智能机器狗结构设计

导盲机械狗的研究与设计摘要：本文构建了一个应用与导盲和搜寻的基于物联网的智能机械狗系统，使用YOLOv5单阶段目标检测算法通过局域网对机械狗传输的图像进行识别。

通过模仿狗的步态以提高机械狗行走的稳定性和腿运动的平滑度。

关键词：四足机器人；导盲；APP物联网资助项目：2022年自治区级大学生创新训练项目“导盲机械狗”，项目编号S202110595270。

人类和自然界的动物都经过了亿万年的进化，在进化的过程中腿足成为这些动物们非常重要的移动工具，可见，四足机器人应对复杂地形的能力相比于轮式机器人是有一定优势的。

其外形模仿四足动物，可以自主行走，具有类生物属性，能够行走在不同的地理环境中，完成多种复杂的运动，比如说可以代替导盲犬来为盲人提供出行的便利。

直至今日，我们在日常生活中仍然很少见到盲人，但据2021年统计我国的视障人士数量为1731万，由此可见，绝大部分的盲人都不具备出行的条件。

据《2020宠物行业白皮书》数据显示[1]，2020年我国宠物犬数量为5222万，然而导盲犬仅有200只。

而利用导盲犬引导是目前盲人主要的出行方式，培养导盲犬的过程是非常艰难的，耗资巨大，导盲犬的工作也会有很多不确定因素的干扰，这也导致了盲人的出行问题不能很好的解决。

因此，开发出一款用于导盲的机械狗对残疾人的出行具有重大意义，其市场前景广阔。

1 智能机械狗总体设计智能机械狗主要由机械结构、硬件电路系统、软件系统，运动学算法四部分组成，具体从盲人实际需求出发，确立了整体设计方案以及必要的基本功能和一些拓展功能，三维建模如图1所示。

图1 智能机械狗三维模型2 智能机械狗结构设计（1）机械狗腿部设计。

如图2所示，采用推杆，舵盘结构模拟狗的肌肉减少了大腿处舵机的承重，使关节部分更易产生爆发力和加速度。

足部和大腿由小腿和连杆共同连接、形成平行四边形结构，可保持脚掌与大腿的相对平行，此设计仅用一台舵机控制大腿与小腿的转动就可实现狗爪的上下移动功能；在大腿和髋骨处也放置两台舵机分别控制大腿的前后转动和左右转动，这样在三台舵机的控制下即可实现机器狗爪尖在一定的三维空间内自由移动，这里在关节处增加一组减速齿轮可更好的控制关节转动。

物联网技术 2023年 / 第7期1460 引 言随着城市化进程的加速，城市生存空间越发拥堵，人们精神上的空缺无法得到满足，更多的人通过饲养宠物来排解孤独感。

但是逐渐增多的宠物占领着原本就已经拥堵的城市，爱狗人群和不养狗的人群不免发生各种矛盾，同时也产生各类社会问题：被抛弃的流浪狗到处游荡，增加患狂犬病风险；大型猎犬主人出门不牵绳，对小区居民安全造成威胁；有些养狗主人卫生做不好，楼道、电梯经常会有狗的粪便等[1-2]。

鉴于以上原因，本项目拟制造一款智能宠物机械狗[3-5]，代替传统宠物狗陪伴人们。

机械狗身上没有寄生虫、不用担心对宠物毛发过敏、不会咬伤孩子、不用照顾它的吃喝拉撒、不会乱叫扰民、不会生病，可实现无负担养宠物。

1 机械狗的设计机械狗物理样机如图1所示。

机械狗的设计主要分为机械狗结构设计和控制系统的设计两部分。

系统总体设计框图如图2所示。

图1机械狗物理样机图2 总体设计框图1.1 机械结构设计仿生宠物机械狗的外观结构通过Preo5.0软件进行设计与建模，外壳通过3D 打印制作而成。

仿生宠物机械狗腿部的各个关节处共有12个舵机，设计为12个自由度，载重强度显著增大，运动更加灵活。

机械狗3D 建模外壳如图3所示。

图3 机械狗3D 建模1.2 控制系统的设计本设计可以通过手机蓝牙或语音控制模块实现人与机械狗的语音互动。

打开机械狗的电源开关，通过手机APP 或者语音命令可以控制宠物狗实现蹲下、站立、前进、后退、左转弯和右转弯等动作，还可以通过语音模块与机械狗进行一些日常的语音对话。

