(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910165870.7
(22)申请日 2019.03.06
(71)申请人 哈尔滨理工大学
地址 150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学
府路52号哈尔滨理工大学
(72)发明人 邵俊鹏 迟涵威 孙桂涛
(51)Int.Cl.
B62D 57/032(2006.01)
(54)发明名称
一种足端自适应液压四足机器人
(57)摘要
本发明公开了一种足端自适应的液压四足
机器人，包括机身和四条机械腿，机身用镂空结
构的端板和连杆组成，可以有效的减轻机器人的
自重，四条腿结构相同且均匀对称的分布在机身
的四周，每条腿有三个主动的自由度，由伺服作
动器控制液压缸实现机器人的运动，足端由螺
栓、弹簧和半球形实体橡胶组成，足端上的预紧
螺栓可以调节弹簧的刚度，避免足端与地面接触
力过大影响机器人运动的稳定性的情况。权利要求书1页 说明书2页 附图3页CN 109760762 A 2019.05.17
C N 109760762
A
权 利 要 求 书1/1页CN 109760762 A
1.一种足端自适应液压四足机器人，其特征在于：采用镂空结构的端板和连杆组成的机身，四条机械结构相同的腿均匀对称的分布在机身的四周。
2.根据权利要求1所述的一种足端自适应液压四足机器人，其特征在于：机身外部设有动力源、液压系统、散热系统和控制系统。
3.根据权利要求1所述的一种足端自适应液压四足机器人，其特征在于：腿部由连杆、大腿、小腿、足端和驱动器组成，由伺服阀和液压缸构成的驱动器，控制连杆绕关节转动，完成机器人的行走、跳跃、奔跑等运动。
4.根据权利要求1所述的一种足端自适应液压四足机器人，其特征在于：每条腿由三个液压缸驱动，第一个液压缸在机身和横摆连杆处，第二个在横摆连杆与大腿连接处，第三个在大腿与小腿连接处。
5.根据权利要求1所述的一种足端自适应液压四足机器人，其特征在于：足端由螺栓、弹簧和半球形实体橡胶组成，足端上的预紧螺栓可以调节弹簧的刚度，足底采用实体橡胶可以增大与地面间的摩擦力，也可吸收部分冲击力。
2
浙江大学“海特杯”第十届大学生机械设计竞赛“四足机器人”设计方案书
“四足机器人”设计理论方案 自从人类发明机器人以来，各种各样的机器人日渐走入我们的生活。仿照生物的各种功能而发明的各种机器人越来越多。作为移动机器平台，步行机器人与轮式机器人相比较最大的优点就是步行机器人对行走路面的要求很低，它可以跨越障碍物，走过沙地、沼泽等特殊路面，用于工程探险勘测或军事侦察等人类无法完成的或危险的工作；也可开发成娱乐机器人玩具或家用服务机器人。四足机器人在整个步行机器中占有很大大比重，因此对仿生四足步行机器人的研究具有很重要的意义。 所以，我们在选择设计题目时，我们选择了“四足机器人”，作为我们这次比赛的参赛作品。 一.装置的原理方案构思和拟定： 随着社会的发展，现代的机器人趋于自动化、高效化、和人性化发展，具有高性能的机器人已经被人们运用在多种领域里。特别是它可以替代人类完成在一些危险领域里完成工作。 科技来源于生活，生活可以为科技注入强大的生命力，基于此，我们在构思机器人的时候想到了动物，在仔细观察了猫.狗等之后我们找到了制作我们机器人的灵感，为什么我们不可以学习小动物的走路呢，于是我们有了我们机器人行走原理的灵感。 为了使我们所设计的机器人在运动过程中体现出特种机器人的性能及其运动机构的全面性，我们在构思机器人的同时也为它设计了一些任务： 1. 自动寻找地上的目标物。 2. 用机械手拾起地上的目标物。 3．把目标物放入回收箱中。 4. 能爬斜坡。 图一 如图一中虚线所示的机器人的行走路线，机器人爬过斜坡后就开始搜寻目
标物体，当它发现目标出现在它的感应范围时，它将自动走向目标，同时由于相关的感应器帮助，它将自动走进障碍物中取出物体。 二.原理方案的实现和传动方案的设计： 机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。 图二 图三 机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。 任务的实现主要是利用单片机来控制机器人的四条腿以及几个传感器的共同工作，并通过它们的协调工作来完成的。如图一中所示，让机器人爬过了斜坡之后，就先进行扫描，如果发现有目标出现在它的视野之内，它就会寻着目标前进。如果没有发现目标，机器人会原地转弯并搜寻在它视野之外的目标。由于目
江苏师范大学连云港校区海洋港口学院 课程设计说明书 课程名称 专业班级 学号姓名 指导教师
年月日
摘要 轮式移动机器人是机器人家族中的一个重要的分支，也是进一步扩展机器人应用领域的重要研究发展方向。自上世纪九十年代以来，人们广泛开展了对机器人移动功能的研制和开发，为适应各种工作环境的不同要求而开发出各种移动机构。其中全方位轮可以实现高精确定位、原地调整姿态和二维平面上任意连续轨迹的运动，具有一般的轮式移动机构无法取代的独特特性，对于研究移动机器人的自由行走具有重要愈义。 本文主要是介绍了技术较为成熟的麦克纳姆全方位轮的运动原理结构，分析了由四个麦克纳姆轮全方位轮组成的全向移动机构的运动协调原理。并将其运用到轮腿复合式的机器人身上，使机器人移动能力更强。设计的主要方面包括（1）移动方式的选择；（2）机器人结构的设计；（3）机器人移动原理的分析；（4）对移动机器人控制系统的简单设计。 关键词: 轮式移动机器人，轮腿复合式，四足
