本科毕设步行机器人文献综述

机械臂的运动学分析综述前言随着工业自动化的发展，机械臂在产业自动化方面应用已经相当广泛。

机械臂在复杂、枯燥甚至是恶劣环境下，无论是完成效率以及完成精确性都是人类所无法比拟的，也因此，机械臂在人类的生产和生活中发挥着越来越重要的作用。

自从第一台产业用机器人发明以来，机械臂的应用也从原本的汽车工业、模具制造、电子制造等相关产业，向农业、医疗、服务业等领域渗透。

按照不同的标准，机器人分类方法各异。

操作性与移动性是机器人最基本的功能构成[1]。

根据机器人是否具有这两个能力对机器人进行分类，可以把机器人大体分为三大类：（1）仅具有移动能力的移动机器人。

比如Endotics医疗机器人、Big Dog、PackBot，以及美国Pioneer公司的研究型机器人P2-DX、P3-DX、PowerBot 等。

（2）仅具有操作能力的机械臂。

比如Dextre、PUMA560、PowerCube机械臂等。

（3）具有移动和操作能力的移动机械臂系统。

如RI-MAN、FFR-1、以及勇气号火星车等[2]。

机械臂作为机器人最主要的执行机构，工程人员对它的研究也越来越多。

在国内外各种机器人和机械臂的研究成为科研的热点，研究大体是两个方向：其一是机器人的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，满足相对具体的任务的工业机器人，主要采用性价比高的模块，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。

机械臂或移动车作为机器人主体部分，同末端执行器、驱动器、传感器、控制器、处理器以及软件共同构成一个完整的机器人系统。

一个机械臂的系统可以分为机械、硬件、软件和算法四部分。

机械臂的具体设计需要考虑结构设计、驱动系统设计、运动学和动力学的分析和仿真、轨迹规划和路径规划研究等部分。

因此设计一个高效精确的机械臂系统，不仅能为生产带来更多的效益，也更易于维护和维修。

燕山大学本科毕业设计（论文）文献综述课题名称：学院（系）：年级专业：学生姓名：指导教师：完成日期：一、课题国内外现状步行机器人，简称步行机 ,是一种智能型机器人 , 它是涉及到生物科学 , 仿生学 , 机构学 , 传感技术及信息处理技术等的一门综合性高科技 . 在崎岖路面上 ,步行车辆优于轮式或履带式车辆 .腿式系统有很大的优越以及较好的机动性 , 崎岖路面上乘坐的舒适性 ,对地形的适应能力强 .所以 ,这类机器人在军事运输 , 海底探测 , 矿山开采 , 星球探测 , 残疾人的轮椅 , 教育及娱乐等众多行业 ,有非常广阔的应用前景 , 多足步行机器人技术一直是国内外机器人领域的研究热点之一。

步行机器人历经百年的发展, 取得了长足的进步, 归纳起来主要经历以下几个阶段[5]:第一阶段, 以机械和液压控制实现运动的机器人。

第二阶段, 以电子计算机技术控制的机器人。

第三阶段, 多功能性和自主性的要求使得机器人技术进入新的发展阶段。

闰尚彬,韩宝玲,罗庆生针对仿生六足步行机器人关节较多,其步态轨迹规划和关节控制量计算都较为复杂的现状,采用Solidworks软件与MSC.ADAMS 软件相结合的方式对六足仿生步行机器人的样机模型进行了运动学仿真与分析.通过仿真,验证了所设计的三角步态的适用性和所选择的三次样条曲线作为机器人足端点轨迹曲线方案的可行性.韩宝玲王秋丽罗庆生基于六足仿生步行机器人机构学特性的研究,采用数值分析法求解了机器人步行足的足端工作空间,利用虚拟样机技术计算了机器人的灵活度,从两方面综合衡量六足仿生步行机器人的工作能力,并以六足步行机器人各腿节比例关系的确定为例,介绍了六足步行机器人结构优化的具体方案.苏军陈学东田文罡研究六足步行机器人全方位行走步态，分析其静态稳定性；规划了典型直线行走步态和定点转弯步态，确定了直线行走步态最大跨步和定点转弯步态最大转角；进行了步态控制算法模拟仿真及实地步行实验。

双足步行机器人毕业论文交叉足印竞步机器人行走步态实现摘要机器人技术代表了机电一体化的最高成就，是二十世纪人类最伟大的成果之一，其中双足步行机器人因其体积相对较小，对非结构性环境具有较好的适应性，避障能力强，移动盲区很小等优良的品质，越来越受到人们的关注，因此对其控制研究和步态规划具有相当的现实意义。