本设计的控制系统硬件由Arduino Mega 控制板、舵机驱动板、语音控制模块、蓝牙模块、舵机和电池组成，如图4所示。

Arduino Mega 作为主控制板，通过PCA9685驱动板控李思琴，童小琴，李俊杰，李健龙，孙景轩（武汉城市学院，湖北 武汉 430083）摘 要：立足于仿生学，设计了一款智能宠物机械狗。

文章介绍了机械狗的机械结构设计和硬件控制系统的组成，研究了机械狗的步态并对机械狗进行了运动学分析。

快递投、送机器狗一、设计背景随着网络购物带动物流业的高速发展，针对目前快递投递员的实际投递需要，为了解决快递员投递过程爬楼梯、揽件、递件的繁琐工作量并针对楼梯结构的变性, 研制了具有以爬梯强适应能力的轮组机构为底盘同时具有一体化递送能力和代替签收能力的上部机械结构。

该机构保证机器人具有良好的机动性, 能够在平地行驶、爬楼梯、跨越障碍等动作状态间很好的过渡转换同时实现上部快件平衡稳定，始终水平。

主要实现节约快递员工作量，同时为取件顾客提供上门服务。

下面介绍了机器人的结构特点、运动功能实现, 并对机器人的传动结构布局、传动实现、轮组设计及上部上下自平衡装置等内容进行详细阐述。

关键字：投送、爬楼、越障、自平衡二、爬楼机器人的机构及传动1、爬楼机器人爬行机构及下部底盘轮组式爬楼梯机器人的底部整体结构由两部份组成, 包括位于机器人中间部位由四个轮组驱动的主车架, 以及轮组机构。

图1给出了机器人三维虚拟样机的示意图。

机器人车轮的传动部份位于中央车体的底部, 车体中间上边的空白部分则用于配置所需控制电路、各种负载以及导航所需的传感器等。

图1 爬楼机器人结构示意图车体两侧的轮组皆具有两个旋转自由度, 即小车轮的旋转和轮辐的旋转运动。

中间两个电机具有自锁功能, 采用大减速比的蜗轮蜗杆减速系统, 与小轴相连驱动小车轮, 实现机器人前进、后退和越障。

两侧的较大功率直流电机经减速后与电磁离合器相连, 最后通过管轴驱动轮辐, 实现机器人的爬楼动作。

图1 爬楼机器人结构示意图2、爬楼机器人抓取货物机构采用链条传动，叉车模型，将插取的要分发的货物抓取到货物栏内，货物栏两端通过轴承与机器人整体相连，保证了爬楼过程货物的时刻水平及重心的稳定。

3、轮组单元的传动设计如图2所示, 轮组采用行星轮式结构, 包括传动轴一、传动轴二、转臂过渡齿轮、中心齿轮、小车轮和驱动齿轮。

传动轴一一端与中心齿轮配合, 通过轴承空套在转臂上, 一端与链轮配合, 并通过轴承空套在主车架上; 传动轴二一端通过螺栓与转臂固连, 一端与链轮配合, 并通过轴承空套的主车架上; 传动轴一与传动轴二通过轴承相互空套;过渡齿轮、驱动齿轮各自通过轴承空套在转臂上; 小车轮通过螺栓与驱动齿轮固连, 四个小车轮的中心轴线呈等角分布。

