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本文旳设计为六足爬虫机器人，机器人以交流-直流开关电源作为动力源，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旳控制，机器人可以实现前进、后退等运动方式，三足着地运动方式保证了机器人可以平稳运行。
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 旳PWM 波形，通过软件改写脉冲旳占空比，从而到达变化伺服电机角度旳目旳。
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旳每条腿都能单独完毕抬腿、前进、后退运动。
此方案旳特点：每条腿都能自由活动，每条腿都能单独进行二自由度旳运动。
每条腿旳灵活性好，更轻易进行仿生运动，六足爬虫机器人可以完毕除规定外旳诸多动作，运动旳视觉效果更好。
由于每条腿能单独完毕二自由度旳运动，因此每条腿上要安装两个舵机，舵机使用数量大，舵机旳安装难度加大，机械构造部分旳制作相对复杂，又由于每个舵机都要有单独旳信号控制，电路控制部分变得复杂了，控制程序也对应旳变得复杂。
方案二：六足爬虫式机器人采用三腿为一组旳运动模式，且同一侧旳前腿、后腿旳前后转动由同一侧旳中腿进行驱动。
采用三腿为一组(一侧旳前足、后足与另一侧旳中足为一组)旳运动方式，各条腿可以协调旳进行运动，机器人旳运动相对平稳。
此方案特点：相比上述方案，个腿可以协调运动，在满足运动规定旳状况下，舵机使用数量少，节省成本。
机器人运动平稳，控制、驱动部分都得到对应旳简化，控制简朴。
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爬虫式机器人旳行走是以三条腿为一组进行旳，即一侧旳前、后足与另一侧旳中足为一组。
这样就形成了一种三角形支架构造，当这三条腿放在地面并向后蹬时，此外三条腿即抬起向前准备轮换。
这种行走方式使六足爬虫式机器人运动相称稳定，任何时刻有三足着地，可以保持良好旳平衡，并可以随时随地停息下来，由于其重心总是落在三角支架之内。
2023年第47卷第4期Journal of Mechanical Transmission混联双平台错动式六足机器人步态分析及轨迹规划王春臻李瑞琴柴超王志浩樊文龙（中北大学机械工程学院，山西太原030051）摘要提出了一种基于R&（2-UPU/2-RPR）混联机构的新型混联双平台错动式六足机器人，并对该机器人进行了结构设计。
该六足机器人依靠2-UPU/2-RPR并联机构上、下两个平台的相互错动产生行走动作，其并联机构同时被用作连接两组3条腿的机身，从而使得该机器人能够以较少的驱动实现“3+3”的步态行走；该六足机器人的机身与载物平台以相对转动结构串联，可实现零半径360°灵活转弯。
基于RPY变换矩阵求得了并联机构的位置逆解；通过分析该六足机器人腿部的相互干涉约束和驱动约束，得到了机器人的最大步长、在1个间歇周期中单次转动的最大零半径转角和运动轨迹曲线；分析了该六足机器人在平地行走和爬台阶时的步态；对其载重量进行的有限元分析结果证明，该六足机器人能够代替挑夫在崎岖山路上载物行走，具有广泛的应用前景。
关键词六足机器人R&（2-UPU/2-RPR）混联机构步态分析轨迹规划载重能力Gait Analysis and Trajectory Planning of a Hybrid Dual-platformStaggered Hexapod RobotWang Chunzhen Li Ruiqin Chai Chao Wang Zhihao Fan Wenlong（School of Mechanical Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China）Abstract A novel hybrid dual-platform staggered hexapod robot based on R&(2-UPU/2-RPR) hybrid mechanism is proposed, and the structure of the robot is designed. The hexapod robot relies on the mutual dislocation of the upper and lower platforms of a 2-UPU/2-RPR parallel mechanism to generate the walking action. The parallel mechanism is also used as a body connecting two groups of three legs, so that the robot can achieve “3+3”gait walking with less driving. The body of the hexapod robot is connected in series with the loading platform by a relative rotation structure, which can realize 360° flexible turning with zero radius. The inverse position solution of the parallel mechanism is obtained based on the RPY transformation matrix. The maximum step length, the maximum zero