目录 摘要 (1) 1 移动机器人技术发展概况 (1) 1.1 机器人研究意义及应用领域 (1) 1.1.1 机器人的研究意义 (1) 1.1.2 机器人的应用领域 (2) 1.2 移动机器人的发展概况 (2) 1.2.1 移动机器人的国内发展概况 (3) 1.2.2 移动机器人的国外发展概况 (4) 2 轮式移动机器人的结构设计 (7) 2.1轮式移动机器人系统结构 (7) 2.1.1移动方式的选择 (7) 2.1.2机器人移动原理构想 (8) 2.1.3机器人轮子的选择 (9) 2.1.4机器人腿部结构的设计 (10) 2.2轮式移动机器人主要结构 (11) 3 轮式移动机器人的控制系统 (12) 3.1 控制系统硬件选型与配置 (12) 3.1.1 驱动电机的选型 (12)
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910213961.3 (22)申请日 2019.03.20 (71)申请人 杭州申昊科技股份有限公司 地址 311121 浙江省杭州市余杭区仓前街 道龙潭路21号 (72)发明人 陈如申 黎勇跃 蔡兆祝 杨克己 (74)专利代理机构 北京国贝知识产权代理有限 公司 11698 代理人 柯俊 (51)Int.Cl. B25J 11/00(2006.01) B25J 9/12(2006.01) H02G 1/02(2006.01) (54)发明名称 一种巡检机器人 (57)摘要 本发明公开了一种巡检机器人，包括控制 箱、主支架、四连杆机构、行走机构和安全机构， 所述主支架的中部下侧设有所述控制箱，所述主 支架的两端上部设有所述四连杆机构，所述四连 杆机构的顶部侧面设有所述行走机构，所述行走 机构上设有所述安全机构。该巡检机器人，越障 能力强，爬坡角度大，结构稳固，体积小，质量轻、 行走时安全性好，控制精度高，实时性好，尤其是 方便调整，可以顺利越障， 提高越障的效率。权利要求书1页 说明书6页 附图8页CN 109773808 A 2019.05.21 C N 109773808 A
权 利 要 求 书1/1页CN 109773808 A 1.一种巡检机器人，其特征在于：包括控制箱、主支架、四连杆机构、行走机构和安全机构，所述主支架的中部下侧设有所述控制箱，所述主支架的两端上部设有所述四连杆机构，所述四连杆机构的顶部侧面设有所述行走机构，所述行走机构上设有所述安全机构。 2.根据权利要求1所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述四连杆机构包括基座连杆、关节电机、升降杆驱动电机和升降支架，所述基座连杆的上部水平设置有升降杆驱动电机，所述基座连杆的下部竖直设置有关节电机，所述关节电机连接主支架，所述升降杆驱动电机连接有主动关节组件，所述主动关节组件连接于所述升降支架的上部，所述基座连杆的下部设有从动关节组件，所述从动关节组件连接于所述升降支架的下部。 3.根据权利要求2所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述主动关节组件包括第一主动关节、第二主动关节和主动关节连杆，所述主动关节连杆的左端连接有第一主动关节，所述第一主动关节的中部套接升降杆驱动电机的输出轴，所述主动关节连杆的右端连接有第二主动关节，所述第二主动关节的中部套接于所述升降支架的上部。 4.根据权利要求2所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述从动关节组件包括第一从动关节、第二从动关节和从动关节连杆，所述从动关节连杆的左端连接有第一从动关节，所述第一从动关节的中部套接于所述基座连杆的下部，所述从动关节连杆的右端连接有第二从动关节，所述第二从动关节的中部套接于所述升降支架的下部。 5.根据权利要求2所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述升降支架呈倒“L”型，所述升降支架包括竖直杆部和水平杆部，所述竖直杆部的顶部侧面连接所述主动关节组件，所述竖直杆部的底部侧面连接所述从动关节组件，所述水平杆部侧部连接所述行走机构。 6.根据权利要求1所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述行走机构包括驱动电机、联轴器、驱动轴和驱动轮，所述驱动电机安装于所述升降支架的下部，所述联轴器、驱动轴和驱动轮均设置有两副，所述驱动电机的两端均设有输出轴，所述联轴器连接所述联轴器，所述联轴器连接所述驱动轴，所述驱动轴连接所述驱动轮。 7.根据权利要求6所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述驱动轴的外部套设有驱动轴外壳。 8.根据权利要求1所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述安全机构包括安全卡座和锁紧装置，所述锁紧装置包括锁紧轮组件、锁紧轮杆、锁紧轮杠杆和锁紧轮电机，所述锁紧轮电机固定安装于所述安全卡座的侧部，所述锁紧轮电机的输出端铰接于锁紧轮杠杆的一端，所述锁紧轮杠杆的另一端连接于所述锁紧轮杆的中部，所述锁紧轮杠杆的中部设有支点杆，所述支点杆固定安装于所述安全卡座上，所述锁紧轮杆的两端设有锁紧轮组件。 9.根据权利要求8所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述安全卡座靠近锁紧轮电机一侧的端部设有安全卡旋转轴，所述安全卡旋转轴连接有安全卡旋转电机，所述安全卡旋转电机的顶部设有安全卡旋转电机座，所述安全卡旋转电机座设置于行走机构上。 10.根据权利要求8所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述锁紧轮组件包括U型锁紧轮轴承架、缩紧轮和缩紧轮轴，所述U型锁紧轮轴承架的下部通过紧固件固定安装于所述锁紧轮杠杆的两端，所述缩紧轮通过缩紧轮轴可旋转地安装于所述U型锁紧轮轴承架的内侧面上。 2