构稳定性,可改装为钢板等其它材1-4:仿生机械狗四足结构;5:电机;6:控制平台图1机械结构件设计的控制芯片是51单片机,具有很很小。

系统主要以传感器和输入输出部分包括电机、显示屏。

电源容量电池来供电,能够提供足够动电机转动和系统运作,系统机带。

振电路如图2所示。

图2晶振电路1.2复位电路部分设计其复位部分是由外部复位电路实现,接在单片RST引脚上,需要手动按下复位按键。

采用可充的电池来作为电源部分,提供动力。

的如图3所示。

图3复位电路2.2电机控制电路设计这里采用的是直流电机,当单片机输出为1时,继电器得电。

电机工作这里面得电源也是接可充电得电池。

其中三极管是为了增加电机的启动电压。

其输入基金项目:安徽新华学院2016年度省级新训练项目《四足仿生机械狗设计》(AH201612216051)。

63Science&Technology Vision科技视界端接在P1.0引脚,如图4所示。

图4电机电路电源部分本系统采用可充电的大容量电池来供电,能够提供足够的电压以及电流来驱动电机转动和系统运作。

2.3传感器及显示电路设计以单片机为核心,通过温度传感器DS18B20对当前温度的检测送到单片机进行处理与系统设定温度的比较,控制主电路双向晶闸管的导通与关断,接在单片机的P3.7引脚上,如图5所示。

图5传感器电路系统显示电路采用1602液晶屏进行显示,主要对温度数据进行显示,处理后的数据和设定阈值,均通过送单片机P0.0到P0.7口连接的显示电路以显示当前温度,如图6所示3程序设计由于基本功能比较简单,系统应用了AT89C51类型的单片机,因为能耗低,操作简单易学,其基本功能也满足机器人的需求。

本系统主要功能有:电机转动、图6显示器电路图7主程序流程图图8温度传感器子程序流程图2子程序当子程序检测到信号用子程序,首先进行初始化时序,然后发出读温度令,读出数据,最后子程序返回。

