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
一目前机器人的主要驱动方式及其特点 根据能量转换方式，将驱动器划分为液压驱动、气压驱动、电气驱动和新型驱动装置。在选择机器人驱动器时，除了要充分考虑机器人的工作要求，如工作速度、最大搬运物重、驱动功率、驱动平稳性、精度要求外，还应考虑到是否能够在较大的惯性负载条件下，提供足够的加速度以满足作业要求。 A液压驱动特点 液压驱动所用的压力为5～320kgf/cm2. a）优点 1能够以较小的驱动器输出较大的驱动力或力矩，即获得较大的功率重量比。 2可以把驱动油缸直接做成关节的一部分，故结构简单紧凑，刚性好。 3由于液体的不可压缩性，定位精度比气压驱动高，并可实现任意位置的开停。 4液压驱动调速比较简单和平稳，能在很大调整范围内实现无级调速。 5使用安全阀可简单而有效的防止过载现象发生。 6液压驱动具有润滑性能好、寿命长等特点。 B）缺点 1油液容易泄漏。这不仅影响工作的稳定性与定位精度，而且会造成环境污染。
2因油液粘度随温度而变化，且在高温与低温条件下很难应用。 3因油液中容易混入气泡、水分等，使系统的刚性降低，速度特性及定位精度变坏。 4需配备压力源及复杂的管路系统，因此成本较高。 C)适用范围 液压驱动方式大多用于要求输出力较大而运动速度较低的场合。在机器人液压驱动系统中，近年来以电液伺服系统驱动最具有代表性。 B气压驱动的特点 气压驱动在工业机械手中用的较多。使用的压力通常在0.4-0.6Mpa，最高可达1Mpa。 a）优点 1快速性好，这是因为压缩空气的黏性小，流速大，一般压缩空气在管路中流速可达180m/s，而油液在管路中的流速仅为2.5-4.5 m/s。 2气源方便，一般工厂都有压缩空气站供应压缩空气，亦可由空气压缩机取得。 3废气可直接排入大气不会造成污染，因而在任何位置只需一根高压管连接即可工作，所以比液压驱动干净而简单。 4通过调节气量可实现无级变速。 5由于空气的可压缩性，气压驱动系统具有较好的缓冲作用。
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。由于目标物有可能正好被障碍物遮住，此时我们会设计相应的程序告诉机器人现在先向右行走一定的距离再进行扫描。又由于尽管已经扫描到了目标物，当机器人走向
附件 B： 毕业设计（论文）开题报告 1、课题的目的及意义 1.1课题研究背景目前，机器人的移动主要是轮式、履带式、步行、爬行、蠕动等。然而，地球上大多数的地面都是崎岖的，不能为传统的轮式或履带式到达，而自然界的很多动物却可以在这些地面行走自如、跨越障碍。它们经历了自然界数百万年间的选择，已经进化出适应各种环境的生理特征，给了研究人员很大的启发。步行是大多哺乳动物的移动方式，对环境有很强的适应性，可以灵活的进入相对狭小的空间，可以自由跨越障碍、上下台阶等等。以此，研究步行机器人有着较强的实际意义。现在的步行机器人的足数分别为单足、二足、四足、六足等等。足的数目多时，机器人比较适合重载和慢速运动；二足或者四足机构的机构相对简单，更加灵活。与二足相比，四足机器人的承载能力强、稳定性能更好，在抢险救灾、探险、娱乐及军事等多个领域有很好的应用前景，其研究工作也备受重视[1]。 2005 年，Boston Dynamics 公司首次公开了其历经十余载研究而成的仿生四足机器人Big Dog[2]，在互联网上引起了全球公众的热议。Big Dog 灵活的机动性、强大的抗干扰能力以及优异的环境适应能力成为当今各国四足机器人研究的典型代表。尽管如此，从生物进化的角度来说，四足动物的体型结构和运动方式产生了以载重-适应性和高速-灵活性两大功能异化的分支[3]。Big Dog 则是环境适应能力和运动稳定性方面世界最高水平，然而，对高速运动方面的四足机器人却鲜见研究。高速运动的哺乳动物（尤其是猎豹）以独特的骨骼结构、步态特征、高效的能量转化效率成了仿生四足机器人高速灵活性研究的新方向。在DARPA 的M3 计划支持下4，Boston Dynamics 公司和MIT 仿生机器人实验室均进行了仿猎豹式机器人的研究，并推出了两款样机。尤其Boston Dynamics 公司的机器人还一举打破了足式机器人奔跑的纪录，达46km/h，使仿猎豹机器人成为新的研究热点。 1.2四足机器人研究现状 1.2.1国外研究现状 早在1899 年，Muybridge 最早借助影像设备，进行了有关家猫、狗、骆驼和马等动物的高速运动研究。然而之后的一个世纪人们对四足机器人的研究都仅仅停留在静稳定步态行走的水平上。从早期的GE 四足电控步行车[5]（图1.1）到具有脊柱环节的BISAM 机器人[6]（图1.2），这些机器人在任
开题报告
目录 摘要............................................................................................................................................................... ４Abstract ......................................................................................................................................................... ６引言............................................................................................................................................................... ７第一章机械手设计要求分析..................................................................................................................... ７ 1.1 设计目的和要求........................................................................................................................... ７ 1.2.机械手简介与分析....................................................................................................................... ７第二章液压系统设计............................................................................................................................... ８ 2.1. 