本文的主要介绍了双足竞步机器人的国内外发展情况，以及PWM 指令算法和舵机的联动控制，通过认真的研究人类行走方式以及翻跟斗的动作，对机器人的行走步态进行简单的规划，设计出简化结构模型，然后以此为基础进行了适当的调整，设计出符合交叉足竞步机器人比赛要求的全部动作程序，设计完成后将程序下载到实验样机中，验证程序设计的可行性和合理性，通过反复的修改和验证使得机器人能顺利的完成比赛任务。

关键词：双足步行机器人步态规划PWM 控制ABSTRACTRobotic technology represents the electromechanical integration the greatest achievement of the 20th century, is one of the great achievement of human beings, the biped robot robot even though only the history of nearly 40 years, but because of its unique adaptability and human nature, became the robot to an important developing direction of field.Topics which aims to design a bipedal humanoid robot platform, based on the bipedal robot, walking gait for better finish tasks matting.Because of multi-joint robot has feet, drive and multisensor characteristics, and generally have redundant freedom, these features to its control problem has brought great difficulty, but also for various control and optimization method provides an ideal experimental platform, make its attracted many scholars eyes, become a blockbuster research direction, and so the biped robot gait planning and control study not only has high academic value, but also has quite practical significance.Based on the study of human walking style process and simplify the process after walking with a simplified model, to realize the steering gear PWM robot is effectively controlled.The paper mainly discussed the dynamic walking planning, design and simulation, detailed research using PWM control technology to achieve the linkage of the steering gear control more than.Keywords：Biped robot Gait planning PWM control目录摘要..........................................................................................................................I.I... ABSTRACT ................................................................................................................... I II 目录 .. (IV)1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 双足机器人的研究概况 (1)1.2.2 国内研究概况 (4)1.3 双足步行机器人的步行特点及研究意义 (5)1.4 本文研究内容及主要工作 (6)1.5 试验样机的介绍 (6)2 舵机联动单周期指令算法研究 (8)2.1 舵机PWM 信号介绍 (8)2．2 单舵机拖动及调速算法 (8)2.3 算法分析 (9)2.4 6 路PWM 信号发生算法解析 (10)3 交叉足机器人行走步态设计 (12)3.1 步态规划基本原则 (12)3.2 步态设计 (12)3.2．1 前三步步态设计 (13)3.2．2 翻跟头步态设计 (17)3.2.3 连续前进步态设计 (19)3.2.4 主程序流程图： (21)3.2.5 PWM_ 6 流程图 (22)4 实验验证及结果分析 (23)4.1 实验调试过程 (23)4.2 实验演示 (24)5 实验结论与总结 (28)参考文献 (29)致谢 (30)附录 (31)1 绪论1.1 引言近代机器人学是最近几十年新发展起来的一门综合性的学科，它集中了机械工程技术、计算机工程技术、控制工程技术、人工智能、电子工程技术以及仿生学十等多种学科的最新研究成果，机器人中的双足步行机器人虽然只有近四十年的历史，但是由于它独特的适应性和拟人性，成为了机器人领域的一个重要发展方向。

下肢康复机器人研究背景行走功能是表征人行动能力的重要标志，也是保证人进行正常独立生活的必备条件。

然而中风、脊髓损伤、颅脑外伤、多发硬化、帕金森病等原因造成的中枢性神经系统受损，会导致患者肢体出现不同程度的运动功能障碍，严重者出现全瘫或偏瘫。

患者经过最初的手术或者药物治疗之后，一部分人可以恢复到能够独立步行的程度，但是多数人会伴随一些后遗症，如运动控制能力降低、关节僵直，出现病态步态，导致患者步行过程中能量消耗过高，平衡功能下降，容易摔跤，严重影响了行动能力和生活质量[1]。

中枢神经受损患者在经过急性发病期的治疗后，其运动功能的康复主要依赖于各种康复运动疗法。

临床实践证明，急性期过后越早训练，功能康复的效果越好。

运动康复疗法的理论基础是大脑可塑性。

医学研究显示，虽然受损的神经细胞不可再生，但是神经组织可以通过功能重组或者代偿的方式，使丧失的功能重新获得，即大脑具有可塑性。

动物和人体试验均表明，针对肢体的特定功能进行主动或者被动的重复性训练，可以刺激本体感受器接受传入性冲动，导致中枢神经映射区域发生变化，促进大脑功能可塑性发生[2]。

这为机器人辅助康复训练治疗技术提供了重要的医学依据。

随着现代机器人技术发展日益成熟，机器人技术在提供长期稳定的重复性定量运动输入方面具有明显的优势。

自上个世纪90年代初，国内外研究机构开始探索将机器人技术引入到中枢神经损伤患者的康复训练中，纷纷研制和开发出各种用于上肢康复、下肢康复或者关节康复的康复训练机器人[3]。

