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蜘蛛型玻璃清洗机器人的设计作者：张裕佳伍伟来源：《软件工程》2016年第01期摘要：针对当前人工清洗玻璃时，存在危险性高、难度大、效率低等问题，设计了玻璃清洗机器人，具体阐述了各个组成部分的结构和工作原理，给出了结构框图和部分电路原理图，最后通过实验对机器人在玻璃壁面上的行走适应情况以及壁面清洗效果进行了测试，从测试情况可以看出，该机器人具有重量轻、体积小、清洗效果好、控制方便等特点，有较好的市场推广和应用价值。
关键词：清洗；机器人；蓝牙；吸附；设计中图分类号：TN710 文献标识码：A1 引言（Introduction）随着经济的不断发展，许多高楼大厦平地而起，但同时又带来了一个问题，那就是大厦玻璃的清洗，目前还主要靠人工清洗[1]，可是人工清洗危险性很高、操作繁琐、难度较大、效率低[2，3]，本文设计了一种玻璃清洗机器人，能代替人工进行玻璃清洗工作，经测试获得了较好的效果，有一定的实用价值。
2 整体硬件设计（Design of the overall hardware）设计的整体框图如图1所示，它主要由地面站（手机或电脑等有蓝牙模块的装置）、HC-06蓝牙模块、89C52单片机为核心的控制电路、以电磁阀和真空产生器为驱动模块和由两个双出杆双作用气缸和8个真空吸盘气缸的运动系统组成。
其中使用手机蓝牙串口客户端发出指令信息到和51单片机连接的蓝牙模块，单片机判断指令并执行相应子程序，发出相应的控制信号控制电磁阀的开关从而达到控制与之连接的气缸的伸出抽入，以达到机器人上、下、左、右运动的目的。
在这个移动过程中，由机器人身上所带有的清洗刷进行移动擦洗，安全保护系统主要是保证物品升降移动正常运行，最大限度的降低意外事故的发生几率。
图1 整体设计框图Fig.1 The overall design diagram3 控制芯片的选择（The choice of control chip）考虑STC89C51RC/RD+系列单片机具有宽工作电压3.4V—6V，超强抗干扰、高速、低功耗、无法解密、指令代码完全兼容传统8051、12时钟和6时钟模式可任意选择的特点[4，5]。
瓦斯探测仿生蜘蛛机器人的研究与设计目录1. 内容概述 (2)1.1 研究的背景与意义 (3)1.2 现状分析 (4)1.3 研究目的与内容 (5)2. 文献综述 (6)2.1 瓦斯探测技术发展现状 (8)2.2 仿生机器人在环境监测中的应用 (9)2.3 蜘蛛机器人的特性与设计 (10)3. 系统设计原理 (12)3.1 仿生学基础 (13)3.2 机器人结构的仿生设计 (14)3.3 传感器与执行器选择 (15)4. 硬件系统设计 (16)4.1 机械结构设计 (17)4.2 电子组件设计 (19)4.3 动力系统设计 (21)5. 软件系统设计 (22)5.1 控制系统设计 (24)5.2 智能化处理算法 (25)5.3 远程监控与数据传输 (26)6. 实验与评估 (27)6.1 实验设计与准备 (29)6.2 性能测试与数据分析 (30)6.3 应用场景模拟与评估 (31)7. 结论与展望 (33)7.1 实验结论 (34)7.2 研究的局限与提出改进方向 (35)7.3 未来研究展望 (37)1. 内容概述本研究报告旨在探讨瓦斯探测仿生蜘蛛机器人的研究与设计，尤其是甲烷，属于易燃易爆的气体，在煤矿等地下或封闭空间的含量过高时，可能会引发煤矿瓦斯爆炸，造成重大的经济损失和人员伤亡。
开发一种能够有效探测瓦斯浓度的智能机器人至关重要。
本研究首先综述了现有技术背景，包括瓦斯探测技术的现状、地面与地下探测方法的对比分析，以及仿生机器人技术的进展。
详细介绍了仿生蜘蛛机器人的设计原理，包括其动力系统、感知系统、控制系统和通信系统等。
在设计过程中，我们将仿生蜘蛛的灵活性和适应性作为关键因素，力求实现其在复杂环境中自如移动的能力。
研究还将探讨仿生蜘蛛机器人的仿生结构设计，包括其肢体动态仿真设计、局部优化策略和全局路径规划方法。
本研究还将重点研究如何集成先进的传感器技术，如红外传感器、激光雷达、气体检测传感器等，以实现对瓦斯的精确测量和监控。
机械仿真蜘蛛毕业设计机械仿真蜘蛛毕业设计在现代科技的推动下，机械仿真技术已经取得了长足的发展。
从工业生产到医疗设备，从军事装备到娱乐产品，机械仿真技术的应用无处不在。
