机为控制器的核心， 利用单片机内部中断产生 PWM 波控制舵机。 利用开环函数组成的动作组使六足做仿生动作，制作出了动作灵活、价格低廉以 及模块化结构的六足机器人。该机器人能够严格按三角步态进行行走,实现诸如 直线、转弯、躲避障碍物和追踪物体等行走功能。
二、方案简介
本项目可细分为控制部分、机械部分、恒流源部分、超声波检测部分。 控制部分采用 STC12C5A60S2 单片机为核心处理器。通过 PWM 波使舵机 转动，机械部分采取合理的机械构造，实现机器人在行走的情况下的平稳。恒流 源部分采取 LM7805 稳压芯片为单片机和舵机供电， 由于舵机在运转的过程中会 有较大的电流波动。 因此采用恒流电路进行恒流。超声波壁障采用超声波遇故障 反射的原理。实现对物体识别和规避。
外骨骼机器人设计、控制机理研究
第二十一届“冯如杯”学生课外学术科技作品竞赛项目论文 外骨骼机器人设计、控制机理研究 院（系）名称自动化科学与电气工程学院 专业名称自动化 学生姓名刘旭郑博文徐健伟 学号刘旭38030410 郑博文38030423 徐健伟38030518 指导教师刘正华副教授 2011年4月1日
摘要 外骨骼，类似某些动物的外壳，是一种能穿在人身上,提供额外的动力的机械装备，能够实现行动障碍人士的康复训练以及负重行走等功能。它主要分为三个部分：机械部分，软件部分，电气部分。其中机械部分的主要作用是承担负重，保证系统能实现运动的功能；软件部分主要用于整个系统的数据采集、控制信号的发出；电气部分主要用于给系统供电、完成信号采集、发送和运动的功能。我们设计制作了一种外骨骼机器人。本文针对此项作品主要介绍了当前外骨骼机器人的研究现状和本作品的制作背景，阐述了一种负重型外骨骼机器人的设计过程及相关结构。本文是对“外骨骼机器人设计、控制机理研究”作品的比较全面的介绍。 关键词外骨骼，机器人，PID控制，电机控制，虚拟样机 Abstract Exoskeletons, like the shells of some sorts of animals, are a kind of mechanical equipment that can help the disabled to learn to move normally and provide the users with extra strength to bear more than he can actually do walking or running. In general, it can be divided into three parts, mechanical part, software part and electrical t part. Among these, the mechanical part is used to bear the weight, the software part is to get state data and send out control signal and the electrical part is to power the system, pick signal and move. We have already made a sort of this, and with regard to it, this article is mainly about the previous studying condition and the background of this work. In addition, the procedure of our designing and working with the kind of exoskeletons is specifically described. This article is a comprehensive introduction to our work …The design of a sort of exoskeletons and study of how to control it?. Abstract Exoskeletons, Robort , PID Control, Motor control, Virtual prototype
仿生鱼机器人设计说明书