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最新全面教学资源，打造完美教学模式 深圳大学期末考试试卷 开/闭卷开卷A/B卷N/A 课程编号1303270001 1303270002 课程名称EDA技术与实践（2）学分2.0 命题人(签字) 审题人(签字) 2015 年10 月20 日 设计考试题目：完成一个集成电路或集成系统设计项目 基本要求：2-3位同学一组，完成一个完整的集成电路设计项目或是一个集成系统设计项目。 规格说明： 1.题目自定。 1)集成电路设计项目 i.若为IC设计项目需要完成IC设计的版图。 ii.若采用FPGA实现数字集成电路设计，需要进行下板测试。 2)集成系统设计项目，需使用FPGA开发板或嵌入式开发板，完成一个完整的集成 系统作品。 3)作品需要课堂现场演示，最后提交报告，每个小组单独一份报告，但需阐述各个 成员的工作。 2.评分标准：
2015年第二学期，建议作品内容： 完成一个行走机器人，基本要求 o2-8只脚 o能行走 o可以用单片机，嵌入式，FPGA方案 一、设计目的： 通过设计一个能够走动的机器人来增加对动手能力，和对硬件电路设计的能力，增强软件流程设计的能力和对设计流程实现电路功能的能力，在各个方面提升自己对电子设计的能力。 二、设计仪器和工具： 本设计是设计一个能走动的机器人，使用到的仪器和工具分别有：sg90舵机12个、四脚机器人支架一副、单片机最小系统一个、电容电阻若干、波动开关一个、超声遥控模块一对、杜邦线若干、充电宝一个。 三、设计原理： 本次设计的机器人是通过51单片机控制器来控制整个电路的。其中，舵机的控制是通过产生一个周期为20毫秒的高电平带宽在0.5到2.5ms之间的pwm信号来控制。12路Pwm信号由单片机的定时器来产生。51单片机产生12路pwm信号的原理是：以20毫秒为周期，把这20毫秒分割
智能四足机器人结构设计 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，机器人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：将来机器人将以何种身份进入我们的生活，是玩伴还是佣人，智能步行机器人的设计就是为了将来机器人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，成功地设计了智能步行机器人的本体结构。本机器人具有前后行、平地侧行等基本行走功能。另外机器人头部还装有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，使得机器人结构尽量与狗的本体结构相似，尤其在长度配比方面。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：智能四足机器人；结构设计；谐波传动
Intelligent Four-Foot Robot Frame Design Abstract For our future life，everyone had different ideas，but most people believe that，in future society，the robot as a family into our lives，and we can now daily overnight with the common people's hearts Question is: what will be the future status of robot into our lives，playmates or servants，the design of intelligent walking robot is to the future robot can enter our Chinese people's family lives，for our happy family life. The design of a joint structure，the successful design of intelligent walking robot，the body structure. The robot has before and after the trip，the ground adjacent to the basic operating functions. Another robot is also equipped with CD camera head，chest internal equipment can be built-in power supply，and intelligent. The reference design of the structure of the robot，making the structure as the robot dog，the dog's body similar to the structure，particularly in the area ratio of length. The design of the structure is more complicated，the large number 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 are used harmonic reducer，the slowdown in the programme reduction ratio，high efficiency，The ideal slowdown is a good programme. Keywords：intelligent four-foot robot ; structural design; harmonic drive