而在我即将完成的毕业设计中，我选择了一个颇具挑战性的课题——机械仿真蜘蛛。
蜘蛛作为一种充满神秘感的生物，一直以来都是人们心中的恐惧之源。
然而，正是因为它们独特的身体结构和行动方式，蜘蛛也成为了仿生机器人设计的灵感来源之一。
通过模仿蜘蛛的结构和动作，可以实现机器人在狭小空间中的灵活移动和高效操作，具有广泛的应用前景。
在我的毕业设计中，我将着重研究蜘蛛的运动机制和身体结构，并将其应用于机械仿真蜘蛛的设计中。
首先，我将通过对蜘蛛的解剖学研究，了解其骨骼结构和关节运动方式。
然后，我将利用CAD软件进行三维建模，精确地重现蜘蛛的身体结构和运动机制。
在机械仿真蜘蛛的设计中，我将注重其在不同环境下的适应性和灵活性。
蜘蛛的八条腿和细长的身体使其能够在狭小的空间中穿梭自如，而且能够在不同的地形上行走。
因此，在机械仿真蜘蛛的设计中，我将注重模拟蜘蛛的运动能力，使其能够在各种复杂环境下进行探索和操作。
为了实现机械仿真蜘蛛的运动，我将采用电机驱动和传感器控制的方式。
通过电机驱动，机械仿真蜘蛛的八条腿可以实现类似于蜘蛛行走的动作。
而通过传感器的应用，机械仿真蜘蛛可以感知周围的环境，并做出相应的反应。
这样一来，机械仿真蜘蛛就能够在不同的环境中自主地行动和操作。
除了基本的运动功能，我还计划在机械仿真蜘蛛中添加一些附加的功能。
例如，我打算在机械仿真蜘蛛的头部安装摄像头，以实现对周围环境的拍摄和监控。
我还计划在机械仿真蜘蛛的腹部添加一个储存器，用于携带和交付小型物品。
这些附加功能将进一步提升机械仿真蜘蛛的实用性和应用范围。
在毕业设计的过程中，我将充分发挥自己的创造力和动手能力。
我将亲自搭建机械仿真蜘蛛的模型，并进行系统的测试和调试。
我将不断优化和改进设计，以实现更好的性能和功能。
蜘蛛机器人设计Design of the spider robot2013 年 5 月摘要在自然界中，蜘蛛因其独特的爬行机理可以在垂直的墙壁甚至倒立在天花板上进行行走。
本文介绍了一个运用仿生学原理设计制作的八足蜘蛛仿生机器人系统。
它以自然界中的蜘蛛为模仿对象，采用仿蜘蛛爬行机理设计并实现一种八足爬行机器人。
具体来讲，就是在尽量满足蜘蛛的仿生学生理结构的基础上，吸取其与接触面高强附着力的特点，基于这种机器人功能和结构的特点，用最简单的结构和加工工艺及材料设计出了相应的机械结构，电路，及控制程序。
本文中从机械机构设计、运动机理、电路设计、控制等四个方面完整阐述了八足仿生机器人的设计与实现过程。
在机构设计方面，详细描述了从概念到最终三维图的设计全过程，其中包括：图纸设计，二维、三维图的绘画三个部分内容。
在电路设计方面，详细阐述了该机器人系统电路板的设计全过程，其中包括：电路原理，“Pro tel DXP”制图以及电路板的焊制三个部分内容。
控制方面阐述了控制的构建过程，其中包含有：总体流程图及单片机程序编制与仿真两部分内容。
最终的蜘蛛机器人可模仿现实当中蜘蛛的爬行方式在平地进行爬行运动，实现前进、后退、转弯等动作，为进一步研究爬壁机器人提供了一个基础测试平台。
关键词：机器人；仿生学；机构设计；控制系统。
目录1 绪论 (5)1.1 机器人发展史 (5)1.2 仿生机器人的研究现状 (6)1.2.1 跳跃机器人 (6)1.2.2足式机器人............................. 错误!未定义书签。
1.2.3 爬壁机器人............................ 错误!未定义书签。
1.2.4 管道机器人............................ 错误!未定义书签。
1.3 仿生机器人的发展趋势....................... 错误!未定义书签。
1.4 本课题提出的背景和要求..................... 错误!未定义书签。
蜘蛛型机器人课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解蜘蛛型机器人的基本构造和原理，掌握其运动方式和控制方法。
2. 学生能了解蜘蛛型机器人在实际应用中的优势和局限性，并对其未来发展有一定认识。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计并搭建一个简单的蜘蛛型机器人模型。
2. 学生能够编写程序，实现对蜘蛛型机器人的基本控制，如直线行走、转弯等。
3. 学生能够运用团队协作和问题解决的能力，对蜘蛛型机器人进行调试和优化。