radius turning angle of a single turn in an intermittent period of the hexapod robot and the trajectory curve of the hexapod robot are obtained by analyzing the mutual interference constraints of the legs and driving constraints of the hexapod robot. The gait of the hexapod robot walking on flat ground and climbing steps is analyzed. Finite element analysis results on its load capacity show that the hexapod robot can replace the porter and has a wide range of potential applications.Key words Hexapod robot R&(2-UPU/2-RPR) hybrid mechanism Gait analysis Trajectory plan⁃ning Loading capacity0 引言在各大名山景区一直都存在挑夫这一职业。
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]。
- IV -3.2六足机器人运动学建模 (28)3.2.1单腿坐标系建立 (28)3.2.2正运动学解算 (29)3.2.3逆运动学解算 (31)3.3六足机器人运动学规划 (31)3.3.1直线行走单腿运动学规划 (32)3.3.2原地转弯单腿运动学规划 (34)3.4仿真验证 (36)3.4.1直线行走仿真验证 (36)3.4.2原地转弯仿真验证 (38)3.5本章小结 (38)第4 章基于Hopf 振荡器的CPG 网络分析与建模 (40)4.1 引言 (40)4.2生物CPG 网络与节律运动分析 (40)4.2.1生物节律运动 (40)4.2.2步态的相关定义 (41)4.3基于Hopf 振荡器的CPG 神经元建模 (42)4.3.1非线性振荡器数学模型 (42)4.3.2基于Hopf 振荡器腿间CPG 网络搭建 (43)4.3.3不同步态下的CPG 网络验证 (47)4.4腿内CPG 耦合网络设计 (51)4.4.1直线行走 (53)4.4.2原地转弯 (56)4.5仿真验证 (58)4.6本章小结 (59)第5 章六足机器人单腿测试试验 (61)5.1 引言 (61)5.2力传感器标定试验 (61)5.3末端执行器抓取试验验证 (62)5.4末端执行器辅助行走试验验证 (64)5.5本章小结 (66)结论 (67)参考文献 (69)- V -附录 (73)攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 (74)哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (75)致谢 (76)- VI -第1章绪论1.1课题研究的背景及意义1.1.1课题来源本课题来源于总装921 工程三期空间站机器人预研项目。
1.1.2课题背景及意义传统的轮式、履带式机器人具有机械结构简单、运动速度快、能耗低、控制简单等优点，在相对平坦的结构环境下具有较大的优势；但是在地球及其余人类所能达到的环境中，诸如山地、丘陵、沼泽、沙漠的复杂非结构环境占90%以上，传统的轮式、履带式机器人一旦接触到上述结构复杂的地形地貌时，运动速度急剧下降，能耗大幅上升，甚至行走功能彻底失效，更糟糕的可能会造成侧翻等不可逆转的后果；如图1-1 所示，美国国家航空和宇宙航行局（NASA）发射的勇气号（Spirit）火星探测车由于车轮沉陷到沙土中，失去了行走能力[1]。
五邑大学毕业设计说明书毕业设计题目：六足机器人的运动分析及路径规划院系机电工程学院专业机械工程及自动化学号 AP*******学生姓名诸焕城学生电话131****9195指导教师李昌明副教授完成日期 2012年5月20日摘要六足步行机器人机动性强，适应能力高，能代替多种机器人完成工作，其研究具有重要的科学意义和实际应用价值。
本文针对六足步行机器人的机体设计、步态规划、运动学分析、足端轨迹规划中的空间插值方法及避障路径规划算法等理论和技术问题，开展了较为系统的研究工作。
首先，对六足昆虫进行机械建模，确定选用椭圆形身体布局后，进一步对六足步行机器人在三角形步态下的爬行稳定性进行详细地分析；然后，求解机器人步行足运动学的正逆解问题，利用求解结果辅助规划机器人的足端轨迹。
MATLAB的分析仿真发现，在六次多项式函数的足端轨迹曲线下，步行足具有较好的运动特性；最后，先简单介绍了人工势场和蚁群算法，再合理地对两种算法进行了有效地融合与改进，扬长避短，得到了一种更高效智能的路径轨迹规划算法。
MATLAB的仿真实验结果证明了该算法的有效性。