机器人辅助运动康复训练的意义在于，不仅可将治疗人员从医患一对一繁重的治疗过程中解放出来，而且通过输入定量运动刺激，定量检测和评价手段的实现，为患者提供更为科学的康复训练模式，在保证训练安全性，提高训练效率，改善训练效果方面具有巨大的潜力和优越性，而且可为运动康复机理的研究提供平台[4]。

国内外关于上肢康复训练及局部关节康复训练机器人的研究起步较早，理论和技术相对成熟，而关于下肢康复训练机器人，研究机构主要集中在国外，国内在该方向的研究还较少。

燕山大学本科毕业设计（论文）文献综述课题名称：步行机器人的研究学院（系）：机械工程学院年级专业： 05级机电1班学生姓名：指导教师：完成日期： 2009年3月2号一、课题国内外现状多足步行机器人是一种具有冗余驱动、多支链、时变拓扑运动机构, 是模仿多足动物运动形式的特种机器人, 是一种足式移动机构。

所谓多足一般指四足及四足其以上, 常见的多足步行机器人包括四足步行机器人、六足步行机器人、八足步行机器人等[4]。

步行机器人历经百年的发展, 取得了长足的进步, 归纳起来主要经历以下几个阶段[5]:第一阶段, 以机械和液压控制实现运动的机器人。

第二阶段, 以电子计算机技术控制的机器人。

第三阶段, 多功能性和自主性的要求使得机器人技术进入新的发展阶段。

雷静桃等在文献[1]中对美国、日本等机器人研究大国及我国的多足步行机器人研究发展进行了综述,对多足步行机器人急需解决的问题进行了论述,并对未来可能的研究发展方向进行了展望。

刘静等在文献[10]中分析了国内外腿式机器人的研究现状,讨论了腿式机器人在机械结构、稳定性和控制算法方面的现有研究方法,给出了腿式机器人研究存在的问题,展望了腿式机器人的发展方向.安丽桥等在文献[9]中介绍了一种应用两个电机驱动的六脚足式步行机器人,并对该机器人的运动机理与步态进行了分析,经样机实验,所设计的机器人可实现前进、后退、遇障转弯等功能,具有结构简单,控制便捷,行走稳定的特点。

曾桂英等在文献[2]中提出了一种采用液压驱动的缩放式腿机构的结构设计, 并针对六足行走方式, 完成了液压驱动原理设计及PLC控制设计。

马东兴等在文献[11]中研究了一种背部带关节的新型四足机器人,通过三维建模软件Pro /E和机械系统动力学仿真分析软件ADAMS建立了四足机器人虚拟样机,规划了四足机器人的步态,并且利用ADAMS仿真软件对该四足机器人进行了步态仿真,同时利用单个AT89C52单片机成功实现对四足机器人5个舵机的独立控制以及舵机的速度控制。

第1章绪论概述康复机器人是近年出现的一种新型机器人，它的主要作用有两方面，一是帮助由于疾病而造成偏瘫，或者因意外伤害造成肢体运动障碍的人恢复提高运动能力，称为康复训练机器人是作为一种辅助装置代替失去运动能力的肢体完成一部分动作，称为机器人假肢。

康复机器人作一种自动化设备，可以帮助患者进行科学而又有效的康复训练，使患者的运动机能得到更好的恢复。

康复机器人由计算机控制，并配有相应的传感器和安全系统，可以自动廉价康复训练效果，根据病人的实际情况自动调节运动参数，实现最佳训练。

康复机器人在原理上和工业机器有很大的区别，它也不限于一般的体育运动训练器材。

它直接作用于人体，与人在同一个作业空间工作，人与机器人作为一个整体而协调运动。

康复机器人成果包括以下三方面技术：手部康复训练机器人：手及腕部康复训练。

手臂康复训练机器人：手臂康复训练。

下肢康复训练机器人：行走功康复训练。

康复机器人技术得以传化为产品对于提高患者康复质量，减少患者的病痛，减轻社会负担具有重要的实际意义。

由于各种原因而患有一侧肢体运动障碍的患者人数很多，随着生活水平的提高对康复治疗的需求也会越来很大，康复机器人将有很好的市场前景。

这项技术在欧美等国家自得到普遍重视，康复机器人成果的转化可能会带动一个新兴的机器人产业的发展，这将对国民经济的发展发挥重要作用。

下肢康复机器人研究现状康复机器人的生产发展康复机器人是帮助残疾人解决生活中活动困难的一种工具，它可以在家里或在工作场所使用，使残疾人获得更强的生活能力，并相当大地提高他们的生活质量。