情感态度价值观目标：1. 学生对蜘蛛型机器人及其相关技术产生兴趣，培养科技创新意识。
2. 学生在团队合作中学会相互尊重、沟通与协作，培养团队精神和责任感。
3. 学生能够关注蜘蛛型机器人在社会生活中的应用，认识到科技对人类生活的影响，提高社会责任感。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论知识与动手操作，培养学生创新思维和实际操作能力。
学生特点：六年级学生具备一定的观察、分析和动手能力，对新鲜事物充满好奇心，喜欢挑战性任务。
教学要求：教师应注重理论与实践相结合，引导学生主动探究，鼓励学生动手实践，关注学生个体差异，提供有针对性的指导。
通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续学习打下坚实基础。
二、教学内容1. 机器人基础知识：介绍蜘蛛型机器人的基本构造、原理及其特点，关联课本第二章“机器人概述”。
- 机器人发展历程- 机器人基本构造与功能- 蜘蛛型机器人原理及优势2. 蜘蛛型机器人结构与设计：学习蜘蛛型机器人的结构设计，关联课本第三章“机器人结构与设计”。
- 蜘蛛型机器人的机械结构- 关节及传动系统设计- 整体布局与重量分配3. 控制系统与编程：掌握蜘蛛型机器人的控制方法，关联课本第四章“机器人控制技术”。
- 控制系统原理- 编程基础与逻辑控制- 蜘蛛型机器人控制实例4. 动手实践与调试优化：实践操作，关联课本第五章“机器人实践与应用”。
- 搭建蜘蛛型机器人模型- 编写控制程序- 调试与性能优化5. 蜘蛛型机器人在实际应用中的案例分析：了解蜘蛛型机器人的应用场景，关联课本第六章“机器人应用案例分析”。
伸展式仿生蜘蛛机器的设计与应用【摘要】随着科技发展与经济的繁荣，仿生机械的运用越发广泛，利用仿生机械来替代有些市场上的空缺。
本设计基于蜘蛛形态的模仿，通过齿轮系带动连杆实现各种运动形态，这个运动形态，符合大部分六足类爬行昆虫的特征，利用这种结构仿造出新型的运动机械结构产物。
关于本设计，目前玩具市场上多为只仿其形态而不可运动的仿生玩具，更多可运动的仿生玩具是以轮子作为运动装置，无法真实模仿出其运动形态，趣味性与可玩性单调，在运动过程中也存在一定局限性。
本设计解决了现有仿生蜘蛛类机械的·单调性与局限性，提出一款新型的机械结构设计。
其在市场发展上具有广阔的前景和应用空间。
关键词：伸展式仿生机构为了避免恶劣的工作环境对人体的伤害，或从事一些人体本身难以完成的工作，使用移动机器人实现工作目标是一条重要的途径。
现有的小型仿生蜘蛛机器大多有四足、六足等。
目前市面上的蜘蛛仿生机器大多采用固定式、履带式、轮式等。
仿生运动模式的多足步行机器人具有形态优美以及优越的越障能力。
但其实用性、应用前景、结构稳定性、在同一行进面的运动局限性有很大不足。
在大多数常见路况下行进时，仿生六足类机器人的运动都需具有更强的适应性，需耍有良好的控制策略与精密的结构规划，目前此领域研究大多在其的美观性上，而对其实用结构上的研究不多。
一、伸展式仿生蜘蛛机器的设计原理六足机器人又叫蜘蛛机器人，是多足机器人的一种。
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。
所谓步态，是指是行走系统抬腿和放腿的顺序。
六足昆虫在步行时把六条足分为两组，以一边的前足，后足与另一边的中足为一组，形成一个三角架支撑虫体，因此在同一时间只有一组的三条足起行走作用:前足用爪固定物体后，拉动虫体前进，中足用以支撑并举起所属一边的身体，后足则推动虫体前进，同时使虫体转向，行走时虫体向前并稍向外转，三条足同时行动，然后再与另一组的三条足交替进行，这是典型的三角步态，其行走的轨迹线是一条锯齿状曲线。
蜘蛛机器人设计Design of the spider robot
2013 年 5 月
摘要
在自然界中，蜘蛛因其独特的爬行机理可以在垂直的墙壁甚至倒立在天花板上进行行走。
本文介绍了一个运用仿生学原理设计制作的八足蜘蛛仿生机器人系统。
它以自然界中的蜘蛛为模仿对象，采用仿蜘蛛爬行机理设计并实现一种八足爬行机器人。
具体来讲，就是在尽量满足蜘蛛的仿生学生理结构的基础上，吸取其与接触面高强附着力的特点，基于这种机器人功能和结构的特点，用最简单的结构和加工工艺及材料设计出了相应的机械结构，电路，及控制程序。