如图8所示。

结论通过构建自由度少的械结构来支撑整体框架,需要的驱动力较小,能够稳的进行行走。

机械狗机器人原理机械狗机器人一直以来都引发了人们的兴趣和好奇心。

它们拥有逼真的外观和高度仿真的动作，使得它们看起来像是真正的狗一样。

那么，机械狗机器人是如何实现这些动作的呢？本文将从硬件和软件两个方面来解析机械狗机器人的原理。

一、硬件原理1. 机械结构机械狗机器人的外观设计和内部结构起着至关重要的作用。

外观设计需要符合真实狗的比例和特点，内部结构则需要精确地模拟狗的骨骼和关节。

首先，机械狗的骨架一般采用轻量且坚固的材料，如铝合金或碳纤维复合材料，以确保整体的强度和稳定性。

其次，关节部分采用精密的电机和减速器来实现灵活的运动。

每个关节都通过传感器来获取准确的位置信息，并由控制器计算出相应的力矩和速度，以确保机械狗实现各种动作。

2. 传感器机械狗机器人的传感器在实现智能化和自主行为方面起到了关键作用。

常见的传感器包括：- 视觉传感器：机械狗通常配备了摄像头或3D摄像头，用于感知周围环境和识别目标。

- 音频传感器：机械狗的耳朵部分通常搭载了麦克风，用于听取声音和识别声源的方向。

- 接触传感器：机械狗的身体表面可能安装有接触传感器，用于检测碰撞、触摸和压力。

- 陀螺仪和加速度计：这些传感器用于感知机械狗的姿态和加速度，以确保它在运动时保持平衡和稳定。

以上传感器通过实时采集和处理数据，并与控制器进行通信，从而使机械狗能够感知和适应环境。

3. 动力系统机械狗机器人通常采用多种动力系统来驱动其运动。

这些动力系统包括电动机、液压系统或气动系统。

电动机是最常见的驱动方式，它们通过传动机构将电能转化为机械能，驱动机械狗的各个关节运动。

电机的类型包括直流电机和步进电机，具体选择取决于机械狗的需求和性能要求。

液压系统和气动系统都利用压力传输介质来实现力和运动的传递。

液压系统通常使用液体作为传输介质，而气动系统则使用气体。

由于液压和气动系统具有较高的功率密度和传输效率，它们在一些大型机械狗机器人中被广泛采用。

二、软件原理机械狗机器人的软件部分主要涉及到运动控制、行为规划和环境感知等方面。

机器狗制作实验报告报告人：相旭1.结构设计机器狗主要结构有pcb，外壳，马达，光敏电阻，干簧管，麦克风构成。

2.原理图3.PCB板4.原理分析主要有555定时器，声控，光控，磁控电路组成。

a.555定时器的单稳态电路工作原理由C5，R6以及555定时器构成的单稳态电路，在外界触发脉冲作用下，触发器能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，又自动返回稳态。

并且暂稳态维持的时间由C5，R6决定。

b.声控部分电路工作原理（参考上图-前端电路原理图）声敏传感器是把外界声场中的声信号转换成电信号的传感器。

咪头S1采集声音信号，经电容C1耦合送入由三极管Q1与电阻R1、R2、R5组成的单管共射放大电路，声音信号经放大电路放大后再经电容C2耦合作为三极管Q2的基极控制电压。

如果控制电压足够大，则Q2管发射结导通，Q2管处于饱和状态，集电极电压为低电平，经接头P2的1脚送出去触发后端的单稳态触发器；如果控制电压不够大，Q2管发射结不导通，Q2管处于截止状态，集电极电压为高电平，将无法触发单稳态触发器。

c.光控部分的工作原理光敏三极管由两个PN结组成，它的发射极具有光敏特性。

它的集电极则与普通晶体管一样，可以获得电流增益，但基极一般没有引线。

光敏三极管有放大作用。

当光敏三极管接收到红外光线时，使得电流增益，在555定时器的2脚的高电平变为低电平，555定时器被触发，3脚进而输出高电平，电路导通，并达到电机工作电压，电机工作。

d.干簧管磁控部分常开型干簧管，当恒磁铁或线圈产生的磁场施加于开关上时，开关两个舌簧磁化，若生成的磁场吸引力克服了舌簧的弹性产生的阻力，舌簧被吸引力作用接触导通，即电路闭合。

一旦磁场力消除，舌簧因弹力作用又重新分开，即电路断开。