绿化植树机器人设计 摘要： 这个机器人是针对大量绿色植树而设计的，利用机械四足作为其活动方式，机器人通过视频识别系统在有限范围内对地形与植被作出判断，然后通过自动行走系统移动到目标地点前面，再通过机械手取出携带的植物幼苗，通过这个可以360度旋转的机械臂进行种植工作，机械臂可以进行种植、培土、等工作。种植完成后还将用一层可分解的塑料薄膜覆盖植物幼苗，保证其在能够自行成长前的安全。 关键词： 绿化植树、四足行走、山坡作业、视频识别、机械臂操作 设计背景： 地球现在正面临着绿色植被在不断减少的危机，而人类也因为这样要面对日益严峻的环境问题。大量植树还原绿色植被是一个相当重要的手段来解决这个难题，但是依靠人力去做的话，效率始终不够高。所以在这里我想设计一个专门用于大作业量的绿化植树机器人。 设计思路： 这个机器人，是需要面对山坡这样的陡峭地形的，由于特殊的使用环境，机器人的活动方式要求能够灵活的应对颠簸不平的土地，机械四足需要能够根据不同的地势调整四足的高度，确保平稳的行走，这种活动方式才能使机器人轻松到达山崖大部分位置。移动起来必须十分的轻巧，以避免对其他植物的伤害。由于这个机器人对视频识别有着较高的要求，所以必须在这方面有所突破，同时当发现有杂草或者有害植物的时候，还可以通过高温蒸汽将其杀死，来保证种植的植物幼苗的生长。360度旋转的机械臂可以保证种植过程的顺利进行。 详细具体设计方案： 一．整体结构： 1.整个机器人分成上下两大部分，上部分是机械手臂，主要实现机器人的整个种植 操作，下部是机器人的机身和四足，包括：植物幼苗存放仓、红外线距离测量 仪、摄像头、电脑处理系统。 2.机器人是通过电力驱动的，所以必须携带储电池，也是安装在机身。 二．中央处理系统： 机器人的机身将安装一个中央处理系统，作为机器人的大脑，它主要调节机器人三 大系统：机械四足行走系统、机器人视觉系统、机械臂控制系统。中央处理系统要 接收和分析红外线距离测量仪、摄像头、机械臂传感器等反馈信息，以及控制四足 的行进系统、机械臂操作等。 三．机械四足行走系统： 1.机械四足的形状： 一开始的时候，我曾经很困惑于如何把握行走稳定与行走速度之间的平衡，后来设 想出仿人类四肢的关节加上圆形的脚盘这个方案，总体感觉可以满足行走的需要。 2.如何实现行进： 参考了机械小狗的设计，将机械四足连接在机器人的中央处理系统而成为一个整 体，接受中央处理系统的控制。每次改变一个机械足的位置，实现整个机器人的行
深圳大学期末考试试卷 开/闭卷开卷A/B卷N/A 课程编号1303270001 1303270002 课程名称EDA技术与实践（2）学分2.0 命题人(签字) 审题人(签字) 2015 年10 月20 日 设计考试题目：完成一个集成电路或集成系统设计项目 基本要求：2-3位同学一组，完成一个完整的集成电路设计项目或是一个集成系统设计项目。 规格说明： 1.题目自定。 1)集成电路设计项目 i.若为IC设计项目需要完成IC设计的版图。 ii.若采用FPGA实现数字集成电路设计，需要进行下板测试。 2)集成系统设计项目，需使用FPGA开发板或嵌入式开发板，完成一个完整的集成 系统作品。 3)作品需要课堂现场演示，最后提交报告，每个小组单独一份报告，但需阐述各个 成员的工作。 2.评分标准：
2015年第二学期，建议作品内容： 完成一个行走机器人，基本要求 o2-8只脚 o能行走 o可以用单片机，嵌入式，FPGA方案 一、设计目的： 通过设计一个能够走动的机器人来增加对动手能力，和对硬件电路设计的能力，增强软件流程设计的能力和对设计流程实现电路功能的能力，在各个方面提升自己对电子设计的能力。 二、设计仪器和工具： 本设计是设计一个能走动的机器人，使用到的仪器和工具分别有：sg90舵机12个、四脚机器人支架一副、单片机最小系统一个、电容电阻若干、波动开关一个、超声遥控模块一对、杜邦线若干、充电宝一个。 三、设计原理： 本次设计的机器人是通过51单片机控制器来控制整个电路的。其中，舵机的控制是通过产生一个周期为20毫秒的高电平带宽在0.5到2.5ms之间的pwm信号来控制。12路Pwm信号由单片机的定时器来产生。51单片机产生12路pwm信号的原理是：以20毫秒为周期，把这20毫秒分割成8个2.5ms，因为，每个pwm信号的高电平时间最多为2.5ms，然后在前六个2.5ms中分别输出两个pwm信号的高电平，例如，在第一个2.5ms中输出第一个和第二个pwm信号的高电平时，首先开始时，把信号S1、S2都置1，然后比较两个高电平时间，先定时时间短的高电平时间，把高电平时间短的那个信号置0，再定时两个高电平时间差，到时把高电平时间长的按个信号置0，然后，定时（2.5-较长那个高电平时间），在第二个 2.5ms开始时，把S3、S4置1，接下来和上面S1、S2一样，以此类推， 在六个2.5ms 中输出12路pwm信号来控制舵机。原理图如图1. 通过超声模块来控制机器人前进、后退、向前的左转、向前的右转、向后的左转、向后的右转几个动作。