本文中从机械机构设计、运动机理、电路设计、控制等四个方面完整阐述了八足仿生机器人的设计与实现过程。
在机构设计方面，详细描述了从概念到最终三维图的设计全过程，其中包括：图纸设计，二维、三维图的绘画三个部分内容。
在电路设计方面，详细阐述了该机器人系统电路板的设计全过程，其中包括：电路原理，“Pro tel DXP”制图以及电路板的焊制三个部分内容。
控制方面阐述了控制的构建过程，其中包含有：总体流程图及单片机程序编制与仿真两部分内容。
最终的蜘蛛机器人可模仿现实当中蜘蛛的爬行方式在平地进行爬行运动，实现前进、后退、转弯等动作，为进一步研究爬壁机器人提供了一个基础测试平台。
关键词：机器人；仿生学；机构设计；控制系统。
目录
1 绪论 (5)
1.1 机器人发展史 (5)
1.2 仿生机器人的研究现状 (6)
1.2.1 跳跃机器人 (6)
1.2.2足式机器人............................. 错误!未定义书签。
1.2.3 爬壁机器人............................ 错误!未定义书签。
1.2.4 管道机器人............................ 错误!未定义书签。
1.3 仿生机器人的发展趋势....................... 错误!未定义书签。
1.4 本课题提出的背景和要求..................... 错误!未定义书签。
1.5 蜘蛛机器人研发的目的和意义................. 错误!未定义书签。
1.6 结束语..................................... 错误!未定义书签。
2 机构设计 ......................................... 错误!未定义书签。
2.1 仿生蜘蛛整体结构确定....................... 错误!未定义书签。
2.2 蜘蛛机器人电机的选择....................... 错误!未定义书签。
2.3 蜘蛛机器人具体结构的设计................... 错误!未定义书签。
2.3 绘图总结................................... 错误!未定义书签。
3 运动机理分析 ..................................... 错误!未定义书签。
3.1 蜘蛛机器人行走步态选择..................... 错误!未定义书签。
3.1.1 相关参数描述......................... 错误!未定义书签。
3.1.2 八足步态形式分析..................... 错误!未定义书签。
3.1.3 结论................................. 错误!未定义书签。
3.2 蜘蛛机器人运动机理分析...................... 错误!未定义书签。
4 硬件电路设计 ..................................... 错误!未定义书签。
4.1 电路原理.................................... 错误!未定义书签。
4.1.1 主控芯片的选择........................ 错误!未定义书签。
4.1.2 主控芯片ATmega16单片机简介：......... 错误!未定义书签。
4.1.3 各个模块电路原理...................... 错误!未定义书签。
4.2 Protel制图................................. 错误!未定义书签。
4.3 电路面板的制作............................. 错误!未定义书签。
4.4 电路设计经验总结........................... 错误!未定义书签。
5 程序控制及仿真 ................................... 错误!未定义书签。
5.1 控制设计总体流程........................... 错误!未定义书签。
5.2 单片机控制程序的编写....................... 错误!未定义书签。
5.2.1 ICCAVR简介........................... 错误!未定义书签。