对电路的控制原理同于光敏三级管的触发原理。

5.机器狗的控制板的设计制作首先在焊接电路板前，检查领取的电路板是否有缺损，检测元器件是否完好且各参考值是否正确，如，电阻的阻值及其分类、光敏三极管以及声敏传感器的输出输入端。

智能机器狗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，机器狗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：将来机器狗将以何种身份进入我们的生活，是玩伴还是佣人，智能机器狗的设计就是为了将来机器狗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，成功地设计了智能机器狗的本体结构。

本机器狗具有前后行、平地侧行等基本行走功能。

另外机器狗头部还装有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，使得机器狗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：智能机器狗；结构设计；谐波传动全套CAD图纸，联系695132052Intelligent robot dog frame designAbstractFor our future life, everyone had different ideas, but most people believe that, in future society, the robot dog 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 dog into our lives, playmates or servants, the design of intelligent robot dog 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 robot dog, the body structure. The robot dog 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 dog, 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 robot dog; structural design; harmonic drive目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (4)1.1 本课题的来源、研究目的和意义 (4)1.2 国内外智能机器人的发展概况 (6)1.3 本设计的主要内容 (8)第2章智能机器狗的设计 (9)2.1自由度的分配及结构方案的设计 (9)2.1.1自由度的分配 (9)2.1.2结构方案的设计 (9)2.2关节驱动方案的选择 (12)2.3传动方案的选择 (13)2.3.1传动方式 (13)2.3.2减速器和减速比的选择 (13)2.3.3电机与减速器的连接方式 (16)2.4结构特点及性能参数 (17)2.4.1智能机器狗的结构特点 (17)2.4.2智能机器狗的结构性能参数 (17)第3章部分关节部件设计计算 (20)3.1各关节力矩的计算 (20)3.1.1膝关节静力矩的计算 (20)3.1.2髋关节向前后运动自由度的静力矩的计算 (20)3.1.3髋关节左右摆动时静力矩的计算 (21)3.1.4颈关节摆动时的静力矩的计算 (23)3.2谐波传动组件的选择与计算 (23)3.3圆柱齿轮减速器组件选择与计算 (23)3.4各关节所需电机的选择与计算 (24)第4章其它部件的选择 (26)第5章成本估算和环保分析 (28)5.1成本估算 (28)5.2环保与经济分析 (28)结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录 (33)第1章绪论1.1本课题的来源、研究目的和意义本课题是机器人宠物项目之一。