仿生鱼机器人设计说明书
目录 第一章绪论 (3) 1.1目的及意义 (4) 1.2研究现状 (4) 1.3本文的主要工作 (4) 第二章概述 (5) 2.1 整体构思 (5) 2.2 仿生依据 (5) 第三章机械结构设计 (7) 3.1机械设计思路及建模 (7) 3.2创新点 (8) 3.3 零件明细 (9) 第四章仿真分析 (10) 第五章电路设计 (12) 第六章控制系统 (13) 第七章总结 (17) 7.1优势及创新点 (17) 7.2主要关键技术 (17) 7.3 应用前景与趋势 (18) 7.4 不足与改进 (18)
仿生鱼机器人设计说明书 第一章绪论 1.1目的及意义 21世纪是海洋的世纪，占全球71%面积的海洋将是下一个世纪，也是未来人类赖以生存的资源海洋，对于人类的发展和社会的进步将起到至关重要的作用。在民用上，海洋蕴藏着丰富的矿物资源、海洋生物资源和能源，是人类社会可持续发展的重要财富。因此，对于海洋的开发和争夺成了很多发达国家的战略重点，而且愈演愈烈。在各种海洋技术中，作为用在一般潜水技术不可能到达的深度或区域进行综合考察和研究并能完成多种作业使命的水下机器人使海洋开发进入了新时代。随之“蓝色经济”越来越成为各沿海地区经济发展的“正能量”，大规模的开发探测和利于海洋资源，已经成为我们21 世纪要面对和必须解决的现实问题。另外，军事方面对其需求也日益增加，为了适应这种需求，研究和开发潜水器和水下机器人成为了极佳的选择。鱼类经过长期的自然选择，具备非凡的游动能力，近年来随着仿生技术的进步，人类纷纷模仿自然界中鱼类的运动方式和运动器官，即各种各样的水下机器人。世界上第一台水下机器人“Poodle”诞生于1953 年。近20 年来，水下机器人有了很大的发展，它们既可军用又可民用。到目前为止，全世界大约共建造了6000 多台各种各样的水下机器。水下机器人有广泛的应用空间，民用和军用均可，不仅可以代替潜水员在深水长时间工作，降低工作风险，提高工作效率，而且还可以检测水污染状况，监测鱼类生长状况，探测海底火山活动状况;在军事方面，可以用于跟踪敌人的船舰和潜艇，捕获地方军事信息，也可以降低敌人对我军的探测几率，甚至可以携带炸药至敌人军舰处，炸毁敌方舰艇的动力系统，摧毁敌方舰队。此外，仿鱼形水下机器人还可以应用于海洋动物园。仿鱼形水下机器人是一种集机械、智能控制与一体的高科技设备，在民用、军事、科学研究等领域体现出了广阔的应用前景和巨大的潜在价值。
仿生机械蜘蛛设计与仿真
vvv学院毕业论文（设计）任务书 毕业论文（设计）题目 仿生机械蜘蛛设计与仿真 学生姓名 vvv 专业 机制 班级 0912 指导教师 vvv 一、毕业论文（设计）的主要内容及要求 设计一种步行仿生机械蜘蛛，要求： 1、绘制仿生机械蜘蛛零部件三维图型和装配图； 2、绘制仿生机械蜘蛛零部件工程图； 3、对仿生机械蜘蛛进行运动仿真； 4、设计仿生机械蜘蛛运动控制方案。 二、毕业论文（设计）应收集的资料及主要参考文献 [1]孙立宁,王鹏飞,黄博. 四足仿生机器人嵌入式多关节伺服控制器的研究[J]. 机 器人,2005,06:517-520. [2] 许宏岩 , 付宜利 , 王树国 , 刘建国 . 仿生机器人的研究 [J]. 机器 人,2004,03:283-288. [3]徐小云,颜国正,丁国清. 微型六足仿生机器人及其三角步态的研究[J]. 光学精 密工程,2002,04:392-396. [4]马光. 仿生机器人的研究进展[J]. 机器人,2001,05:463-466. [5]迟冬祥,颜国正. 仿生机器人的研究状况及其未来发展[J]. 机器 人,2001,05:476-480. [6]徐小云,颜国正,丁国清,刘华,付轩,吴岩. 六足移动式微型仿生机器人的研究[J]. 机器人,2002,05:427-431. [7]刘鹏,郑浩峻,关旭. 基于并联腿机构的四足仿生机器人开发[J]. 微计算机信 息,2007,No.19205:226-227+264. [8]漆向军,陈霖,刘明丹. 控制六足仿生机器人三角步态的研究[J]. 计算机仿