探究液压驱动四足机器人机械结构设计 液压驱动四足机器人属于一种人类仿生机械设备，并且机器人的关节相对较多，其结构相对较为复杂，主要是采用仿生的方式，展开液压驱动四足机器人的总体设计。同时，液压驱动四足机器人的出现，为很多相关工作的展开，提供了相对便利的条件。因此，本文对液压驱动四足机器人结构设计的相关内容，展开了分析和阐述。 标签：液压驱动;四足机器人;机械结构; 先进技术的不断发展，机器人在很多行业领域中，得到了广泛的应用，然而液压驱动四足机器人主要危险性不确定的情况，有着良好的适应能力，并且可以很好的完成各项任务，。但是，要想保证液压驱动四足机器人使用的稳定性，需要对其机械机构进行一定的明确，并且对自身的运行状态进行协调和控制，实现液压驱动四足机器人在工作中的稳定性。可靠性以及实时性、开放性等有点，这样对其相关行业的发展，也是非常有利的。 1、液压驱动四足机器人分析 一般情況下在静止的状态下，液压驱动四足机器人具有冗余自由度，并且前面的两条腿，与后面的两条腿呈现的对称弯曲的状态，图1为液压驱动四足机器人机械结构简图。其实，液压驱动四足机器人主要是由躯体和4条腿组成，并且每条腿有3个关节，其中与躯体连接的髋关节拥有两个自由度，其自由度程度相互垂直的状态，并且膝关节和踝关节各拥有一个自由度【1】外，液压驱动四足机器人中的驱动关节呈现一个平面四连杆机构，将液压缸为驱动的原动力，并且用过利用液压缸活塞杆的伸缩，可以在一定程度上改变环节活动的角度，以此保证液压驱动四足机器人的灵活性，为相关生产工作综合效益的提升，给予了一定的支持和保障。 2、机械结构设计 液压驱动四足机器人机械结构设计主要是从总体结构、结构参数、人机体设计等方面展开，下面就针对这点内容展开了分析和阐述。 2.1总体结构设计 总体结构设计所包括的内容有很多，例如：腿模块自由度选择、腿结构形式、安装等方面，具体的内容如下。 2.1.1腿模块自由度选择。腿机构可以控制的自由度越多，其灵活性就会相对较好，但是每一个可以控制的自由度需要设置一套驱动系统和一套传动机构，这样每一个自由度的重量就会有所增加【2】。因此，在该方面设计的时候，在满足自由活动的条件下，自由度越少越好，避免给液压驱动四足机器人的活动造成
四足行走机构说明书Revised on November 25, 2020
机械创新设计课程设计 2014-2015第 2 学期 姓名：何燕飞、郑义、陈斌、周鹏、陈海云 班级：机越一班 指导教师：李军方轶琉 成绩： 日期：2015 年 6 月 4 日 仿生四足行走机器人行走机构的研究 摘要 马相对于其它四足哺乳动物来说，躯体较大，四肢骨骼坚实有力，其运行步态稳健轻快，能在地面、坡地和凸凹不平的地表上自由灵活的快速行走，且可远距离行走。因此，本课题研究了马在平地的步态运动方式，根据马步态设计的仿马四足行走机构为解决：在凹凸不平的路况上抢险救灾物资和装备的运输问题上将产生深远的影响。 本课题以马为研究对象，对其有障碍路况行走步态方式进行了研究。马型四足行走机器人的运动学方程是一组非线性方程,没有通用的解法,通常很难求得运动学方程解的解析表达式。采用几何解法,把空间几何问题分解成若干个平面几何问题,这样,不用建立运动学方程,而直接应用平面几何的方法进行运动轨迹规划,给出各个关节角给定量的计算方法。本课题在分析总结了马的生理特性、运动步法和步态特点的基础上，从结构仿生角度出发，研究了行走机构的设计方案、运动原理、运动特点，确定了仿马四足行走机构，并应用 CATIA 软件建立了单腿和整机的三维模型。 关键词:马型四足行走机构、腿部结构、运动轨迹规划、三维建模
The bionic quadruped walking robot mechanism research ABSTRACT Comparing with other four feet mammals, Horses have many advantages including the bigger body, the stronger and the vibranter limb bones, long distance walking, so the horses can walk flexibly on the bumpy ground, the sloping fields, the mountains and the steep cliffs. Therefore, the motion pattern of goats gait on the upslope and downslope were researched. According to the horse gait, the bionic horse sloping walking mechanism was designed in order to solve the sloping walking problems of the agricultural machinery, which will have far-reaching effects on the design of the bionic mechanism. Horses were used as research object in the topic, and the sloping walking gait style was kinematics equations with nonlinear characteristic of horse type four legs walking robot have not been universal solutions. It is difficult to resolving express of robot kinematics geometrical method which space geometry problem is turned to some plane geometry problem is trajectory plan of motion can be made directly by plane geometrical method and kinematics equations need not set more method of calculation For Each Join Tangle Is simulation is researched for robot kinematics solutions and inverse of the design method is verified by virtue of experiment. KEY WORDS:Horse quadruped walking mechanism, the structure of the legs, trajectory planning, three-dimensional modeling 目录