康复机器人现在已经由科学幻想走进了现实生活之中过去几年，康复机器人在欧洲已经有所发展，一些欧洲企业在技术开发及投资方面给予了支持目前已有两种康复机器人打人了市场，即Hmdv l及MANus，它们都是欧洲生产的Handy 1有5个自由度，残疾人可利用它在桌面高度吃饭；MANUs 是一种装在轮椅上的仿人形的手臂，它有6(或7)个自由度，其工作范围可由地面到人站立时达到的地方，不过，康复机器人进人市场的过程却非常缓慢，许多人仍然把它看作是一项未来的技术显然，要想在实际生活中很好地利用康复机器人。

第一章：安装步行机器人介绍步行机器人最新的产品构件无论它看起来是多么简单的，你将很快意识到这种需要两台伺服电机进行两足移动的步行机器人比两轮机器人（Boe-Bot）复杂的多，它通过机械运动和BASIC Stamp控制来实现步行机器人的行走。

实际上，步行机器人的搭建使用了许多的传感器作为反馈。

这其中包括有能观测一定距离内物体的红外线发射器及红外线检测器，还有用以观测红外线无法观测的物体的缓冲传感器（闪光脚趾），和一个用以测量倾斜参数的加速度计。

如果你耐心的调节步行机器人硬件和软件，步行机器人能完成所有滚动机器人能完成的动作。

步行机器人不仅比滚轮机器人有趣的多，而且你将发现通过学习BASIC Stamp芯片的进行编程，能更加熟练的掌握程序的编程。

通过步行机器人编程将会使你学会如何设计PBASIC程序，包括如何使用常量和变量、程序的指针以及存储数据的EEPROM（电可擦除的只读存储器）。

一个设计良好的程序标准是，能够在一些需要调整机械装置的场合中，不重新编写你的整个程序，只要通过简单的对程序进行修改就能实现你所要求的功能。

步行机器人的运动主要来自于两台伺服电机（这通常用于操纵飞机的螺旋桨）。

步行机器人两台伺服电机中，顶部的伺服电机控制双腿在机器人的重心位置两尺的范围内来回摆动，而底部的伺服电机用以机器人的前后行走。

步行机器人的腿和脚踝之间采用了一个简单的平行连接件，确保双脚平行的站在地面上。

两条腿都连接在同一个电机上，以实现一只脚向前，另一只则向后移动的行走动作。

单独的控制一个电动机，机器人能实现步行机器人的前进，后退，左转，右转等动作。

通过综合步行机器人的两台伺服电机的运动，就能实现更加协调，更加平稳的行走。

通过一个BASIC Stamp2微型控制器来控制步行机器人的伺服电机和传感器。

微控制器BASIC Stamp2是教学系统中运用很广的一种芯片，它提供了供步行机器人使用的大量的程序空间、存储空间，以及较快的处理速度。

步行机器人研究报告随着科技的不断进步，机器人已经成为了人类社会的重要组成部分。

机器人的应用范围越来越广泛，其中步行机器人是研究的热点之一。

随着机器人技术的不断发展，步行机器人已经实现了从简单的单腿步行到多腿步行，再到全身步行的转变。

本篇文章将介绍步行机器人的研究现状、应用领域以及未来发展方向。

一、步行机器人的研究现状步行机器人是一种能够模拟人类步态的机器人，它是机器人领域的重要研究方向之一。

目前，步行机器人的研究主要分为以下几个方向：1.单腿步行机器人单腿步行机器人是最简单的步行机器人，它只有一条腿，通过控制腿部的运动来实现步行。

单腿步行机器人的研究主要集中在步态控制、稳定性控制和运动规划等方面。

2.多腿步行机器人多腿步行机器人是一种以多条腿为基础的步行机器人。

多腿步行机器人的研究主要集中在步态规划、稳定性控制和运动控制等方面。

目前，多腿步行机器人已经广泛应用于军事、救援和探险等领域。

3.全身步行机器人全身步行机器人是一种能够模拟人类全身步态的机器人。

它的研究主要集中在人体运动学、动力学和控制等方面。

全身步行机器人的研究目前还处于起步阶段，但是它具有广泛的应用前景。

二、步行机器人的应用领域步行机器人具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1.军事领域步行机器人在军事领域的应用主要包括侦察、搜救和战斗等方面。