真,2007,04:158-161. [9]张争艳,刘彦飞,冯敏,杨艳芳. 基于虚拟样机技术的六足仿生机器人设计与仿 真[J]. 装备制造技术,2007,No.15410:35+43. [10]王丽慧,周华. 仿生机器人的研究现状及其发展方向[J]. 上海师范大学学报 (自然科学版),2007,06:58-62. [11]赵涓涓,李强,任美荣,郭晓东,李晓飞. 六足仿生机器人运动控制系统的设计[J]. 机电工程技术,2008,v.37?No.20112:44-45+76+106. [12]王鹏飞,黄博,孙立宁. 四足仿生机器人稳定性判定方法[J]. 哈尔滨工业大学 学报,2008,07:1063-1066. [13] 孙立宁 , 胡海燕 , 李满天 . 连续型机器人研究综述 [J]. 机器 人,2010,v.3205:688-694. [14]谭云福,党培. 一种四足仿生机器人步态协调控制的策略[J]. 微计算机信 息,2010,v.26?No.34132:152-154. [15]姜铭,李鹭扬. 混联仿生机器狗构型研究[J]. 机械工程学报,2012,v.4801:19-24. 三、毕业论文（设计）进度及要求 1、1~3周阅读资料、撰写开题报告； 2、4~10周完成毕业设计任务指定工作； 3、11~13周撰写毕业论文； 4、14周毕业答辩 5、要求每周至少向指导教师汇报一次工作进度。
能力风暴机器人结题报告
编号：201301143 哈尔滨工业大学 大一年度项目结题报告 越野避障机器人的研究项目名称： 项目负责人：学号： 联系电话：电子邮箱： 院系及专业： 指导教师：职称：
联系电话：电子邮箱： 院系及专业： 哈尔滨工业大学基础学部制表 填表日期：2014年7 月9日1 一、项目团队成员（包括项目负责人、按顺序） 二、指导教师意见
三、项目专家组意见 四、项目成果 1
摘要 自从我们小组确定了《越野避障机器人的研究》这一科创项目后，以小组合作的形式进行了为期一学期的学习，主要针对其中的控制系统进行测试与运行。我们学习了传感器的使用以及相关运动指令的编程，并达到了预期效果。目前，我们能初步的控制机器人使之按照预定程序有效避障，课题目标基本达成，并采用实例展示。 有效避障运动编程关键词：避障机器人 （一）课题背景 1.项目意义 自从1959年世界上诞生了第一台机器人以来，机器人技术取得了长足的进步和发展至今已发展成为一门综合性尖端科学。机器人技术的发展集成了多学科的发展成果，代表高技术的发展前沿，是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要标志和体现。 随着计算机技术和遥控技术的迅猛发展，机器人正向多功能、多领域、智能化方向发展，各种用途的机器人如仿生机器人，灭火机器人，越野机器人等已开始研发、生产、应用并取得了不错的效果。而在近期发生的一系列自然灾害中避障探路机器人更是发挥了重要的作用。作为越野机器人的一个重要分支，它是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统，能够在大范围运动，广泛的为人类承担各种任务，不只是搜救，更能完成深海地貌分析等多种任务。因此对越野机器人的避障技术研究无疑具有现实意义。 2.研究现状 随着计算机技术、传感器技术的发展和进步，避障探路机器人向实用化、智能化、系列化进军，日本、德国、美国都取得了各方面的先进研究成果。我国的研究从八五期间开始，至今在清华大学，哈尔滨工业大学，中科院自动化所，浙江大学等都取得了可喜的研究成果。目前，我国避障探路机器人的研究发展水平还和发达国家有一定的差距。 避障探路机器人的研究一直是一个重大的主题，它要求机器人必须能在具有障碍物的复杂环境中完成局部在线避障，需要解决三个重要问题：障碍物在空间的位置方向的精确检测；所获信息的分析和环境模型的建立；使机器人安全避障的策略。目前机器人的环境建模方法有以下几种： 可视图法(VGraph)：由Nilsson在1968年提出的，其算法简单且能找到最短路径，但是由于其缺乏灵活性，在障碍物较多时，搜索时问将会很长并且要求障碍物的形状不能接近圆形，因此现在限制了其实际的应用。进而现在通常采用基于切线图法(Tangent Graph)和Voronoi法的改进可视图法。 栅格法(Grid)：由W．E．Howden在1968年提出的，是目前研究较广泛的路径规划方法。其中栅格的大小影响着环境信息存储量的大小和时间的长短。栅格划
仿生蜘蛛机器人的设计与研究
毕业设计（论文）仿生蜘蛛机器人的设计与研究 姓名：寇艳虎 学号： 专业：机械工程与自动化 系别：机械与电气工程系 指导教师：孔繁征 2021年4月