根据工作要求确定一个工作循环周期的运动过程 ................................................................. ８ 2.2 据工作循环过程确定系统工况分析图，确保工作运动中的动作连续性 ................................ ９ 2.3 拟订液压系统的工作原理图........................................................................................................ ９ 2.4 根据整个系统的液压元件需求选择标准的液压元件 ............................................................ １０ 2.5 液压缸尺寸的确定及安全强度的校核 .................................................................................. １０第三章. 集成块的设计............................................................................................................................ １２ 3.1设计分析..................................................................................................................................... １２ 3.2 根据具体的要求进行设计计算............................................................................................... １３ 3.3 下面为集成块的设计步骤........................................................................................................ １５ 3.4 液压集成块的加工工艺.......................................................................................................... １７第四章液压集成块CAD技术............................................................................................................... １８结束语....................................................................................................................................................... ２０致谢........................................................................................................................................................... ２１参考文献................................................................................................................................................... ２２
5、简述液压驱动器、气压驱动器和电气驱动器特点及应用场合 答：A液压驱动特点 液压驱动所用的压力为5～320kgf/cm2。 a）优点 1.能够以较小的驱动器输出较大的驱动力或力矩，即获得较大的功率重量比。 2.可以把驱动油缸直接做成关节的一部分，故结构简单紧凑，刚性好。 3.由于液体的不可压缩性，定位精度比气压驱动高，并可实现任意位置的开停。 4.液压驱动调速比较简单和平稳，能在很大调整范围内实现无级调速。 5.使用安全阀可简单而有效的防止过载现象发生。 6液压驱动具有润滑性能好、寿命长等特点。 b）缺点 1.油液容易泄漏。这不仅影响工作的稳定性与定位精度，而且会造成环境污染。 2.因油液粘度随温度而变化，且在高温与低温条件下很难应用。 3.因油液中容易混入气泡、水分等，使系统的刚性降低，速度特性及定位精度变坏。 4.需配备压力源及复杂的管路系统，因此成本较高。 c)适用范围 液压驱动方式大多用于要求输出力较大而运动速度较低的场合。在机器人液压驱动系统中，近年来以电液伺服系统驱动最具有代表性。 B气压驱动的特点 气压驱动在工业机械手中用的较多。使用的压力通常在0.4-0.6Mpa，最高可达1Mpa。 a）优点 1.快速性好，这是因为压缩空气的黏性小，流速大，一般压缩空气在管路中流速可达180m/s，而油液在管路中的流速仅为 2.5-4.5 m/s。 2.气源方便，一般工厂都有压缩空气站供应压缩空气，亦可由空气压缩机取得。 3.废气可直接排入大气不会造成污染，因而在任何位置只需一根高压管连接即可工作，所以比液压驱动干净而简单。 4.通过调节气量可实现无级变速。 5.由于空气的可压缩性，气压驱动系统具有较好的缓冲作用。 6.可以把驱动器做成关节的一部分，因而结构简单、刚性好、成本低。
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
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
毕业设计说明书 作者：学号： 系：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 题目：四足仿生移动机器人结构设计 指导者：副教授 评阅者：