小狗设计文字说明
目前，仿生狗在市面的流通并不多，大都只是都是以玩具的形式主打智能娱乐，大部分的仿生狗都是以机电一体化为主，而单纯以机械结构实现运动的就并不多了。

为了设计一种四足仿生机械狗结构，通过在网上查阅了大量狗的行走方式及其步态，调研了大量的四足仿生机构，最后选出了三种可行的机构预选方案。

通过仔细对比，选定了其中一-种比较适合的机构作为主要设计对象。

结合现实中狗的一般身高和体长，利用solidworks软件对其进行草图的绘画，并完成各项数据的设计以及三维模型的建i。

狗的行走步态一-般分为三种，慢走、快走和跑，本文主要是对狗的快走步态进行了研究。

通过运用solidworks装配体及动画制作等方法，对设计机构进行了一些简单的步态仿真模拟来模拟狗的快走步态用以验证机构的可行性。

机器导盲犬的结构设计理念机器导盲犬是一种以机器智能和机器学习技术为基础，为视障人士提供导航和辅助功能的创新产品。

其设计理念包括以下几个方面：1. 模仿动物导盲犬的功能：机器导盲犬的设计灵感来自于动物导盲犬，因此其结构应该能够模仿动物导盲犬的行为和功能。

例如，机器导盲犬应该能够通过摇头、甩尾等动作向视障人士传递信息，并能够通过鼻子嗅探周围环境，提供导航和避障功能。

2. 轻巧便携：由于视障人士需要随身携带机器导盲犬，因此其结构应该轻巧便携。

可以采用轻便的材料制造机器导盲犬的外壳，如碳纤维和塑料等，将重量控制在可接受范围内。

3. 多功能一体化设计：机器导盲犬的设计理念之一是实现多功能一体化。

除了基本的导航和避障功能外，机器导盲犬还可以集成其他功能，如语音交流、语音识别和物体识别等。

通过多功能一体化设计，能够减少视障人士携带多个设备的负担，并提供更全面的服务。

4. 智能化算法和传感器技术的应用：机器导盲犬的设计理念还包括采用智能化算法和传感器技术。

通过搭载先进的人工智能算法和各种传感器，如摄像头、雷达和红外线传感器等，能够实时感知周围环境，并做出相应的导航和避障决策。

5. 人性化的互动设计：机器导盲犬的设计理念还包括人性化的互动设计。

通过配备触摸屏、声音提示和振动反馈等，能够与视障人士进行直观和友好的互动。

此外，机器导盲犬还可以支持蓝牙、WIFI等无线通信技术，与其他智能设备进行连接，提供更加便利的服务。

总的来说，机器导盲犬的结构设计理念主要包括模仿动物导盲犬的功能、轻巧便携、多功能一体化、智能化算法和传感器技术的应用，以及人性化的互动设计。

通过这些设计理念的融合，能够为视障人士提供更加智能、方便和舒适的导航和辅助功能。

机器狗设计实验报告1. 引言随着科技的不断进步，机器狗作为一种人工智能产品在市场上越来越受欢迎。

机器狗不仅可以陪伴人们，还具备一定的智能和功能性。

本实验主要目的是设计一只能够模拟狗的行为和表情的机器狗，并探索其在日常生活中的潜在应用。

2. 实验设计2.1 硬件选择为了实现机器狗的行为和表情的模拟，我们选择了以下硬件设备：- 机器狗的外壳使用3D打印技术打印而成，呈现出狗的外形。

- 微型电机和伺服驱动舵机用于实现机器狗的运动，包括腿部和尾巴的摆动。

- LED灯用于模拟机器狗的眼睛和舌头等部位的表情水平。

- 声音模块用于机器狗与人类的交流，包括吠叫和响应指令。

2.2 程序设计机器狗的程序采用Arduino开发平台进行编写，主要实现以下功能：- 机器狗的行动：通过控制伺服驱动舵机和电机，模拟机器狗的行走、奔跑和跳跃等动作。

- 机器狗的表情：通过控制LED灯的亮灭和颜色变化，模拟机器狗的眼神、舌头等表情。

- 机器狗的交流：通过声音模块播放声音文件，模拟机器狗的吠叫和与人类的交流。

3. 实验结果通过搭建硬件设备和编写程序，我们成功地实现了一只机器狗的行为和表情的模拟。

3.1 机器狗的行动机器狗的行动非常灵活和逼真。

它可以模拟走路、跑步和跳跃等动作。

通过控制舵机和电机的转动，机器狗的腿部和尾巴可以像真实狗一样摆动，为观察者呈现出一种生动的感觉。

3.2 机器狗的表情机器狗的表情主要通过LED灯的控制实现。

我们设计了不同的灯光模式来模拟机器狗的眼神和舌头等表情。

通过亮灭和颜色变化，机器狗可以表达不同的情绪，增强人与机器狗之间的交互体验。

3.3 机器狗的交流机器狗的交流主要通过声音模块来实现。

我们录制了一系列声音文件，包括吠叫、响应指令等内容。

通过程序的控制，机器狗可以播放对应的声音文件，与人类进行简单的交流。

这种交流方式增强了机器狗的可亲近性和趣味性。

4. 实验应用机器狗具有潜在的应用前景。

它可以作为宠物，陪伴人们度过孤独的时刻；它可以作为医疗辅助工具，帮助治疗心理疾病，如孤独症；它还可以应用于儿童教育领域，通过与机器狗的互动，促进儿童的学习和情感发展。

