仿生蜘蛛机器人的设计与实现_施文灶

仿生智能机器人的设计与实现随着科学技术的发展，机器人技术已经越来越成熟，并得到越来越广泛的应用。

目前，随着人工智能技术的不断发展，仿生智能机器人逐渐成为研究、开发的热点领域。

本文将就仿生智能机器人的设计与实现进行探讨。

一、机器人的分类机器人可以根据其用途和功能进行分类。

根据用途可以将其分为工业机器人、服务机器人等。

根据功能可以将其分为自主式机器人、协作式机器人、仿生机器人等。

而仿生机器人又可以进一步分类为仿生智能机器人和仿生机械臂等。

二、仿生智能机器人的设计仿生智能机器人的设计主要包括以下几个方面。

1. 传感器的设计：仿生智能机器人需要大量的传感器来感知周围的情况，如视觉传感器、触觉传感器、听觉传感器等。

这些传感器需要具备高精度和高可靠性，才能确保机器人的操作精度和安全性。

2. 运动系统的设计：仿生智能机器人的运动系统需要符合生物学的机理，如人类的关节运动等。

同时，机器人的运动系统需要具备高速、高精度、高负载等特性，以满足各种操作需求。

3. 控制系统的设计：仿生智能机器人的控制系统需要具备高智能的特性，能够自主学习和适应环境，能够自主感知周围环境的变化，从而实现高效的操作。

4. 人机交互接口的设计：仿生智能机器人需要提供友好的人机交互接口，方便用户进行控制和操作。

这个接口可以是语音识别、手势识别、虚拟现实等形式。

三、仿生智能机器人的实现仿生智能机器人的实现需要通过一系列的研究和技术创新来实现。

以下是实现仿生智能机器人的一些关键技术。

1. 深度学习技术：深度学习技术可以通过神经网络模拟人类的智力，从而实现机器人的自主学习和适应环境。

2. 机器视觉技术：机器视觉技术可以通过图像识别、目标跟踪等技术，实现机器人对周围环境的全面感知。

3. 传感器技术：传感器技术是实现机器人感知环境的基础。

目前已经研发出了各种类型的传感器，如激光雷达、视觉传感器等。

4. 运动控制技术：运动控制技术可以实现机器人的高速、高精度运动，如闭环控制、PID控制等。

仿生蜘蛛探测仪及其使用方法与相关技术一、使用方法：1.准备工作：将仿生蜘蛛探测仪充电至电池满电，确保探测仪可以正常工作。

2.启动设备：按下启动按钮，探测仪开始工作，开始模拟蜘蛛的行为。

3.设置目标：通过控制面板或者遥控器，设置探测仪的目标或者行进路线。

4.开始探测：探测仪会根据设置的目标或者路线进行探测，模仿蜘蛛的方式进行移动和感知。

5.数据采集：探测仪会将所探测到的信息通过传感器采集并传输给用户，包括图像、温度、声音等多种类型的数据。

6.数据分析：用户可以对探测仪采集到的数据进行分析，从中获取有用的信息。

7.控制设备：用户可以通过控制面板或者遥控器对探测仪进行控制，比如改变行进路线、调整传感器敏感度等等。

二、相关技术：1.仿生学原理：仿生蜘蛛探测仪借鉴了蜘蛛的外形和行为，通过模拟蜘蛛的运动方式和感知能力，达到探测的目的。

2.机械设计：仿生蜘蛛探测仪的外形和结构需要经过精确的机械设计，以便实现类似蜘蛛的行进方式，如八条腿的设计、蜘蛛网的模拟等。

3.传感器技术：探测仪需要配备各种传感器，如摄像头、温度传感器、声音传感器等，以便感知周围环境并采集数据。

4.控制系统：探测仪需要配备一套完善的控制系统，包括控制面板、遥控器等，以便用户可以对其进行控制和操作。

5.数据处理：探测仪采集到的数据需要进行处理和分析，以便提取出有价值的信息。

这需要使用计算机视觉、图像处理、机器学习等相关技术。

6.电源技术：仿生蜘蛛探测仪需要配备稳定的电源系统，以提供足够的电能支持其工作。

总结：仿生蜘蛛探测仪是一种基于仿生学原理设计的机器人设备，它模拟了蜘蛛的外形和行为，具备类似蜘蛛的探测能力。

使用仿生蜘蛛探测仪时，首先进行准备工作，然后启动设备并设置探测目标，探测仪会根据目标进行探测，并采集数据。

用户可以对采集到的数据进行分析，并通过控制系统对探测仪进行操作和控制。

相关技术包括仿生学原理、机械设计、传感器技术、控制系统、数据处理和电源技术等。

一种新型仿生蜘蛛机器人行走机构的设计研究梁忠正;陈玉娟;沈家润;骆淳;陈宇航【摘要】本文运用真空吸附技术设计了一种能够运用6足稳定,实现行走、转弯、爬墙、避障的新型仿生蜘蛛机器人.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2016(000)009【总页数】3页(P47-49)【关键词】蜘蛛机器人;真空吸附;行走机构;爬墙;避障【作者】梁忠正;陈玉娟;沈家润;骆淳;陈宇航【作者单位】上海师范大学信息与机电工程学院,上海 201418;上海师范大学信息与机电工程学院,上海 201418;上海师范大学信息与机电工程学院,上海 201418;上海师范大学信息与机电工程学院,上海 201418;上海师范大学信息与机电工程学院,上海 201418【正文语种】中文仿生蜘蛛机器人是对蜘蛛形状、运动原理和行为方式等进行模仿，相比履带式或轮式机器人，仿生蜘蛛机器人存在结构上的不足。