目次 1 概述 ................................................ 错误！未定义书签。 1.1 绪论........................................... 错误！未定义书签。 1.2 国内外研究现状及关键技术....................... 错误！未定义书签。 1.3 本课题主要研究内容............................. 错误！未定义书签。 2 四足仿生移动机器人的结构设计原则及要求 ............... 错误！未定义书签。 2.1 四足仿生移动机器人的总体方案确定............... 错误！未定义书签。 2.2 机器人机械结构及传动设计....................... 错误！未定义书签。 3 电机的确定 .......................................... 错误！未定义书签。 3.1 各关节最大负载转矩计算......................... 错误！未定义书签。 3.2 机器人驱动方案的对比分析及选择................. 错误！未定义书签。 3.3 驱动电机的选择................................. 错误！未定义书签。 4. 带传动设计 .......................................... 错误！未定义书签。 4.1 各参数设计及计算............................... 错误！未定义书签。 4.2 带型选择及带轮设计............................. 错误！未定义书签。5工作装置的强度校核.................................... 错误！未定义书签。 5.1 轴的强度校核................................... 错误！未定义书签。 5.2 轴承的选型..................................... 错误！未定义书签。结论 ................................................. 错误！未定义书签。参考文献 ............................................ 错误！未定义书签。致谢 ................................................. 错误！未定义书签。
题目 1、工业串联机器人常用的驱动方式、传动系统、传感器类型 比较 2、智能移动机器人的驱动方式、传动系统、传感器类型 比较 3、现在机器人的控制系统、控制结构 概述 机器人问世已有几十年 但没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发 展 另一原因主要是因为机器人涉及到了人的概念 成为一个难以回答的哲学问 题。也许正是由于机器人定义的模糊 才给了人们充分的想象和创造空间。 美国机器人协会 RIA) 一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的 通过程序动作来执行各种任务 并具有编程能力的多功能操作机。 美国家标准局 一种能够进行编程并在自动控制下完成某些操作和移动作业 任务或动作的机械装置。 1987年国际标准化组织(ISO)对工业机器人的定义 “工业机器人是一种具 有自动控制的操作和移动功能 能完成各种作业的可编程操作机。 日本工业标准局 一种机械装置 在自动控制下 能够完成某些操作或者动 作功能。 英国 貌似人的自动机 具有智力的和顺从于人的但不具有人格的机器。 中国 我国科学家对机器人的定义是 “机器人是一种自动化的机器 这种 机器具备一些与人或生物相似的智能能力 如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力 是一种具有高度灵活性的自动化机器”。 尽管各国定义不同 但基本上指明了作为“机器人”所具有的二个共同点 (1) 是一种自动机械装置 可以在无人参与下 自动完成多种操作或动作功 能 即具有通用性。 (2)可以再编程 程序流程可变 即具有柔性(适应性 。 机器人是20世纪人类伟大的发明 比尔?盖茨预言 机器人即将重复PC机 崛起的道路 彻底改变这个时代的生活方式。 机器人学集中了机械工程、材料科学、电子技术、计算机技术、自动控制理 论及人工智能等多学科的最新研究成果 代表了机电一体化的最高成就 是当代 科学技术发展最活跃的领域之一。 概述 驱动方式 现代工业机器人的驱动方式主要有三种 气动驱动、液压驱动和电动驱动。 气动驱动 机器人气动驱动系统以压缩空气为动力源。气动驱动机器人具有气源方便 系统结构简单 动作快速灵活 不污染环境以及维护方便、价格便宜、适合在恶劣工况 高温、有毒、多粉尘 条件下工作等特点。常用于冲床上下料 小零件装配、食品包装及电子元件输送等作业中。由于气体可压缩 遇阻时具有容让性 因此也常用作机器人手爪的驱动源。 气动驱动系统的组成 1 气源 气动机器人可直接使用工厂压缩空气站的气源 或自行设置气源
工业机器人用电机驱动系统 机器人电动伺服驱动系统是利用各种电动机产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的各种运动的执行机构。 对工业机器人关节驱动的电动机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。特别是像机器人末端执行器（手爪）应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力。这是伺服电动机在工业机器人中应用的先决条件。 一、机器人对关节驱动电机的主要要求规纳如下 1.快速性 电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。响应指令信号的时间愈短，电伺服系统的灵敏性愈高，快速响应性能愈好，一般是以伺服电动机的机电时间常数的大小来说明伺服电动机快速响应的性能。 2.起动转矩惯量比大 在驱动负载的情况下，要求机器人的伺服电动机的起动转矩大，转动惯量小。 3.控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。 4.调速范围宽。 能使用于1：1000～10000的调速范围。 5.体积小、质量小、轴向尺寸短。 6.能经受得起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减速运行，并能在短时间内承受过载。 目前，由于高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机在工业机器人中得到广泛应用，一般负载1000N（相当100kgf）以下的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机，步进电动机和DC伺服电动机。其中，交流伺服电动机、直流伺服电动机、直接驱动电动机（DD）均采用位置闭环控制，一般应用于高精度、高速度的机器人驱动系统中。步进电动机驱动系统多适用于对精度、速度要求不高的小型简易机器人开环系统中。交流伺服电动机由于采用电子换向，无换向火花，在易燃易爆环境中得到了广泛的使用。机器人关节驱动电动机的功率范围一般为0.1～10kW。工业机器人驱动系统中所采用的电动机。
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
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
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/a89744615.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。
(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
(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