步行机器人可以在复杂的环境中执行任务，减少人员伤亡和损失。

2.救援领域步行机器人在救援领域的应用主要包括灾害救援和海上救援等方面。

步行机器人可以在灾难和危险的环境中执行任务，减少人员伤亡和损失。

3.医疗领域步行机器人在医疗领域的应用主要包括康复治疗和手术助手等方面。

步行机器人可以帮助患者进行康复治疗，减轻医生的工作负担。

4.娱乐领域步行机器人在娱乐领域的应用主要包括游戏和表演等方面。

步行机器人可以带给人们不同的娱乐体验，增加人们的娱乐乐趣。

三、步行机器人的未来发展方向步行机器人技术的不断发展，为其未来的发展提供了广阔的空间。

步行机器人研究报告随着科技的不断发展，机器人技术正在逐渐成为人们关注的焦点。

步行机器人是机器人技术的一个重要方向，它具有走路、奔跑等类似于人类的运动能力，可以在不同的环境中完成各种任务。

在本文中，我们将对步行机器人的研究现状、技术特点以及发展前景进行分析和探讨。

一、步行机器人的研究现状步行机器人的研究始于上世纪60年代，当时的步行机器人主要是由美国的麻省理工学院和日本的早稻田大学等机构研发的。

随着计算机技术、机械工程技术、材料科学技术等领域的不断进步，步行机器人的研究也得到了快速的发展。

目前，步行机器人的研究涉及多个领域，包括机械工程、计算机科学、控制理论等等。

在机械方面，步行机器人的研究主要涉及机构设计、驱动系统、力学分析等方面。

在计算机科学方面，步行机器人的研究主要涉及运动规划、机器视觉、人工智能等方面。

在控制理论方面，步行机器人的研究主要涉及姿态控制、动力学控制、力控制等方面。

二、步行机器人的技术特点步行机器人的技术特点主要包括以下几个方面：1.仿生学设计步行机器人的设计主要受到了生物学的启发，如人类和动物的步态、肌肉结构等。

通过仿生学设计，步行机器人可以更好地适应不同的环境和任务。

2.多关节运动步行机器人通常具有多个关节，可以实现类似于人类的运动。

这种多关节运动可以使步行机器人更加灵活和稳定，可以适应不同的地形和环境。

3.机器视觉步行机器人通常配备有机器视觉系统，可以感知周围环境，识别障碍物和目标物体，从而实现自主导航和避障。

4.控制系统步行机器人的控制系统是实现步行机器人运动的关键。

控制系统可以实现姿态控制、动力学控制、力控制等功能，从而使步行机器人能够实现各种复杂的运动任务。

三、步行机器人的发展前景步行机器人的发展前景非常广阔。

步行机器人可以应用于多个领域，如工业制造、医疗保健、教育娱乐等等。

以下是步行机器人在不同领域的应用前景：1.工业制造步行机器人可以应用于工业制造领域，如在危险环境中进行作业、在高空或深海中进行作业等。

摘要本文介绍了一种应用两个电机驱动的六足式步行机器人,并对该机器人的运动机理与步态进行了分析,经样机实验,所设计的机器人可实现前进、后退、遇障转弯等功能,具有结构简单,控制便捷,行走稳定的特点。

基于仿生学原理,应用连杆机构学中的Robert原理,设计出一连杆轨迹能较好地近似于机器人理想足部轨迹的四杆机构，选择足部运动曲线并在图谱上找到该曲线，以确定四杆机构的各个参数。

由参数和电动机的输出转矩就能确定足部的线速度和加速度。

并通过PRO/E软件,对用这一连杆机构作为腿部机构的六足机器人进行了前进和转弯步态建模，并对它进行了稳定裕量分析，包括静力学分析和动力学分析。

针对这种腿部结构设计了六足的行走方式,通过对12个步进电机的控制,采用三角步态,实现了六足机器人的直行功能。

仿真及试验证明,这种结构能较好地维持六足机器人自身的平衡,并且对今后更深入地研究六足机器人抬腿行走姿态及可行性,具有较高的参考价值。

关键词：六足机器人；行走步态；运动原理；稳定性；四杆机构abstractThis paper introduced a six-legged walking robot propelled by two electromotors,and analyzed the robot's kinetic mechanism and walking style.Proved by the model test,the robot is capable of actions such as forwarding,backwarding and veering in the case of obstruction.The robot demonstrates such advantages as simple structure,comfortable control and stable performance of pacing.Based on the principle of bionics,this paper designs a four-linked mechanism using Robert principle,which can approximate the ideal trace of robot's leg ,choose the sport curve of the foot department, then check to find out that curve on the diagram, the old ability but locations can make sure four each parameters of the pole structure, can make sure the line speed and accelerations of the foot department from the exportation dint of the parameter and electric motor. Some simulations about the hexapod robot which uses the six-linked mechanism as its leg are made，and carried on the stability to it analysis, include the quiet mechanics analysis and dynamics analysis.A hexapod walking mode was designed according to this structure.By controlling 12 step motors straight walking function of the hexapod robot has been implemented with tripod gait movement.Simulation and experiment show that this structure can keep the hexapod robot body's balance better,providing high reference value to research the advantage and feasibility of leg-raising walking gesture.Keyword: six foot robot; Tread the appearance of walk; The sport principle; Stability; Four pole organizations目录摘要 (I)abstract .............................................................................................................. I I 1 绪论. (1)1.1国内外机器人的研究现状 (1)1.2机器人的主要研究问题 (3)1.3机器人的发展趋势 (5)1.4本课题所研究的主要内容 (6)2 机械机构设计 (6)2.1机构分析 (6)2.2 设计方法 (12)2.3四连杆机构的设计 (13)2.4四个钣金零件设计 (28)2.5 躯体部分机构设计 (33)2.6 机构设计总结 (34)参考文献 (35)致谢 (37)附录一 (50)附录二 (61)1 绪论1.1国内外机器人的研究现状1.1.1机器人的定义机器人是上个世纪人类最伟大的发明之一，而从机器人的角度来讲，21世纪将是一个自治机器人的世纪。