履带式机器人有更大的抓地面积，即使在一些坡度较陡的路面，履带式机器人也能顺利爬行，而蜘蛛机器人由于行走方式的不同，不能像履带式那样表现出色。

针对仿生蜘蛛机器人的这种缺点，采用不受地面材料限制的真空吸附法，给出了一种新型机器人的改进设计方案。

该设计方案在功能结构上既保留了蜘蛛仿生机器人环境适应能力强、运动灵活的特点，又克服了其攀爬陡坡时的缺点，且实验测试效果良好。

新型仿生蜘蛛机器人的结构设计如图1所示。

机器人本体是一个圆柱形结构，底盘为上下两层结构，电子硬件安装在下层底盘，感受器安装在上层底盘，机器人的核心部件都在两底板之间，保护效果很好。

躯干部分：考虑到机器人躯干部位对灵活度基本没有要求，无需搭建活动关节，且躯干不宜受到关节活动干扰，采用加工六边形铝合金作为底盘，既减轻了重量，又利于支撑及保护内部装置。

控制器采用arduino足，以满足机器人运算要求。

头部：在机器人上层底盘上安装采用激光扫描雷达作为主感受器，用于识别物体与避障，构成机器人的头部。

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,2005,06:517­520.[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,2004,03:283­288.[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,2002,04:392­396.[4]马光. 仿生机器人的研究进展[J]. 机器人,2001,05:463­466.[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,2001,05:476­480.[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,2002,05:427­431.[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.19205:226­227+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,2007,04:158­161.[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),2007,06:58­62.[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.20112:44­45+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,2008,07:1063­1066.[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.3205:688­694.[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.34132:152­154.[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.4801:19­24.三、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。

蜘蛛的脚机器人运动原理
1. 蜘蛛的脚机器人模仿蜘蛛腿的结构和运动方式。

2. 由多个关节和段组成,关节可实现多方向弯曲。

采用仿生材料,具有柔韧性。

3. 每个关节由小型电机驱动,可以精确控制关节转角。

电机的控制实现蜘蛛步态。

4. 在不同的足端加压传感器,用于感测地面反力,帮助力学稳定计算。

5. 控制系统结合力学模型,协调各关节运动,保证受力平衡稳定。

6. 不同足在不同阶段着地,其他足抬起,实现爬行运动。

7. 利用抓地力产生向前推进力,并控制身体姿态保持稳定。

8. 机器人还具有自主导航定位功能。

根据地形自适应选择最佳足端着地点。

9. 利用不同的歩态算法可实现正向、后退、转弯等不同运动。

10. 整个系统控制精确复杂,要求控制算法协调各关节运动,实现稳定爬行。

智慧钥匙作品：蜘蛛机器人组长：林继荣（测控）组员：戚海锋，杨小双陈三奇，卢冬华宋亚威以下是我们的作品，演讲完请给予我们指导，谢谢！前言•2009年4月19日，一家法国公司制作的高12米、重37吨的巨型机械蜘蛛行走在日本港口城市横滨街头。