关键词：六足步行机器人；步态规划；运动学；轨迹规划；人工势场；蚁群算法AbstractDue to the great mobility and adaptability of hexapod walking robot, and their high performances in various robotic tasks, the research on it is of momentous scientific significance and practical application value. This thesis addresses body design, gait planning and kinematics analysis, polynomial interpolation method of foot trajectory planning, and obstacle path planning algorithm for hexapod walking robot. In order to solve these problems, a systematic study for the robots is presented. Firstly, the oval body configuration is chosen based on the structure and motion characteristic of insect, and then drive deeper into the stability of crawl locomotion under the tripod gait movement. Secondly, after solving forward and inverse kinematics of swinging leg, polynomial interpolation method is adopted to find a better curve of foot trajectory. MATLAB is used to do this simulation. The solution shows that swinging leg possesses the excellent kinetic characteristic under the six-order polynominal function curve. Finally, a brief description of artificial potential field method(PFM) and ant colony algorithm(ACO) exposes the imperfection of them. A new algorithm is proposed by combining PFM with ACO effectively．Simulation results testify the validity of this method for robot path planning．Key words：Hexapod walking robot Gait planning Kinematics Trajectory planning Artificial potential field Ant colony algorithm目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题的来源及研究的目的与意义 (1)1.2 文献综述 (1)1.2.1 国外仿生多足机器人研究概况 (1)1.2.2 国内仿生多足机器人研究概况 (4)1.3 本课题研究的主要内容 (5)1.4 本章小结 (5)第2章仿生六足机器人机构建模 (6)2.1 仿生六足机器人机构模型 (6)2.2 基于螺旋理论的机构自由度分析 (6)2.3 机器人机体结构 (8)2.4 本章小结 (9)第3章六足机器人静态步态规划分析 (9)3.1 步态的相关概念 (9)3.2 六足机器人的步态分析 (10)3.3 三角形步态 (11)3.3.1 三角形步态的稳定性分析 (11)3.3.2 六足机器人的步长设计 (12)3.3.3 六足机器人着地点的优化 (13)3.4 本章小结 (15)第4章六足机器人的运动学分析 (15)4.1 D-H变换 (15)4.2 步行足坐标系的建立 (16)4.3 运动学正解 (17)4.4 运动学逆解 (18)4.5 基于微分变换法的雅可比矩阵 (19)4.6 本章小结 (20)第5章机器人的足端轨迹规划 (21)5.1 步行足的摆动轨迹分析 (21)5.2 步行足的摆动轨迹生成 (22)5.3 足端轨迹仿真分析 (24)5.4 本章小结 (27)第6章六足机器人避障路径轨迹规划 (28)6.1 人工势场法路径规划 (28)6.1.1 人工势场法原理 (28)6.1.2 受力分析 (30)6.2 蚁群算法路径规划 (31)6.2.1 蚁群算法原理 (31)6.2.2 基本蚁群算法的数学模型 (32)6.3 势场和蚁群算法结合与改进 (34)的构造 (34)6.3.1 启发信息ij6.3.2 期望启发式因子β的改进 (35)6.4 算法步骤 (35)6.5 基于势场蚁群算法路径规划的仿真实现 (35)6.6 本章小结 (37)结论 (38)参考文献 (39)致谢 (42)附录A 运动分析的相关程序 (43)1 计算两组支撑三角形最大重叠面积 (43)2 转换矩阵生成程序 (43)3 足端轨迹的生成和计算程序 (44)4 求运动逆解问题 (47)附录B 路径规划的相关程序 (47)1 路径规划的主程序 (47)2 计算引力、斥力与x轴的角度 (49)3 计算引力大小 (49)4 计算斥力大小 (49)5 计算合力在在八个可行方向上的分量 (51)6 计算由合力引起的启发信息 (52)7 地图生成程序 (55)8 势场蚁群算法程序 (56)第1章绪论1.1 课题的来源及研究的目的与意义机器人自问世以来，伴随着电子计算机的发展，整合多科学领域里的新成果，已经成为一种现代科学技术的典型产物,在工业、农业、娱乐、军事等行业中均扮演着举足轻重的角色。