摘要 本文总结了背景和目标,仿生蜘蛛机器人的简单介绍。通过研究机器人的六足仿生的运动,这种设计已确定脚结构,使用3自由度的分析实现向前运动,把运动的机器人。想象的组件和装配映射仿生蜘蛛机器人以与相关部件的检查,确保机械设计的可行性都包含在总设计。 关键词：仿生；机器人；机构
ABSTRACT The paper has summarized the background and the goal of its topic and has made the simple introduction of the bionic hexapod robot. Through the research of the motion of the six feet of the robot, This design has determined the foot structure，using the analysis of 3 degrees of freedom realizes the forward motion and turning motion of the robot . Picturing of the component and assembly mapping of the bionic hexapod robot as well as the inspection of related parts which ensures the feasibility of the machinery design are both included in the total design. KEYWORDS：bionics ；hexapod robot ；machinery
仿生机器人报告-仿生扑翼UUV
仿生扑翼UUV研究现状分析 摘要 本文对一种新型扑翼UUV的研究现状做了分析。首先简要介绍扑翼UUV的产生背景和应用前景，然后对扑翼UUV进行了流体动力学分析、推进性能分析并对基于CPG的扑翼UUV运动控制方法进行了分析。通过流体动力学分析得到了关于扑翼UUV攻角和翼型对推进性能的影响，推进性能分析则得到了扑动频率、拍动幅度和翻转幅度对推进性能的影响。基于CPG的运动控制方法将CPG引入到UUV 的控制中，简化了控制参数，可实现扑翼UUV的节律运动和转弯运动。 关键词：仿生扑翼UUV 流体动力学推进性能 CPG
1绪论 1.1仿生扑翼UUV产生背景 无人水下航行器(Unmanned Undersea Vehicle)的研究工作开始于20世纪中期，进入21世纪以来，由于人类对海洋资源开发、海洋环境研究的重视以及海洋在军事领域的重要作用，水下探测器的研究越来越受到重视。在过去的十年中，全世界大约有60个UUV研制计划，并建造了大约200个UUV(大部分为实验用)，但是随着技术的成熟和近海工业发展的需要，商业用途的UUV也开始出现，并且在不断地发展和壮大。 然而，以往的UUV均是以传统的螺旋桨做为推进动力。在自然界中，有一类依靠扑翼游动的生物如海龟、企鹅等，他们的运动方式效率较高，而且机动灵活。仿生扑翼UUV是近几年提出的一种利用仿生扑翼作为推动力的新型UUV，正是以海龟等扑翼游动生物为仿生对象，依靠扑翼推进结构为其提供动力实现整个UUV 在水下的各种运动，包括上浮、下潜、转弯等，具有推进效率高、稳定性强、机动性及操纵性好等优点。 1.2仿生扑翼UUV的特点 仿生扑翼UUV的仿生对象是依靠扑翼进行运动的动物，他们具有爆发力强、机动性高、稳定性好等特点，对于游动和姿态的控制能力是目前任何水下设备无法模拟的。与传统的螺旋桨推进方式相比，水下扑翼UUV具有以下特点： ●良好的运动性能：仿生扑翼推进器可提高水下航行器的起动、加速和转向性 能，在低速条件下保持高机动性和稳定性。 ●流体性能更完善：海洋生物通过扑翼的划动产生推进力，具有更理想的流体 力学性能。 ●能源利用率高：仿生扑翼推进器可以大大节省能量，提高能源利用率，延长 航行器的水下作业时间。 ●噪声小：仿生扑翼推进器运行期间的噪音比螺旋桨运行期间的噪音要低得 多，不易被对方声纳发现或识别，有利于突防，具有重要的军事价值。 ●推进器和舵的统一：仿生扑翼推进器的应用将改变目前螺旋桨和舵机系统分 开，功能单一，结构庞大，机构复杂的情况，实现桨一舵功能的合二为一。 ●可采用多种驱动方式：仿生扑翼推进器可采用机械驱动，也可以采用液压驱 动和气压驱动，以及混合驱动方式；对于微小型水下运动装置，可采用形状记忆合金、人造合成肌肉以及压电陶瓷等多种驱动元件。 1.3仿生扑翼UUV的用途 由于仿生扑翼UUV较传统UUV的优势，其用途更加广泛。