这个巨型蜘蛛行走自如，与真实自然世界的蜘蛛十分相似。

行走时，左边第一、右边第二、左边第三、右边第四的脚的动作一样，而右边第一、左边第二、右边第三、左边第四的脚的动作一样。

图片继续返回可以看出，若不是新闻报道，还真的很像是科幻片中的片段。

在惊叹的同时，也激起了我们对机器人的热情。

在本次慧博杯中，我们小组就设想了一个简单的蜘蛛机器人。

目录•机器人概述•机器人主要组成部分•原理图•程序设计•替代电路•总结•附录机器人概述：返回目录本小组所设计的机器人立足于现实中自然界的蜘蛛。

跟真实中一样，蜘蛛机器人也有8个脚。

不同的是我们在蜘蛛机器人的脚上装有霍尔开关，以探测金属。

如图所示，蜘蛛机器人有八个脚，每个脚由两个伺服电机控制。

在每个脚下装有霍尔开关以探测金属。

蜘蛛机器人的运动将由红外遥控控制。

当遇到金属时，霍尔开关会由高电平转变为低电平，以使蜂鸣器发声。

1．机器人的大脑——单片机。

我们用的是普遍使用的AT89S52单片机。

AT89S52单片机执行三个功能：●使机械手各部件按预定在规定的点开始和结束动作；●将位置和程序的信息存储在存储器中；●使机器人通过在工作区域内的传感器了解“外部”环境并相互联系。