大学“海特杯”第十届大学生机械设计竞赛“四足机器人”设计方案书
“四足机器人”设计理论方案 自从人类发明机器人以来，各种各样的机器人日渐走入我们的生活。仿照生物的各种功能而发明的各种机器人越来越多。作为移动机器平台，步行机器人与轮式机器人相比较最大的优点就是步行机器人对行走路面的要求很低，它可以跨越障碍物，走过沙地、沼泽等特殊路面，用于工程探险勘测或军事侦察等人类无法完成的或危险的工作；也可开发成娱乐机器人玩具或家用服务机器人。四足机器人在整个步行机器中占有很大大比重，因此对仿生四足步行机器人的研究具有很重要的意义。 所以，我们在选择设计题目时，我们选择了“四足机器人”，作为我们这次比赛的参赛作品。 一.装置的原理方案构思和拟定： 随着社会的发展，现代的机器人趋于自动化、高效化、和人性化发展，具有高性能的机器人已经被人们运用在多种领域里。特别是它可以替代人类完成在一些危险领域里完成工作。 科技来源于生活，生活可以为科技注入强大的生命力，基于此，我们在构思机器人的时候想到了动物，在仔细观察了猫.狗等之后我们找到了制作我们机器人的灵感，为什么我们不可以学习小动物的走路呢，于是我们有了我们机器人行走原理的灵感。 为了使我们所设计的机器人在运动过程中体现出特种机器人的性能及其运动机构的全面性，我们在构思机器人的同时也为它设计了一些任务： 1. 自动寻找地上的目标物。 2. 用机械手拾起地上的目标物。 3．把目标物放入回收箱中。 4. 能爬斜坡。 图一 如图一中虚线所示的机器人的行走路线，机器人爬过斜坡后就开始搜寻目
标物体，当它发现目标出现在它的感应围时，它将自动走向目标，同时由于相关的感应器帮助，它将自动走进障碍物中取出物体。 二.原理方案的实现和传动方案的设计： 机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。 图二 图三 机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。 任务的实现主要是利用单片机来控制机器人的四条腿以及几个传感器的共同工作，并通过它们的协调工作来完成的。如图一中所示，让机器人爬过了斜坡之后，就先进行扫描，如果发现有目标出现在它的视野之，它就会寻着目标前进。如果没有发现目标，机器人会原地转弯并搜寻在它视野之外的目标。由于目标物
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/7819067758.html, 四足机器人的结构设计 作者：王丽君 来源：《中国新技术新产品》2016年第18期 摘要：随着机器人技术的不断发展，我国发明的步行机器人的应用得到了广泛地应用， 步行机器人属于一种集仿生学、机械工程学以及控制工程学等多种学科为一体的一项研究实体，是一个典型的多变量、飞翔性以及结构复杂的动力学系统，在四足机器人的研究过程中，姿态结构的不稳定以及产生稳定步行的运动已经成为了必须解决的动态平衡问题。本文首先对四足机器人的本体结构设计进行了分析；其次针对现有的步行机器人在实际研究和应用中存在的一些问题进行了分析。 关键词：四足；步行机器人；结构设计 中图分类号：TP391 文献标识码：A 在现阶段中，机器人的主要的移动方式包括轮式、履带式和足式，其中采用轮式和履带式的机器人在穿越障碍的能力方面是相对较弱的，因此运动方面的灵活性也就不能进行充分地展示。在此基础上，四足机器人的步行腿就可以具有多个自由度的特点，在落足点方面是比较分散的，因此可以在足尖点可以控制的范围之内进行灵活调整行走的步态，在穿越障碍和规避障碍的能力方面是相对较强的。 一、四足机器人的本体结构设计 1.机构模型的建立和简化 在四足哺乳动物中，腿部是由5个部分来共同组成的，利用和躯干之间的有效连接，实现对腿部的控制，从而完成行走的活动，在每一个关节当中都拥有1～3个之间的自由度，可以使其在运动的时候进行灵活和敏捷地运行。在机械的控制和复杂方面，要想完全模仿四足生物来进行机器人的行走，是有一定程度的难度的。只能在保证机器人可以灵活运动的前提下，最大程度地降低机械控制的复杂程度。四足机器人由步行腿和侧摆、大腿和小腿3个部分构成，躯体和侧摆、侧摆和大腿、大腿和小腿之间由于需要转动进而形成关节的连接，在每一个关节处都需要有一个自由度。 2.自由度的确定 四足机器人在进行的过程中，步行腿的运行可以分为两种状态，分别是摆动状态和支撑状态。在进行摆动状态的时候，步行腿就和连杆之间就会形成一种在串联基础上的空间开链式的结构，此时的步行腿的自由度和关节数量是一致的。在支撑状态中，地面就成为了并联机构的机架，可以简单地认为是和地面组成的一种球关节的状态。
手把手教你做四足步行机器人 用两个飞机模型舵机就能DIY个四足机器人!简单易做.你可试试. 来源：机器人天空原创时间：2008-05-19
第一步：准备零件和所需的材料 制作一个四腿的行走机器人非常简单，所需零件也非常少，两个电机，机器人的腿（用直径合适的铁丝弯制），电池，底板（我用的是一种非常酷的塑胶材料，当它被在热水中加热时就会变软，冷却后又会回复硬度），用来将电池和电机固定在底板上的螺钉，一小块电路实验版（可以在电子市场买到），一个用来安放 ATMega的28针芯片插座，胶，烙铁 和焊锡，以及刀子。 装配之前我还画了一张草图，在上面标出了需要打孔和切割的位置，有一张草图可以让你少走很多弯路，所以我建议大家在对手之前都要做一番“纸上谈兵”的工作。