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AbstractIn 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目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 步行机器人的概述 (1)1.2 步行机器人研发现状 (1)1.3 存在的问题 (5)2 四足机器人腿的研究 (6)2.1 腿的对比分析 (6)2.1.1 开环关节连杆机构 (6)2.1.2 闭环平面四杆机构 (9)2.2 腿的设计 (11)2.2.1 腿的机构分析 (12)2.2.2 支撑与摆动组合协调控制器 (18)2.3 单条腿尺寸优化 (21)2.3.1 数学建模 (21)2.3.2 运动特征的分析 (23)2.4 机器人腿足端的轨迹和运动分析 (24)2.4.1 机器人腿足端的轨迹分析 (24)2.4.2 机器人腿足端的运动分析 (27)3 机体设计 (30)3.1 机体设计 (30)3.1.1 机体外壳设计 (30)3.1.2 传动系统设计 (31)3.2 利用Solid Works进行腿及整个机构辅助设计 (35)4 结论 (36)4.1 论文完成的主要工作 (36)4.2 总结 (36)参考文献 (37)致谢 (39)1绪论1.1 步行机器人的概述机器人相关的研发和应用现如今早已变成每个国家的重要科研项目之一，通过运用机器人来代替人们的某些危险工作或者帮助残疾人完成自己所不能完成的事情。

1 绪论1.1机器人发展概况在工业机器入问世30多年后的今天；机器人己被人们看作是一种生产工具。

在制造、装配及服务行业，机器入的应用取得了明显的进步。

由干传感器、控制、驱动及材料等领域的技术进步，通过智能机器人系统首次在制造领域以外的服务行业，开辟了机器人应用的新领域，让机器人作为“人的助手”，使人们的生活质量得以提高。

目前在许多领域己经进行了很大的努力来开发服务机器入系统，并力争在较大范围内使用它们。

这些机器人系统尽管有不同的应用领域，但它们所从事的工作仅限于维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援及数据采集等方面。

机器人是一个通用的自动化装置。

国际标准化组织(1SO)的定义：“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务”。

从1954年美国工程师乔治.大卫发表了《适用重复作业的通用性工业机器人》论文开始，到1962年美国联合控制公司推出第一台机器人“尤尼麦特”为止。

机器人开始在工业生产的各种场合中，起到了置关重要的作用。

而在所有的机器人研究中，尤使日本的机器人研究最为突出。

现在国外大多都在致力于直立行走机器人和微型机器人的研究。

特别是注重对于机器人控制和视觉识别方面的研究。

对于行走机器人而言，最引起大多数科学家注意的是对于视觉识别方面的研究。

并且也取得了许多可人的成果。

行走机器人分很多种，不仅有直立式，还有履带式，多支点式等等。

而这里只谈谈履带式行走机器人。

履带式行走机器人是一种利用履带进行支撑机器人机体的移动机器人目前我国发展了多履带式机器人，有四条和六条履带的移动机器人。

他们的优点是转向方便移动稳定的特点，所以适合在恶劣的条件下进行工作。

1.2 履带式行走机器人概述所谓履带式行走机器人（我们这里指的是普通的履带式行走机器人）利用两条履带进行支撑机体进行移动的机器人。

它具有运行稳定，转向灵活，能够越过较小的障碍，并且承载重量较大的特点。

燕山大学本科毕业设计（论文）文献综述课题名称：并联腿步行机器人四足/两足转化装置设计学院（系）：年级专业：学生姓名：指导教师：完成日期：一、课题国内外现状1、步行机器人的发展状况步行机器人，是一种智能型机器人，它是涉及到生物科学、仿生学、机构学、传感技术及信息处理技术等的一门综合性高科技[9]。