最新六足爬虫机器人
本文的设计为六足爬虫机器人，机器人以锂电池为动力源，单片机为控制元件，伺服电机为执行部件，机器人采用三足着地进行运动，通过单片机对伺服电机的控制，机器人能够实现前进、后退等运动方式，三足着地运动方式保证了机器人能够平稳运行。伺服电机具有力量大，扭矩大，体积小，重量轻等特点。单片机产生20ms 的PWM 波形，通过软件改写脉冲的占空比，从而达到改变伺服电机角度的目的。 1 机器人运动分析 1.1 六足爬虫式机器人运动方案比较 方案一：六足爬虫式机器人的每条腿都能单独完成抬腿、前进、后退运动。 此方案的特点： 每条腿都能自由活动，每条腿都能单独进行二自由度的运动。每条腿的灵活性好，更容易进行仿生运动，六足爬虫机器人可以完成除要求外的很多动作，运动的视觉效果更好。由于每条腿能单独完成二自由度的运动，所以每条腿上要安装两个舵机，舵机使用数量大，舵机的安装难度加大，机械结构部分的制作相对复杂，又由于每个舵机都要有单独的信号控制，电路控制部分变得复杂了，控制程序也相应的变得复杂。 方案二：六足爬虫式机器人采取三腿为一组的运动模式，且同一侧的前腿、后腿的前后转动由同一侧的中腿进行驱动。采用三腿为一组(一侧的前足、后足与另一侧的中足为一组)的运动方式，各条腿能够协调的进行运动，机器人的运动相对平稳。 此方案特点：相比上述方案，个腿能够协调运动，在满足运动要求的情况下，舵机使用数量少，节约成本。机器人运动平稳，控制、驱动部分都得到相应的简化，控制简单。选择此方案，机器人还可进行横向运动。 两方案相比，选择方案二更合适。 1.2 六足爬虫式机器人运动状态分析 1.2.1 机器人运动步态分析
六足步行机器人的毕业设计说明书
本科毕业设计（论文） 六足步行机器人设计与仿真 燕山大学 2012年6月
本科毕业设计（论文） 六足步行机器人设计与仿真 学院（系）：里仁学院 专业：机械电子工程 学生姓名：牛智 学号： 0811******** 指导教师：田行斌 答辩日期： 20012.6.17
燕山大学毕业设计（论文）任务书
摘要 摘要 基于仿生学原理，在分析六足昆虫运动机理的基础上，采用了仿哺乳类的腿部结构，并针对这种腿部结构设计了六足的行走方式，通过对18个直流伺服电机的控制，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。 针对仿生六足步行机器人关节较多，其步态轨迹规划和关节控制量计算都较为复杂的现状，采用Solidworks软件与UG软件相结合的方式对六足仿生步行机器人的样机模型进行了运动学仿真与分析。通过仿真，验证了所设计的三角步态的适用性。 关键词六足机器人；步行；三角步态；运动学仿真
燕山大学本科生毕业设计（论文） Abstract A bionic leg structure which is similar to the legs of mammals was used，and a hexapod walking mode was designed according to this structure．By controlling 18 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 balance better，providing high reference value to research the advantage and feasibility of leg raising walking gesture． As there are many joints in the bionic hexapod walking robot and the calculation of its walking track and joints control unit are comparatively comp- licated，the kinematical simulation and analysis of the model of bionic hexapod walking robot have been done by using solidworks and UG．Through simulation，the applicability of designed tripod gait are validated． Keywords Hexapod robot；Walking；Tripod gait；Kinematics simulation