第二步： 现在需要用刀子在机器人的底板上划出两个安放电机的洞，我先按照草图划出一个洞后用切下来的那部分做标尺直接在另一边划另外一个洞。切的时候不要忘了在下面垫一块纸板， 我差一点切了我的咖啡桌。 打好两个洞后试一试电机，我划的洞似乎稍微宽了一点，长度倒是刚好。
第三步：弯曲底板，安装电机
很不幸，本人手劲不足，无法直接把底板弯曲成照片中的角度，只好采用技术含量比较高 的办法： 首先烧一壶开水 然后将底板放入水中一到二分钟，主要要用一个东西按住底板，免得它浮上来（不要用手！）。 拿出来后底板应该软一些了，戴着手套将它弯曲到自己想要的角度直到冷却。 根据网上高手的建议，最佳角度为30度。 钻上两个螺纹孔，然后用螺钉将电机固定在底板上。
第四步：固定腿部到伺服电机的十字臂 我用尖嘴钳截了两段粗铜线作为机器人的前腿和后腿，然后把它们弯曲成适合伺服电机的 十字臂的形状。 一条经典的BEAM准则就是需要连接零件时，如果可能的话尽量采用铁丝来捆绑。用铁丝捆绑要优于采用焊锡连接。用铁丝捆绑的话会给零件一定的自由空间，并且也利于零部件的 再次使用。
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 摘要 四足机器人作为仿生机器人的一种，得到了广泛的研究。行走机构和转弯机构是四足机器人最关键的部分，目前，行走机构的研究大多采用在腿机构的关节处安装伺服电机进行驱动，增加了机器人的重量和控制策略的难度。并且，机器人本体大多是一个刚性整体，转弯机构研究不足。为此，项目将四足机器人本体作为一个柔性整体，采用三维建模软件Pro/E4.0设计了四足机器人的机械系统，提出了一种新颖的凸轮控制驱动式行走机构，设计了一种腿机构以及相应的凸轮控制驱动机构，并初步设计了柔性转弯机构。在此基础上，论文采用主从式控制方式设计了四足机器人的控制系统，重点讨论了以8051单片机为控制器的行走机构和转向机构的控制系统设计。 关键词：四足机器人；行走机构；凸轮驱动；控制系统；三维设计 Abstract Quadruped robot as one of biomimetic robots, has been extensively studied. Travel agencies and institutions is a quadruped robot turning the key, At the present, servo motor is installed in the leg joints of the most travel agencies, increasing the weight of the robot and the difficulty of the control system strategy . And most of the robot is a rigid body as a whole, and the research of the turning institutions is not fully studied . For this purpose, the project will take four-legged robot whole body as a flexible rigid body, and three-dimensional modeling software Pro/E4.0 is used for designing quadruped robot mechanical systems, a new travel agency based on cam control drive is proposed , a kind of leg mechanism and control of the corresponding cam drive mechanism is designed, and a flexible turning institution is preliminary designed. Based on this work, the
仿生四足机器人的研究：回顾与展望 摘要：本文侧重于仿生四足机器人。在这一领域的主要挑战是如何设计高动力性和高负载能力的仿生四足机器人。本文首先介绍了仿生四足机器人，尤其是具有里程碑意义的四足机器人的历史。然后回顾了仿生四足机器人驱动模式的现代技术。随后，描述了四足机器人的发展趋势。基于仿生四足机器人的技术现状，简要回顾了四足机器人的技术难点。又介绍了山东大学研制的液压四足机器人。最后是总结和展望未来的四足机器人。 一、导言 代替人类在复杂和危险的环境中工作的移动机器人的需求引起越来越多的关注，如煤矿井下，核电站，以及打击恐怖主义的战争。一般移动机器人可分为三种类型：空中机器人，水下机器人和地面机器人。地面机器人的开发主要是运用轨道或轮子。轮式和履带式机器人可以在平整地面工作，但大多数是无法在凹凸不平的地面上工作。换句话说，现有的地面机器人只能在部分地面工作。与轮式和履带式机器人相比，腿式机器人有可能适应更为广泛的地形，就像如同有腿的动物，几乎可以行走在所有的地形。例如，羚羊具有很强的运动能力，即便在高度复杂的环境中也一样。因此，近些年人们积极地投入腿式机器人的研究中。腿式机器人可以去动物能够到达的地方，应该要构建并运用于实际。尽管机器人技术领域取得了巨大成就，腿式机器人仍然远远落后于它们的仿生学 [1，2]。 基于机械结构，腿式机器人可分为步行机器人和爬行机器人。与爬行动物的机器人相比，步行机器人几乎与躯干垂直的腿被认为更适应载重。步行机器人可以有效地承受更大的载重。具有联合执行机构的步行机器人具有良好的行走速度和运输能力。因此，基于哺乳类动物的仿生机器人的研究已成为机器人领域的重要发展方向。 现已有一、二、三、四甚至更多条腿的腿式机器人。最普遍的是具有高效率步态和稳定性能的偶数条腿的腿式机器人[3]。在腿式机器人中，四足机器人具
