能四足机器人结构设计-开题报告

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。

四足步行机器人结构设计分析四足步行机器人是一种仿生机器人，以动物的四足行走方式为原型，采用四条腿进行移动。

在机器人的设计过程中，结构设计是非常重要的一环。

本文将从机器人的结构设计分析角度，对四足步行机器人的结构进行详细讨论。

四足步行机器人的结构设计要考虑机器人的外形和尺寸。

机器人的外形应该尽可能地接近真实动物四足的形态，这有助于机器人在不同环境中进行步行。

机器人的尺寸要适中，既不能太大以限制机器人的移动能力，又不能太小以限制机器人携带和执行任务的能力。

四足步行机器人的结构设计要考虑机器人的材料选择。

机器人的各个零部件需要选择轻量、强度高、耐磨损的材料，以确保机器人在长时间使用过程中不会出现结构破损或零部件失效的情况。

常见的材料选择包括碳纤维复合材料、钛合金等。

四足步行机器人的结构设计要考虑机器人的关节设计。

机器人的关节部分是机器人进行步行和运动的关键部分，要确保关节的灵活度和可控性。

关节部分的设计要考虑到机器人的运动范围和力量传递的需求，要能够实现机器人在不同地形和环境中的步行和运动。

四足步行机器人的结构设计还包括机器人的传动系统和感知系统。

机器人的传动系统用于控制机器人的四条腿进行步行和运动，传动系统需要设计合理，能够提供足够的力量和控制精度。

机器人的感知系统用于感知环境和障碍物，为机器人的导航和避障提供支持，感知系统的设计需要结合机器人的结构和任务需求进行。

四足步行机器人的结构设计还要考虑机器人的电源和控制系统。

机器人需要稳定可靠的电源供给，以保证机器人在执行任务过程中不会因电量不足而停止工作。

机器人的控制系统需要能够对机器人的步行和运动进行精确控制，实现机器人的稳定行走和任务完成。

四足步行机器人的结构设计是一项复杂而关键的工作。

在设计过程中需要考虑机器人的外形和尺寸、材料选择、关节设计、传动系统和感知系统、电源和控制系统等多个方面。

通过合理的设计，可以实现机器人在不同环境和任务中的稳定步行和运动。

四足步行机器人结构设计分析四足步行机器人是一种模拟动物四肢步行方式的机器人。

它具有良好的适地性和灵活性，可以应用于各种复杂环境中，例如救援、探索、农业等。

四足步行机器人的结构设计是实现其步行运动和完成任务的关键。

1. 机械结构设计：四足步行机器人的机械结构主要包括机身、四肢、关节和传动系统等部分。

机身的设计应考虑到重心的稳定性和机器人的整体刚性，一般采用轻质材料和合理的结构布局。

四肢的设计应具有足够的力量和灵活性，能够适应不同地形和姿势的需求。

关节的设计应具有足够的承载能力和运动范围，一般采用旋转关节和伸缩关节等。

传动系统的设计应考虑到传动效率和可靠性，一般采用电机驱动和齿轮传动等。

2. 控制系统设计：四足步行机器人的控制系统主要包括感知、决策和执行三个层次。

感知的设计应采用多种传感器，如摄像头、激光雷达、陀螺仪等，用于获取周围环境的信息。

决策的设计应基于感知信息和任务要求，通过算法和模型计算出合理的运动策略和路径规划。

执行的设计应将决策结果转化为相应的机器人动作，控制四肢的运动和保持平衡。

3. 动力系统设计：四足步行机器人的动力系统主要包括电源和驱动器。

电源的设计应提供稳定和持久的电能供应，一般采用电池或者燃料电池等。

驱动器的设计应根据机器人的重量和动作需求选择适当的电机和控制器，一般采用无刷直流电机和腿部驱动器等。

4. 结构分析：为了实现高效、稳定、灵活的步行运动，四足步行机器人的结构应进行结构分析。

通过有限元分析等工具，分析机器人在不同工况下的受力和变形情况，优化机械结构。

还应考虑到机器人的自重、荷载和动作过程中的冲击和振动等因素，进行合理设计和选材。

5. 运动学和动力学分析：为了保证步行机器人的运动稳定性和效率，需要进行运动学和动力学分析。

运动学分析可以确定机器人的运动轨迹和姿态，动力学分析可以计算出机器人的受力和力矩。

通过分析得到的结果，可以对机器人的运动控制和力量调节进行优化和改进。

《具有串并混联结构腿的四足机器人设计》篇一一、引言随着科技的不断发展，四足机器人因其卓越的稳定性和灵活性，在复杂地形中的适应性日益受到关注。