仿生机器人论文
仿生机器人探秘 经过数十亿年的进化和自然选择，自然界的生物为人类的创新提供了天然的宝库，令人不得不惊叹大自然的鬼斧神工，感受到生命进化演变的魅力。 几千年来，人类从大自然的杰作里获得了取之不竭的灵感：鸽子滑翔在半空，工程师由此发明了木质自动平衡飞行器；看见黄蜂筑巢，四大发明之一的造纸术由此诞生；因模仿生物的结构和形态而获得优良性能的建筑和艺术品更是数不胜数。机器人未问世之前，人们除研究制造自动偶人外，对机械动物非常感兴趣，如传说诸葛亮制造木牛流马，现代计算机先驱巴贝吉设计的鸡与羊玩具，法国著名工程师鲍堪松制造的凫水的铁鸭子等，都非常有名。 如今的仿生学，不仅仅局限于传统机械、化学、建筑学等，而融入了很多现代元素，是一门生命科学、物质科学、数学与力学、信息科学、工程技术以及系统科学等学科的交叉学科。在过去的几十年，随着人类科学技术的高速发展，机器人专家借鉴了更多来自数学、力学、电子和计算机科学的知识。一方面,这种方法无疑整合了技术的基础学科使生产非常成功的产品成为可能,特别是在工业机器人领域。另一方面,它能够用来更好地认识机器和动物的差距，努力去缩小这种差距，使得机器人更加“人类化”。 仿生形态 文章首先介绍了仿生形态。一是对动物本身的生物形态和动作表现的运用，如娱乐产业的动画。二是运用了其与人类的交互功能：老人和孩子接受和喜爱仿生动物陪伴，它们不仅外形像宠物，有的还能够感知和应对人类情感，甚至能够生动地表达自己的情绪。这些人性化的机器人可以使面部表情,具有眼睛的眨动,头的摇晃,身体动作和姿势。它们用手臂和手，依靠在它们的衣服和皮肤上灵敏的触摸传感器，对可变压力做出反应，达成响应。 另一个活跃的研究领域是能够发挥重要作用的变形，科学家们在尝试使机器人可以根据内部或外部环境，动态重新配置他们的形态。生物的灵感来源于生物体,失去了附件还可以再生,像蜥蜴的尾巴,或从在发展阶段过渡,如形态形成两栖类的变化。感觉这个研究会用到一些拓扑学和流形的知识，令我非常感兴趣。
仿生蜘蛛机器人的设计与研究
毕业设计（论文） 仿生蜘蛛机器人的设计与研究 姓名：寇艳虎 学号： 专业：机械工程及自动化 系别：机械与电气工程系 指导教师：孔繁征
2020年6月
摘要 本文总结了背景和目标,仿生蜘蛛机器人的简单介绍。通过研究机器人的六足仿生的运动,这种设计已确定脚结构,使用3自由度的分析实现向前运动,把运动的机器人。想象的组件和装配映射仿生蜘蛛机器人以及相关部件的检查,确保机械设计的可行性都包含在总设计。 关键词：仿生；机器人；机构
ABSTRACT The paper has summarized the background and the goal of its topic and has made the simple introduction of the bionic hexapod robot. Through the research of the motion of the six feet of the robot, This design has determined the foot structure，using the analysis of 3 degrees of freedom realizes the forward motion and turning motion of the robot . Picturing of the component and assembly mapping of the bionic hexapod robot as well as the inspection of related parts which ensures the feasibility of the machinery design are both included in the total design. KEYWORDS：bionics ；hexapod robot ；machinery