5.2.2 控制程序的编写....................... 错误!未定义书签。
5.3 控制程序的仿真和实现...................... 错误!未定义书签。
6 结束语 ........................................... 错误!未定义书签。
致谢 ............................................... 错误!未定义书签。
参考文献 ........................................... 错误!未定义书签。
附录一蜘蛛机器人结构三维图 .. (51)
附录二总体电路图 (52)
附录三 PCB板 (53)
附录四 PCB三维图 (54)
1 绪论
1.1 机器人发展史
机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事。
然而人们对机器人的幻想与追求却已有3 000多年的历史。
人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人类完成各种工作。
西周时期，中国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人，这是中国最早记载的机器人，体现了中国劳动人民的聪明智慧。
1738年，法国天才技师杰克·戴·瓦克逊发明了一只机器鸭，它会嘎嘎叫，会游泳和喝水，还会进食和排泄。
瓦克逊的本意是想把生物的功能加以机械化而进行医学上的分析。
1893年摩尔制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。
进人2O世纪后，机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持，一些适用化的机器人相继问世，1927年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”，并在纽约举行的世界博览会上展出。
1959年第一台工业机器人(可编程、圆坐标)在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。
随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高，移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。
由于这些技术的发展，推动了机器人概念的延伸。
20世纪，将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。
这一概念不但指导了机器人技术的研究和应用，而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间，地面机器人、微小型机器人、水下机器人、空中机器人等各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实。
仿生科学以仿生学为核心的相关学科进行研究，其中运动仿生、感知仿生、控制仿生、能量仿生、材料仿生等诸多基础仿生技术的深入研究为仿生机器人的发展提供了一定的理论基础和技术支持．仿生机器人是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人。
仿生机器人是机器人技术领域中一个新兴的发展分支，是当前机器人领域的研究热点。
过去、现在甚至未来，对仿生机器人的研究，都是多方面的。
近些年，国内外有诸多学者开始对仿生机器人进行深入细致的研究。
仿生机器人的种类有很多种，有天上飞的，地上走的，甚至还有水里游的。
而地上走的，根据仿生机器人行走方式的不同，可以将机器人分为跳跃机器人、轮式机器人、足式机器人以及爬行机器人等。
在下面一节中我将具体描述各类型机器人的发展现状及成果。
1.2 仿生机器人的研究现状
1.2.1 跳跃机器人
仿生跳跃机器人涉及仿生学、机械学和控制学等多学科交叉，具有许多目前科技发展水平难以逾越的技术难点，研制难度大。
对这种机器人进行研究的最初目的是模拟袋鼠、麻雀等动物的骨骼机构和运动方法。
随着对这种机器人研究的深入，这种技术可以被用来研究运动员的跳高、跳远、跳水、蹦床和体操等运动，从而提高运动员的成绩。
此外，。