六足机器人的运动分析及路径规划机电工程3班诸焕城指导教师：李昌明副教授摘要本文针对六足步行机器人的机体设计、步态规划、运动学分析、足端轨迹规划中的空间插值方法及避障路径规划算法等理论和技术问题，开展了较为系统的研究工作。
首先，对六足昆虫进行机械建模，确定选用椭圆形身体布局后，进一步对六足步行机器人在三角形步态下的爬行稳定性进行详细地分析；然后，求解机器人步行足运动学的正逆解问题，利用求解结果辅助规划机器人的足端轨迹。
MATLAB的分析仿真发现，在六次多项式函数的足端轨迹曲线下，步行足具有较好的运动特性；最后，先简单介绍了人工势场和蚁群算法，再合理地对两种算法进行了有效地融合与改进，扬长避短，得到了一种更高效智能的路径轨迹规划算法。
MATLAB的仿真实验结果证明了该算法的有效性。
关键词：六足步行机器人；步态规划；轨迹规划；人工势场；蚁群算法AbstractThis thesis addresses body design, gait planning and kinematics analysis, polynomial interpolation method of foot trajectory planning, and obstacle path planning algorithm for hexapod walking robot. In order to solve these problems, a systematic study for the robots is presented. Firstly, the oval body configuration is chosen based on the structure and motion characteristic of insect, and then drive deeper into the stability of crawl locomotion under the tripod gait movement. Secondly, after solving forward and inverse kinematics of swinging leg, polynomial interpolation method is adopted to find a better curve of foot trajectory. MATLAB is used to do this simulation. The solution shows that swinging leg possesses the excellent kinetic characteristic under the six-order polynominal function curve. Finally, a brief description of artificial potential field method(PFM) and ant colony algorithm(ACO) exposes the imperfection of them. A new algorithm is proposed by combining PFM with ACO effectively．Simulation results testify the validity of this method for robot path planning．Key words：Hexapod walking robot；Gait planning；Trajectory planning ；Artificial potential field；Ant colony algorithm1 绪论随着科学迅猛发展，人类探索研究范围逐渐扩展到一些人类无法到达或可能危及生命的特殊场合。
工业机器人的最优时间与最优能量轨迹规划一、本文概述Overview of this article随着科技的飞速发展和工业自动化的不断推进，工业机器人已成为现代制造业中不可或缺的重要工具。
其中，工业机器人的轨迹规划问题成为了研究的关键点之一。
轨迹规划不仅决定了机器人的运动路径，更直接关系到机器人的工作效率、能源消耗以及使用寿命。
因此，如何实现工业机器人的最优时间与最优能量轨迹规划，成为了当前研究的热点和难点。
With the rapid development of technology and the continuous advancement of industrial automation, industrial robots have become an indispensable and important tool in modern manufacturing. Among them, the trajectory planning problem of industrial robots has become one of the key points of research. Trajectory planning not only determines the motion path of a robot, but also directly affects its work efficiency, energy consumption, and service life. Therefore, how to achieve optimal time and energy trajectory planning for industrialrobots has become a hot and difficult research topic.本文旨在深入探讨工业机器人的最优时间与最优能量轨迹规划问题，分析现有方法的优缺点，并提出一种更加高效、节能的轨迹规划方法。