六足仿生机器人
六足仿生机器人 人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史，人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人们完成各种工作。1959年，第一台工业机器人在美国诞生，近几十年，各种用途的机器人相继问世，使人类的许多梦想变为现实。随着机器人工作环境和工作任务的复杂化，要求机器人具备有更高的运动灵活性和特殊位置环境的适应性，机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求。在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天，各种各样的仿生机器人相继被研制出来，仿生机器人已经成为机器人家族重要的成员。 仿生爬行机器人是一种基于仿生学原理研制开发的新型足式机器人。与传统的轮式或者履带机器人相比，足式机器人自由度多，可变性大、结构发杂、控制繁琐，但其在运动特性方面具有独特的优点：首先是足式机器人具有较好的机动性，对不平地面的适应能力十分突出，由于其立足点是离散的，与地面的接触面积较小，因而可以在可能达到的地面上选择最优支撑点，从而能够相对容易的通过松软地面以及跨过比较大的障碍；其次是足式机器人的运动系统可以实现主动隔振，允许机身运动轨迹与足轨迹解耦。尽管地面高
低不平，机身的运动仍可达到相对平稳。 本课题主要研究的内容是一种六足仿生机器人的机械机构部分的设计和分析，围绕六足仿生机器人的前沿技术，主要仿生对象为蚂蚁，主要实现机器人前后左右移动，具有良好的仿生特性，研究具有抗冲击性以及地形适应能力的仿生机设计技术，六足仿生机器人系统模型；研究六足机器人适应不同地形环境的能力。研制系统设计与仿真等核心单元。研制高速、高负载力、对典型非结构化地形具有高适应能力的六足仿生机器人，并开展系统结构、地形适应能力以及对抗控制实验验证。本次设计的预期要达到的效果是可以实现灵活进退和转向，跨越障碍物，通过洼地和台阶并且保持平衡防止倾翻，能够实现实时避障，合理规划行走路线。 1、技术方案 一、机器人功能介绍： a）可实现前进后退转弯等基本动作，加装传感器后对小障碍物越过、大障碍物绕开，具有遥控模式，可通过无线装置无线控制。 b）机器人机械机构： 舵机在仿生机器人中的应用：舵机有体积紧凑，便于安装，输出力矩大，稳定性好等优点。一个放上机器人，机器人各个关节都有一定的自由度数，而每个舵机正是实现其中一个个关节在一个自由度上的运动。
仿生六足机器人研究报告学士学位论文
项目研究报告 ——小型仿生六足探测机器人 一、课题背景： 仿生运动模式的多足步行机器人具有优越的越障能力，它集仿生学原理、机构学理论、自动控制原理与技术、计算机软件开发技术、传感器检测技术和电机驱动技术于一体。 不论在何种地面上行走，仿生六足机器人的运动都具有灵活性与变化性，但其精确控制的难度很大，需要有良好的控制策略与精密的轨迹规划，这些都是很好的研究题材。 二、项目创新点： 作为简单的关节型伺服机构，仿生六足机器人能够实现实时避障，合理规划行走路线。 简单的关节型机器人伺服系统不仅具有可批量制造的条件，作为今后机器人群系统的基本组成，也可以作为探索复杂伺服机构的研究对象。 三、研究内容： 1.仿生学原理分析： 仿生式六足机器人，顾名思义，六足机器人在我们理想架构中，我们借鉴了自然界昆虫的运动原理。 足是昆虫的运动器官。昆虫有3对足，在前胸、中胸和后胸各有一对，我们相应地称为前足、中足和后足。每个足由基节、转节、腿节、胫节、跗节和前跗节几部分组成。基节是足最基部的一节，多粗短。转节常与腿节紧密相连而不活动。腿节是最长最粗的一节。第四节叫胫节，一般比较细长，长着成排的刺。第五节叫跗节，一般由2-5个亚节组成﹔为的是便于行走。在最末节的端部还长着两个又硬又尖的爪，可以用它们来抓住物体。 行走是以三条腿为一组进行的，即一侧的前、后足与另一侧的中足为一组。这样就形成了一个三角形支架结构，当这三条腿放在地面并向后蹬时，另外三条腿即抬起向前准备替换。 前足用爪固定物体后拉动虫体向前，中足用来支持并举起所属一侧的身体，后足则推动虫体前进，同时使虫体转向。 这种行走方式使昆虫可以随时随地停息下来，因为重心总是落在三角支架之内。并不是所有成虫都用六条腿来行走，有些昆虫由于前足发生了特化，有了其他功用或退化，行走就主要靠中、后足来完成了。 大家最为熟悉的要算螳螂了，我们常可看到螳螂一对钳子般的前足高举在胸前，而由后面四条足支撑地面行走。