毕业设计（论文） 四足步行机器人腿的机构设计 学生姓名： 学号： 所在系部： 专业班级： 指导教师： 日期：
摘要 本文介绍了国内外四足步行机器人的发展状况和三维制图软件SolidWorks的应用，着重分析了设计思想并对行走方式进行了设计并在此软件基础上四足步行机器人腿进行了绘制，对已绘制的零部件进行了装配和三维展示。展示了SolidWorks强大的三维制图和分析功能。同时结合模仿四足动物形态展示出了本次设计。对设计的四足行走机器人腿进行了详细的分析与总结得出了该机构的优缺点。本文对四足机器人腿的单腿结构分析比较详细，并结合三维进行理性的理解。 关键词：SolidWorks；足步行机器人腿
Abstract In this paper, fouth inside and outside the two-legged walking robot and the development of three-dimensional mapping of the application of SolidWorks software, focused on an analysis of design concepts and approach to the design of walking and the basis of this software quadruped walking robot legs have been drawn on components have been drawn to the assembly and three-dimensional display. SolidWorks demonstrated a strong three-dimensional mapping and analysis functions. At the same time, combined with four-legged animal patterns to imitate the design show. The design of four-legged walking robot legs to carry out a detailed analysis and arrive at a summary of the advantages and disadvantages of the institution. In this paper, four single-legged robot more detailed structural analysis, combined with a rational understanding of three-dimensional. Keywords: SolidWorks; four-legged walking robot
深圳大学期末考试试卷 开/闭卷开卷A/B 卷N/A 课程编号1303270001 1303270002 课程名称EDA 技术与实践（2）学分2.0 命题人(签字) 审题人(签字) 2015 年10 月20 日 题号一二三四五六七八九十基本题 总分 附加题 得分 评卷人 设计考试题目：完成一个集成电路或集成系统设计项目 基本要求：2-3 位同学一组，完成一个完整的集成电路设计项目或是一个集成系统设计 项目。 规格说明： 1. 题目自定。 1) 集成电路设计项目 i. 若为IC 设计项目需要完成IC 设计的版图。 ii. 若采用FPGA 实现数字集成电路设计，需要进行下板测试。 2) 集成系统设计项目，需使用FPGA 开发板或嵌入式开发板，完成一个完整的集成 系统作品。 3) 作品需要课堂现场演示，最后提交报告，每个小组单独一份报告，但需阐述各个 成员的工作。 2. 评分标准： 评价好较好一般未完成完成度40 30 25 15 演示效果30 25 20 15 报告评分30 25 20 15 《EDA 技术与实践(2)》试卷 1 卷第 1 页共28 页
2015 年第二学期，建议作品内容： 完成一个行走机器人，基本要求 o 2-8 只脚 o 能行走 o 可以用单片机，嵌入式，FPGA 方案 一、设计目的： 通过设计一个能够走动的机器人来增加对动手能力，和对硬件电路设计的 能力，增强软件流程设计的能力和对设计流程实现电路功能的能力，在各 个方面提升自己对电子设计的能力。 二、设计仪器和工具： 本设计是设计一个能走动的机器人，使用到的仪器和工具分别有：sg90 舵 机12 个、四脚机器人支架一副、单片机最小系统一个、电容电阻若干、 波动开关一个、超声遥控模块一对、杜邦线若干、充电宝一个。 三、设计原理： 本次设计的机器人是通过51 单片机控制器来控制整个电路的。其中，舵 机的控制是通过产生一个周期为20 毫秒的高电平带宽在0.5 到2.5ms 之间的pwm 信号来控制。12 路Pwm 信号由单片机的定时器来产生。51 单片机产生12 路pwm 信号的原理是：以20 毫秒为周期，把这20 毫秒分割成 8 个 2.5ms，因为，每个pwm 信号的高电平时间最多为 2.5ms，然后在前 六个2.5ms中分别输出两个pwm 信号的高电平，例如，在第一个 2.5ms中输出第一个和第二个pwm 信号的高电平时，首先开始时，把信号S1、S2 都置1，然后比较两个高电平时间，先定时时间短的高电平时间，把高电平时间短的那个信号置0，再定时两个高电平时间差，到时把高电平时间长的按个信号置0，然后，定时（ 2.5-较长那个高电平时间），在第二个 2.5ms 开始时，把S3、S4 置1，接下来和上面S1、S2 一样，以此类推， 在六个2.5ms 中输出12 路pwm 信号来控制舵机。原理图如图 1. 第一个2.5ms 0 2.5 通过超声模块来控制机器人前进、后退、向前的左转、向前的右转、向后的左 转、向后的右转几个动作。 《数字系统设计》试卷 1 卷第 2 页共28 页