《四足机器狗设计》-毕业论文[四足机器狗设计]研究方案一、引言机器狗是一种模拟真实狗的动作和行为的机械装置，其应用领域广泛，包括搜救、安全巡视、残疾人辅助等。

本研究旨在设计一种具有四足行走能力的机器狗，并提出一套全新的机械结构设计和运动控制方法。

二、方案设计1. 分析机器狗的结构特点和行走原理，研究已有研究成果和技术。

2. 设计机器狗的整体结构，包括四足的连接和支撑机构、运动机构和控制系统。

3. 运用计算机辅助设计软件建立机器狗的三维模型，并进行结构强度和运动模拟分析。

4. 根据模拟结果不断改进机器狗的结构设计，提高机器狗的稳定性和适应性。

三、方案实施情况1. 通过调研和文献阅读，总结已有的机器狗结构设计和运动控制方法。

2. 基于已有研究成果，设计出一种创新的四足机器狗结构，并进行计算机仿真和结构强度分析。

3. 制作实物原型，对机器狗的机械结构进行调试和测试，改进设计。

4. 利用惯性导航系统和传感器实现机器狗的自动导航和环境感知能力。

5. 开发机器狗的运动控制算法，实现稳定的四足行走、奔跑和跳跃动作。

四、数据采集和分析1. 在实验室或开放区域内设置不同的环境和障碍物，对机器狗进行行走行为测试。

2. 利用摄像头和传感器等设备记录机器狗的运动轨迹和相关数据。

3. 对采集到的数据进行分析和整理，通过比较不同环境和行为的数据，评估机器狗的性能和适应性。

五、结论1. 基于对四足机器狗结构和运动特点的深入研究，设计出了一种具有创新性的机器狗结构。

2. 通过模拟分析和实验测试，验证了机器狗的稳定性和适应性，在各种环境和行为下表现出良好的性能。

3. 数据分析显示，机器狗能够实现有效的自主导航和环境感知，并能够应对不同的任务需求。

4. 本研究提出的新观点和方法为进一步改进机器狗的行走能力和应用提供了有价值的参考。

总结本研究基于已有研究成果，设计了一种具有四足行走能力的机器狗，并提出了创新的机械结构和运动控制方法。

开题报告——智能机械狗的设计一、研究背景近年来，智能机械狗成为了越来越多人们关注的热门话题。

随着科技的不断发展和人们对于智能化产品的需求增加，智能机械狗作为一种智能化宠物因其逼真的外观和多种功能受到了广泛欢迎。

机器狗已经具备了基本的行走、跳跃、唱歌等功能，但目前市面上的机械狗在智能化、交互性和适应性方面仍有较大的提升空间。

因此，本项目旨在设计一款更加智能、多功能的机械狗，并结合人工智能技术为其赋予更多的智能能力，提升用户的使用体验。

二、研究目标本项目的主要目标是设计一款功能丰富、智能化的机械狗，以满足用户对于宠物的需求，并提供更多的娱乐和交互方式。

具体目标如下：1.实现基本的行走、转向、跳跃等动作，使机械狗更接近真实狗的动作。

2.将人工智能技术应用于机械狗，并通过语音识别和语音交互实现智能控制。

3.配备高清摄像头和传感器，实现自动避障和环境感知功能，提高机械狗的适应性。

4.开发手机APP，与机械狗进行蓝牙连接，实现远程控制和互动功能。

5.提供丰富的附加功能，如追赶球、模拟狗叫等，增加机械狗的趣味性。

三、研究方法和技术路线3.1 研究方法本项目主要采用实验研究方法，结合理论与实践的相互验证，通过对市场现有机械狗技术的调研以及用户需求的调查，确定机械狗的功能和外观设计。

在此基础上，使用机器学习和深度学习等人工智能技术，开发智能控制系统，并通过模拟与实际测试相结合的方式，对机械狗的功能和性能进行不断优化。

3.2 技术路线1.需求分析：通过市场调研和用户需求调查，确定机械狗的功能和特点。

2.外观设计：结合机械工程与工业设计，设计机械狗的外观，使其更加逼真。

3.功能设计：确定机械狗的基本功能，如行走、转向、跳跃等，并考虑添加附加功能。

4.感知系统：配备高清摄像头和传感器，实现机械狗的环境感知和避障功能。

5.控制系统：开发智能控制系统，使用语音识别和语音交互技术实现智能控制。

6.远程控制：通过手机APP与机械狗进行蓝牙连接，实现远程控制和互动功能。

电动宠物狗机械课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解电动宠物狗的基本机械结构原理，掌握其运作方式。

2. 学生能够描述并解释电路组成及其在电动宠物狗中的应用。

3. 学生能够掌握简单机械传动和电机驱动的基本知识。

技能目标：1. 学生能够运用所学的机械知识，设计并制作一个简易的电动宠物狗模型。

2. 学生能够运用问题解决策略，对电动宠物狗模型进行调试和优化。

3. 学生能够通过团队合作，有效沟通和协作完成项目任务。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对科学探究的兴趣，增强对机械设计和制作的热情。

