《六足仿生机器人》

l六足昆虫机器人机械原理一、基本原理本项目的机器人，传动系统还是继续利用“摆动曲柄滑块机构”原理，把减速电机的旋转运动转换为驱动腿迈步的往复摆动运动，再结合简单的连杆结构，协调六条腿按照昆虫的步态规律实现爬行运动。

1、运动方式本项目机器人是模仿拥有六条腿的昆虫的爬行运动。

昆虫爬行想必大家都是见过的，但是由于昆虫的六条腿还是多了些，而且一般昆虫的动作都比较迅速，观察起来有点眼花缭乱，所以可能很多人并不是很了解昆虫爬行时这六条腿是如何协调动作的。

而要做好六足爬行机器人，就要清晰的了解这六条腿的每个阶段的步伐状态，也就是我们常说的“步态”。

实际上，一般六条腿的昆虫，是以三条腿为一组、共两组交叉进行协调运动的。

同一时间内，有一组也就是三条腿着地，另外一组的三条腿是离开地面的，然后两组交替切换往前爬行。

我们都知道，三点可以确定一个平面，即三条腿可以保证整个身体的平衡，这也许就是很多昆虫都是长了六条腿的主要原因吧。

以下是六足昆虫爬行步态的分解，以前进方向为例进行说明:1、静止时六条腿都是同时着地;2、前进时，先迈出第1组三条腿(左前、右中、左后)，第2组三条腿着地(右前、左中、右后);3、第1组三条腿(左前、右中、左后)往前迈出着地后保持不动，然后换第2组三条腿(右前、左中、右后)往前迈出;4、第2组三条腿(右前、左中、右后)往前迈出着地后保持不动，再换第1组……如此循环往复，同一时间都保证有一组三条腿着地以保持身体的平衡，并不断往前进。

2、驱动机理本项目机器人是采用六足爬行的方式运动，对于六足的驱动力量也是有一定要求的，所以与前几个仿生类机器人项目一样都是借助减速电机所具有的“低转速、高扭矩”的特性来实现的。

与PVC-Robot 11号、PVC-Robot 12号机器人驱动双臂以及与PVC-Robot 13号驱动双足类似，本项目机器人六足中的中间两足是主动足，是由减速电机直接驱动的，而采用的减速电机同样也必须要满足两个条件:1、拥有足够的动力，能够支撑双足行走;2、减速电机左右两侧同轴输出。

六足仿蜘蛛机器人的结构设计与仿真分析一、概述随着科技的飞速进步，机器人技术已经逐渐渗透到各个领域，特别是在仿生机器人领域，其研究与应用更是取得了显著的成果。

六足仿蜘蛛机器人作为仿生机器人的一种，其结构设计与仿真分析是当前研究的热点之一。

六足仿蜘蛛机器人是一种模拟蜘蛛行走方式的机器人，具有适应性强、稳定性高、运动灵活等优点。

通过模拟蜘蛛的六足行走机制，该机器人能够在复杂环境中实现高效、稳定的运动，具有重要的应用价值。

在结构设计方面，六足仿蜘蛛机器人需要考虑多个因素，包括机械结构、驱动方式、运动学分析等。

机械结构是机器人的基础，需要合理设计各部件的尺寸、形状和连接方式，以实现机器人的稳定行走和灵活运动。

驱动方式的选择直接影响到机器人的运动性能和效率，常见的驱动方式包括电机驱动、液压驱动等。

运动学分析则是研究机器人运动规律的重要手段，通过对机器人运动学模型的建立和分析，可以预测和优化机器人的运动性能。

在仿真分析方面，通过建立六足仿蜘蛛机器人的虚拟样机，可以在计算机环境中进行各种实验和测试，以验证机器人设计的合理性和有效性。

仿真分析可以帮助研究人员快速发现设计中存在的问题，并进行相应的优化和改进。

仿真分析还可以为机器人的实际制造和测试提供重要的参考依据。

本文旨在探讨六足仿蜘蛛机器人的结构设计与仿真分析方法，为该类机器人的研究和应用提供有益的参考和借鉴。

1. 机器人技术的发展趋势随着科技的飞速进步，机器人技术正迎来前所未有的发展机遇。

从简单的自动化操作到复杂的智能决策，机器人技术正逐步渗透到我们生活的方方面面。

在当前的科技浪潮中，机器人技术的发展趋势呈现出以下几个显著特点。

人工智能技术的深度融合是机器人技术发展的重要方向。

随着深度学习、神经网络等技术的不断发展，机器人逐渐具备了更强的感知、理解和决策能力。

这使得机器人能够更好地适应复杂多变的环境，实现更高级别的自主操作。

机器人技术的集成化趋势日益明显。

传统的机器人往往只具备单一的功能，而现代机器人则更倾向于将多种功能集成于一体，实现一机多用。

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AbstractBionic 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 ofsix-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 processorS3C2440, 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目录1. 绪论2. 六足机器人的硬件搭建3. 操作系统的搭建4. 六足机器人的步态分析与实现5. 总结与展望1. 绪论1.1 多足机器人的发展状况目前，用于在人类不宜、不便或不能进入的地域进行独立探测的机器人主要分两种，一种是由轮子驱动的轮行机器人，另一种是基于仿生学的步行机器人。

项目研究报告北京理工大学机电学院 20081043 吴帆——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。

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。

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]。