步行机器人与轮式机器人相比较，其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[1]。

我国对于步行机器人的研究起步较晚，从2O世纪8O年代开始研究，到目前已经取得了一系列的成果。

1980年，中国科学院长春光学精密机械研究所采用平行四边形和凸轮机构研制出一台八足螃蟹式步行机器人，做了越障、爬坡和通过沼泽地的试验。

1989年，北京航空航天大学在张启先教授的指导下，孙汉旭博士进行了刚足步行机的研究，试制成功一台四足步行机，并进行了步行实验；钱晋武博士研究地壁两用六足步行机器人，进行了步态和运动学方面的研究。

1990年，中国科学院沈阳自动化研究所研制出全方位六足步行机，不仅能在平地步行，还能上楼梯。

1991年，上海交通大学马培荪等研制出JTUWM 系列四足步行机器人。

JTUMM—III以马为仿生对象，每条腿有3个自由度，由直流伺服电机分别驱动各个关节的运动。

该机器人采用两级分布式控制系统，脚底装有PVDF测力传感器，利用人工神经网络和模糊算法相结合，采用力和位置混合控制，实现了四足步行机器人JTUMM—III的慢速动态行走，极限步速为1.7 km／h 。

为了提高步行速度，将弹性步行机构应用于该四足步行机器人，产生缓冲和储能效果[9]。

世界上第一台真正意义的四足步行机器人是由Frank和McGhee于1977年制作的。

该机器人具有较好的步态运动稳定性，但其缺点是，该机器人的关节是由逻辑电路组成的状态机控制的，因此机器人的行为受到限制，只能呈现固定的运动形式[15]。

20世纪80、90年代最具代表性的四足步行机器人是日本Shigeo Hirose 实验室研制的TITAN系列。

1 引言机器人是作为现代高新技术的重要象征和发展结果，已经广泛应用于国民生产的各个领域，并正在给人类传统的生产模式带来革命性的变化，影响着人们生活的方方面面。

对于步行机器人来说，它只需要模仿人在特殊情况下(平地或己知障碍物)完成步行动作，这个条件虽然可以使机器人的骨骼机构大大降低和简化，但也不是说这个系统就不复杂了，其步行动作一样是高度自动化的运动，需要控制机构进行复杂而巧妙地协调各个关节上的动作。

双足机器人的研究工作开始于上世纪60年代末，只有三十多年的历史，然而成绩斐然。

如今已成为机器人领域主要研究方向之一。

最早在1968年，英国的Mosher．R 试制了一台名为“Rig”的操纵型双足步行机器人[1]，揭开了双足机器人研究的序幕。

该机器人只有踝和髋两个关节，操纵者靠力反馈感觉来保持机器人平衡。

1968~1969年间，南斯拉夫的M.Vukobratovic提出了一种重要的研究双足机器人的理论方法，并研制出全世界第一台真正的双足机器人。

双足机器人的研制成功，促进了康复机器人的研制。

随后，牛津大学的Witt等人也制造了一个双足步行机器人，当时他们的主要目的是为瘫痪者和下肢残疾者设计使用的辅助行走装置。

这款机器人在平地上走得很好，步速达0.23米/秒。

日本加藤一郎教授于1986年研制出WL－12型双足机器人。

该机器人通过躯体运动来补偿下肢的任意运动,在躯体的平衡作用下，实现了步行周期1.3秒，步幅30厘米的平地动态步行。

法国Poitiers大学力学实验室和国立信息与自动化研究所INRIA机构共同开发了一种具有15个自由度的双足步行机器人BIP2000，其目的是建立一整套具有适应未知条件行走的双足机器人系统。

它们采用分层递解控制结构，使双足机器人实现站立、行走、爬坡和上下楼梯等。

此外，英国、苏联、南斯拉夫、加拿大、意大利、德国、韩国等国家，许多学者在行走机器人方面也做出了许多工作。

国内双足机器人的研制工作起步较晚。

机器人文献综述机器人文献综述摘要：机器人是一种由主体结构、控制器、指挥系统和监测传感器组成的，能够模拟人的某些行为、能够自行控制、能够重复编程、能在二维空间内完成一定工作的机电一体化的生产设备。

机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术。

是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。

也是一个国家工业自动化水平的重要标志。

关键词：机器人历史机器人分类移动机器人技术一、引言[1]机器人是当代自动化技术和人工智能技术发展的典型体现，也代表着制造技术发展的新水平，是一种由主体结构、控制器、指挥系统和监测传感器组成的，能够模拟人的某些行为、能够自行控制、能够重复编程、能在二维空间内完成一定工作的机电一体化的生产设备。