2. 学生培养创新意识和动手实践能力，提高自信心和成就感。

3. 学生在学习过程中，培养环保意识，关注人工智能在生活中的应用及其影响。

课程性质：本课程为实践性强的综合设计课程，结合了机械、电子和计算机等多学科知识。

学生特点：六年级学生具备一定的科学知识基础，好奇心强，动手能力逐步提高，喜欢挑战性任务。

教学要求：教师需引导学生运用所学知识，注重实践操作，强调团队合作，培养学生解决问题的能力。

通过课程学习，使学生能够将理论知识应用于实际项目中，达到学以致用的目的。

同时，关注学生的情感态度价值观培养，提高综合素质。

二、教学内容1. 电动宠物狗基本原理- 电机工作原理及种类- 电路组成及其功能- 机械结构设计基础2. 教学大纲安排- 第一课时：介绍电动宠物狗的发展背景、基本原理及组成部分- 第二课时：学习电机工作原理，了解不同类型电机的特点及应用- 第三课时：掌握电路基础知识，分析电动宠物狗电路的组成及功能- 第四课时：学习简单机械结构设计，了解传动方式及其在电动宠物狗中的应用- 第五课时：分组讨论，设计并制作简易电动宠物狗模型- 第六课时：调试和优化电动宠物狗模型，展示成果3. 教材章节及内容- 第四章《简单电路》：了解电路的组成、种类及其功能- 第五章《电机与驱动》：学习电机的工作原理、种类及其在自动化设备中的应用- 第六章《机械传动》：掌握齿轮、皮带等传动方式及其在机械结构中的应用- 第七章《设计与制作》：运用所学知识，设计并制作简易电动宠物狗模型教学内容确保科学性和系统性，结合课程目标，注重理论与实践相结合。

十五自由度机器狗的设计项目背景机器狗是当今娱乐机器人中最典型的代表，也是最受广泛关注的机器人。

除了娱乐功能外，一些研发商已开始在原来的基础上扩展诸如防盗报警、搜索、追踪等与真狗相似而又比真狗更强的实用化功能。

索尼公司研制的“爱宝”机器狗,以及最近由一家英国公司研制的“咸克”机器狗，是这股机器狗潮流的引领者。

索尼的机器狗让人们明白了当今的机器人已经从工业制造等领域进入到寻常百姓家，已越来越贴近我们的生活；而英国最新的机器狗“咸克”更是在具有身材高大、奔走自如、可以跳过高屏障、可以与人一起踢足球、跳跃翻身、像螃蟹那样横行等特点的同时，还具有护卫家门、上网阅读邮件、识别不同的颜色和花纹、通过声波识别主人的声音并根据人的声音和命令灵敏地随机反应。

图1 索尼公司的“爱宝”机器狗然而，当前这些机器狗产品惊人的价格令绝大多数普通消费者望而却步，其高昂的研发成本更是令一般研发单位难以接受。

几年前就面世的日本索尼公司的“爱宝”机器狗投资上亿、耗时十年；刚刚亮相的英国“咸克”的投资也超过十万英镑。

高投入带来的虽然是技术上的先进却也是消费上的瓶颈。

索尼公司已传出消息，准备放弃对“爱宝”的进一步研发；而英国的“咸克”也仅是实验室里的一个玩物。

据此，本设计旨在提出一个成本相对较低、集娱乐性与实用性于一体的，适合于一般家庭消费者的机器狗实现方案。

它除了具有一般的各种仿真狗的动作与声音效果外，还具有主动测距完成避障以及追踪光球等娱乐功能。

如果进一步扩展，可以使其具有自动监控与电话报警的功能，以用于防盗、防火以及独处老人的突发病告警等。

本设计力图使之可以作为一个面向市场的低成本实用性机器狗的验证方案与实验平台。

总体方案机器狗的形体具有15个自由度，即：头部两个，尾部一个，四肢共十二个（每一肢三个）。

每个自由度均以舵机实现，舵机的转动范围与真狗的关节转动范围相近。

由此，机器狗可以实现抬头低头、转头、站立（立正）、直行、横向行走、转向、蹲坐、匍匐以及摇尾等诸多基本动作。