2．机器人的眼睛耳朵——传感器传感器，是机器人的感觉器官，是机器人和现实世界之间的纽带，使机器人能感知周围的环境情况。

其主要有：光电传感器、红外传感器、力传感器、超声波传感器、位置和姿态传感器等等。

我组所用的传感器主要有两种：红外传感器霍尔接近开关▲红外传感器。

红外传感器是用来测量距离和感知周围情况的。

因为发射出去的红外信号在一定距离内遇到物体就会反射回来。

通过发送红外线信号，并接收反射回来的信号，机器人就可以感知前方或身体周围的情况，做出相应的调整（如：倒退或绕行等）。

仿生机器人控制系统设计与实现随着科技的不断发展，人类对于仿生机器人的需求逐渐增加。

仿生机器人作为具备人类特征和行为的机器人，不仅可以模拟人类的外貌和动作，还能够与人类进行沟通和互动。

为了实现仿生机器人的高度智能化和精确控制，一个完善的仿生机器人控制系统至关重要。

在仿生机器人控制系统中，主要包括硬件和软件两个层面。

硬件层面涉及到机器人的硬件构造、传感器装置以及执行器等物理部件，而软件层面则是对机器人进行编程和控制的核心部分。

本文将从仿生机器人控制系统设计的角度出发，详细介绍其涉及的关键要素和实现方法。

首先，仿生机器人控制系统的设计需要考虑到机器人的外形和动作。

仿生机器人的外形通常模拟人类或动物的形态特征，如头部、躯干、四肢等。

这些外形特征的设计要结合机器人的功能需求和运动学原理，以实现机器人的自然外观和灵活动作。

同时，为了提高机器人的操作性和适应性，还可以根据实际任务需求添加一些功能性部件，如摄像头、触摸传感器等，从而实现对环境的感知和互动。

其次，仿生机器人的控制系统需要包括多种传感器装置，以实现对环境的感知和数据采集。

常见的传感器包括视觉传感器、声音传感器、力传感器等。

视觉传感器可以实现对物体的检测和跟踪，声音传感器可以实现对声音的识别和指令理解，力传感器则可以实现对物体的力的感知。

这些传感器通过转换环境中的实际物理信号为数字信号，并通过控制系统进行数据分析和处理，从而实现机器人的智能感知和决策能力。

另外，仿生机器人的控制系统中还需要具备强大的执行器控制能力，用于实现机器人的运动和动作。

执行器包括伺服电机、步进电机、气动元件等，它们通过接收控制系统发送的指令，从而实现机器人的运动和动作。

执行器的选择要根据机器人的功能需求和运动要求进行，同时还需要考虑到执行器的控制精度、速度调节范围等因素。

在仿生机器人控制系统的软件设计中，一个关键的部分就是机器人的控制算法。

控制算法的设计要根据机器人的功能需求和运动学原理，以实现机器人的精确控制和运动规划。

2019年8期创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application六足仿生蜘蛛机器人步态轨迹规划研究张思晨，莫书维，关荣博，范博（合肥工业大学，安徽合肥230009）蜘蛛机器人反应速度较快，移动姿势较为灵活，可以代替人类完成和很多操作。

为了深入探究六足蜘蛛机器人功效，可以采用虚拟样机，对机器人步行轨迹进行仿真，根据仿真结果做出适当调整，使其满足机器人操作需求[1]。

本文将重点探究蜘蛛机器结构、步态原理，通过构建仿真模型，对机器人进行仿真分析。

1六足仿生蜘蛛机器结构1.1机器人整体设计为了提高机器人结构强度，本文通过查找文献资料，对机器人结构进行了研究分析，最终选取菱形作为机器人基本结构[2]。

该结构不仅能够增加机器人腿部活动空间，而且还能够减少腿部之间的碰撞，避免行走过程中相互干涉。

从材料消耗角度来看，菱形机器人还能够减少材料消耗量，整体重量也比较小，这也是蜘蛛机器人行走灵活主要因素之一。

选取铝制材料为主要材料，利用外围设备、多种传感器、供电电池、核心控制器单片机构建机器人整体结构。

1.2躯干设计为了保证蜘蛛机器人正常运行，必须保证控制器安置位置在一个不容易活动的位置，避免活动幅度较大，对控制器程序命令下达造成影响。

本文对机器活动关节进行研究分析，从中选取躯干部位作为控制器安装位置。

这种安装方式不仅可以为机器人操控提供便利条件，而且还可以避免控制器受器件活动影响。

考虑到控制器控制操作要求较高，采用传统的开发方式无法满足机器人操控需求。

因此，本文选取Arduino 作为开发环境[3]。

首先，对各个传感进行初始化处理。

其次，根据操作需求，对各个传感器下达控制命令，以传感器驱动方式控制机器人运行轨迹，通过调整算法，对数据进行处理，从而实现命令操控[4]。

1.3头部设计本文设计的蜘蛛机器人在运行过程中，需要根据采集到的视频信息，对运行轨迹做出调整。

根据此运行操控原理，构建三维坐标系，在机器人的头部安装微型摄像头，并利用微型摄像头360度采集视频信息，将采集到的视频信息转换为三维坐标信息，在x ，y ，z 轴上生成移动轨迹，从而获取机器人移动轨迹[5]。

仿生蜘蛛型机器人体系结构研究谢志浩;柯文德【摘要】分析了六足仿生蜘蛛机器人的体系结构特点，设计了基于无线PS2手柄控制的六足仿生机器人多路舵机控制结构，采用32路舵机控制板、高扭矩舵机MG995实现了关节运动控制，基于控制板上位机开发运动步态实现了机器人一个步态周期内的直线行走、定点转弯运动。

实验验证了设计的有效性。

%The architecture of bionic spider robot is analyzed .The multi-servo controller for bionic spider robot with 6 legs based on infra-red PS2 handle is designed .The controlling board for 32 servos and the high torque MG995 servo are used to realize the joint movement . The upper computer is used to develop movement gaits as well ,which realizes the straight movement and movement of turning around on fixed point .The experiment proves the validity of method .【期刊名称】《广东石油化工学院学报》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P56-59)【关键词】运动规划;舵机;仿生机器人【作者】谢志浩;柯文德【作者单位】广东石油化工学院计算机与电子信息学院，广东茂名525000;广东石油化工学院计算机与电子信息学院，广东茂名525000【正文语种】中文【中图分类】TP242仿生机器人集成了生物仿生、控制论、计算机、电子电气、机构学、传感器、电机控制等技术，通过模仿自然界生物的形态、动作等特征，体现出灵活的环境适应性，能够满足特定的应用场合[1-2]。