机器人尤其是工业机器人的广泛应用，极大提高了生产力。

目前世界上使用的机器人已有百万之多，并且次数目仍在快速增长。

其应用领域也从传统的制造业、军事应用逐步扩展到服务业、空间探索等。

二、机器人历史的发展[2]2015年，国内版工业4.0规划——《中国制造2025》行动纲领出台，其中提到，我国要大力推动优势和战略产业快速发展机器人，包括医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人应用需求。

那么机器人发展阶段又如何呢?20世纪20年代前后，捷克和美国的一些科幻作家创作了一批关于未来机器人与人类共处中可能发生的故事之类的文学作品，使得机器人在人们的思想中成为一种无所不能的“超人”。

1954年，美国的戴沃尔制造了世界第一台机器人实验装置，发表了《适用于重复作业的通用性工业机器人》一文，并获得美国专利。

1960年，美国Unimation公司根据戴沃尔德技术专利研制出第一台机器人样机，并定型生产Unimate（意为“万能自动”）机器人。

同时，美国“机床与铸造公司”（AMF）设计制造了另一种圆柱坐标形式的可编程机器人Versatran(意为“多才多艺用途搬运机器人”)。

机器人控制系统设计（毕业设计）文献综述一、前言1.课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势1.1课题研究的意义随着机器人在工业装配线的应用越来越广泛，工业环境对其控制系统的要求也越来越高，所以开放式机器人控制系统的设计具有工程实际意义。

课题以一四自由度关节型机器人研制为背景，设计机器人运动控制系统的硬件电路和软件结构，对机器人的运动控制电路进行设计，实现机器人按照预定轨迹或自主运动控制功能。

在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下：①以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。

②以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。

③可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。

因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产随着机器人技术的发展，机器人应用领域的不断扩大，对机器人的性能提出了更高的要求，因此，如何有效地将其他领域（如图像处理、声音识别、最优控制、人工智能等）的研究成果应用到机器人控制系统的实时操作中，是一项富有挑战性的研究工作。

而具有开放式结构的模块化、标准化机器人，其控制系统的研究无疑对提高机器人性能和自主能力，推动机器人技术的发展具有重大意义。

1.2国内外研究现状和发展趋势随着机器人控制技术的发展，针对结构封闭的机器人控制器的缺陷，开发“具有开放式结构的模块化、标准化机器人控制器”是当前机器人控制器的一个发展方向。

近几年，日本、美国和欧洲一些国家都在开发具有开放式结构的机器人控制器，如日本安川公司基于PC开发的具有开放式结构、网络功能的机器人控制器。

1、引言移动机器人按移动方式大体分为两大类；一是由现代车辆技术延伸发展成轮式移动机器人（包括履带式）；二是基于仿生技术的运动仿生机器人。

运动仿生机器人按移动方式分为足式移动、蠕动、蛇行、游动及扑翼飞行等形式,其中足式机器人是研究最多的一类运动仿生机器人。

自然环境中有约50％的地形，轮式或履带式车辆到达不了，而这些地方如森林，草地湿地，山林地等地域中拥有巨大的资源，要探测和利用且要尽可能少的破坏环境，足式机器人以其固有的移动优势成为野外探测工作的首选，另外，如海底和极地的科学考察和探索，足式机器人也具有明显的优势，因而足式机器人的研究得到世界各国的广泛重视。

现研制成功的足式机器人有1足，2足，4足，6足，8足等系列，大于8足的研究很少。

曾长期作为人类主要交通工具的马，牛，驴，骆驼等四足动物因其优越的野外行走能力和负载能力自然是人们研究足式机器人的重点仿生对象。

因而四足机器人在足式机器人中占有很大的比例。

长期从事足式机器人研究的日本东京工业大学的広濑茂男等学者认为：从稳定性和控制难易程度及制造成本等方面综合考虑，四足机是最佳的足式机器人形式[1]，四足机器人的研究深具社会意义和实用价值。

四足机器人的研究可分为早期探索和现代自主机器人研究两个阶段。

中国古代的“木牛流马”以及国外十九世纪由 Rygg 设计的“机械马”，是人类对足式行走行机器的早期探索。

而 Muybridge 在 1899 年用连续摄影的方法研究动物的行走步态，则是人们研究足式机器人的开端。

20世纪60年代，机器人进入了以机械和液压控制实现运动的发展阶段。

美国学者 Shigley（1960）和Baldwin（1966）都使用凸轮连杆机构设计了机动的步行车[2]。

这一阶段的研究成果最具代表性的是美国的Mosher于 1968 年设计的四足车“Walking Truck”[3]（图1）。

80年代，随着计算机技术和机器人控制技术的广泛研究和应用，真正进入了具有自主行为的现代足式机器人的广泛研究阶段。