外骨骼机器人研究发展综
外骨骼机器人研究发展综述 李罗川
摘要 外骨骼机器人又称可穿戴机器人，是一种结合了人的智能和机械动力装置的机械能量的机器人。外骨骼机器人融合了传感、控制、驱动、信息融合、移动计算等综合技术为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构。本文介绍了外骨骼机器人的发展历史以及国内外研究现状，对外骨骼机器人的关键技术：机械结构设计，驱动单元，控制策略进行了研究，分析了其技术难点最后对其发展前景进行了说明。 关键词：外骨骼机器人关键技术
目录 引言 (4) 1.发展历史及现状 (5) 1.1国外发展历史现状 (5) 1.2国内发展历史现状 (9) 2.关键技术分析 (11) 2.1外骨骼机器人的结构设计 (11) 2.2外骨骼机器人驱动单元 (12) 2.3外骨骼机器人的控制策略 (13) 3.外骨骼机器人技术难点分析 (16) 4.前景展望 (18) 4.1 外骨骼机器人的研究方向 (18) 4.2外骨骼机器人技术的应用 (18)
引言 现代机器人所具有的机械动力装置使得机器人可以轻易地完成很多艰苦的任务，比如举起、搬运沉重的负载等。虽然现代机器人控制技术有了长足的发展，还远达不到人的智力水平，包括决策能力和对环境的感知能力。与此同时，人类所具有的智能是任何生物和机械装置所无法比拟的，人所能完成的任务不受人的智能的约束，而仅受人的体能的限制。因此，将人的智能与机器人所具有的强大的机械能量结合起来，综合为一个系统，将会带来前所未有的变化，这便是外骨骼机器人的设计思想。外骨骼机器人实质上是一种可穿戴机器人，穿戴在操作者的身体外部，为操作者提供了诸如保护、身体支撑等功能，同时又融合了传感、控制、驱动、信息融合等机器人技术，使得外骨骼能够在操作者的控制下完成一定的功能和任务。本文通过介绍外骨骼机器人的发展历史及研究现状进一步分析了外骨骼机器人的关键技术，并对其技术难点以及发展前景作了说明，以期在全面认识外骨骼机器人基础上对其开展进一步深入研究。
仿生爬虫机器人实验指导书
工业机器人基础 实验指导书及试验报告 实验名称 系别 专业 班级 姓名 指导教师 年月日
仿生爬虫机器人实验 一、实验目的 多足爬行机器人是一种典型的仿生机器人。这类机器人使用多条腿交替地移动来完成爬行，通常采用仿生的结构和运动步态。在本实践中，我们将搭建一个较复杂的，每条腿都有2 个自由度，一共具有9个自由度（头部有 1 自由度）的仿生机械爬虫。 了解： 多足类仿生概念和进一步了解四足机器人运动步态规划的相关知识； 熟悉： 9 自由度的仿生机器爬虫； 掌握： 掌握“创意之星”机器人套件的搭建和装配技巧，尤其是如何使用螺栓、螺母 进行连接，如何提高组装机器人的结构刚度；在UP-MRcommander 软件中，熟悉舵机的控制，写入动作程序，让仿生机器爬虫运动起来； 二、“创意之星”实验设备介绍 “创意之星”结构件介绍 “创意之星”机器人套件提供了400 多个结构部件，其中包括以下几大类： 1）I 型结构件，共有4 种、40 个，都是白色，聚碳酸酯（PC）材质，结构特点是长条状，具有多个标准孔，零件边缘有加强肋。零件以大孔的数量命名。 2）L 型结构件，字母L 形状，共有6 种，54 个，都是白色，聚碳酸酯（PC）材质，结构特点是字母“L”状，具有多个标准孔，零件边缘内侧有加强肋。零件以两侧的大孔数量命名。 3）U 型结构件共有7 种，70 个，都是橙色，聚碳酸酯（PC）材质，结构特点是字母“U”状，具有多个标准孔，零件边缘内侧有加强肋。零件以三侧面的大孔数量命名。4）V 型结构件，共有2 种，20 个。白色，聚碳酸酯（PC）材质，结构特点是字母“V”状，具有多个标准孔，零件边缘内侧有加强肋。零件以两侧的大孔数量命名。 5）舵机支撑构件，共有2 种，20 个。白色，聚碳酸酯（PC）材质，结构特点是字母“V”状，具有多个标准孔： 以上各件依次如下图所示： 6）基础构件，共有3 种，4个； 7）机械手组件共有5 种，18 个。这部分零件是组装机械手爪专用的零件；