本文旨在设计一种具有串并混联结构腿的四足机器人，以提高机器人的运动性能和适应能力。

本文将详细介绍该四足机器人的设计思路、结构特点及优势。

二、设计思路1. 总体设计本设计的四足机器人采用模块化设计思想，将机器人分为上位机、驱动系统、腿部结构和控制系统等部分。

其中，腿部结构采用串并混联结构，以提高机器人的运动性能和稳定性。

2. 串并混联结构串并混联结构是指在一个机械结构中同时存在串联和并联的元素。

在四足机器人的腿部设计中，我们采用此结构以提高机器人的灵活性和稳定性。

在腿部关节处，我们采用并联结构以提高关节的承载能力和运动范围；而在腿部驱动和传动部分，我们采用串联结构以提高传动效率和动力传递的准确性。

三、结构特点1. 腿部设计四足机器人的腿部采用串并混联结构，包括大腿、小腿和足部等部分。

大腿和小腿通过关节进行连接，并在关节处采用并联结构以提高承载能力和运动范围。

此外，我们还设计了弹簧减震系统，以吸收机器人运动过程中的冲击和振动。

2. 驱动系统驱动系统采用电机和传动装置的串联结构，将电机的动力传递给腿部各关节。

我们选用高性能的直流无刷电机，以保证机器人具有足够的动力和运动速度。

此外，我们还设计了传动装置的润滑系统，以减少传动过程中的摩擦和磨损。

3. 控制系统控制系统是四足机器人的核心部分，我们采用先进的控制算法和传感器技术，实现对机器人运动的精确控制。

我们选用高性能的微处理器作为控制核心，通过传感器实时获取机器人的状态信息，并根据预设的算法对机器人进行控制。

此外，我们还设计了人机交互界面，以便用户对机器人进行操作和监控。

四、优势1. 运动性能优越：采用串并混联结构的腿部设计，使机器人具有较高的灵活性和稳定性，能在复杂地形中实现高效的运动。

2. 承载能力强：在关节处采用并联结构，提高了机器人的承载能力，使其能承载更重的负载。

《具有串并混联结构腿的四足机器人设计》篇一一、引言四足机器人是现代机器人技术的重要组成部分，广泛应用于军事侦察、灾难救援、科研实验等各个领域。

本文针对四足机器人的运动特点和工作环境，提出了一种具有串并混联结构腿的四足机器人设计，以增强其稳定性和运动能力。

本文将从设计需求分析、机械结构设计、控制策略和优化措施等方面对这一设计进行详细的阐述。

二、设计需求分析四足机器人设计的核心目标是在保持稳定性的基础上，实现较高的运动性能和灵活度。

为实现这一目标，需满足以下要求：1. 腿部结构应具备足够的强度和刚度，以应对复杂的工作环境。

2. 腿部结构应具备较好的灵活性和适应性，以适应不同地形。

3. 控制系统应具备较高的响应速度和精确度，以实现复杂的运动控制。

三、机械结构设计针对上述需求，本文提出了一种具有串并混联结构腿的四足机器人设计。

该设计采用串并混联结构，将串联和并联结构的优点相结合，以提高机器人的稳定性和运动性能。

具体设计如下：1. 腿部结构：采用串并混联结构，将大腿、小腿和足部通过关节连接起来。

大腿和小腿采用串联结构，以保证足够的强度和刚度；足部采用并联结构，以提高灵活性和适应性。

2. 驱动系统：采用电机驱动的关节系统，通过控制电机的转动实现腿部的运动。

驱动系统应具备较高的响应速度和精确度，以满足复杂的运动控制需求。

3. 脚部设计：采用弹性材料制成的足部，以适应不同地形。

同时，足部应具备一定的抓地力，以提高机器人在复杂环境中的稳定性。

四、控制策略为实现复杂的运动控制和环境适应能力，本文提出了一种基于深度学习和优化算法的控制策略。

具体如下：1. 运动规划：通过深度学习算法，使机器人能够根据环境信息自主规划运动轨迹。

2. 运动控制：采用优化算法，实现电机驱动的关节系统的精确控制，以保证机器人的运动性能和稳定性。

3. 环境感知：通过传感器和图像处理技术，实现机器人对环境的感知和识别，以便进行自主导航和避障。

五、优化措施为进一步提高机器人的性能和稳定性，本文提出以下优化措施：1. 材料选择：选用高强度、轻量化的材料，以降低机器人的重量和提高其运动性能。

《具有串并混联结构腿的四足机器人设计》篇一一、引言四足机器人是现代机器人技术中的重要组成部分，其在多种领域，如科研、军事、工业等领域均有广泛的应用。

其关键部分为具有灵活和适应性强的腿机构，使得四足机器人可以稳定、有效地移动于不同的复杂环境中。

为了解决这个问题，本篇论文提出了具有串并混联结构腿的四足机器人设计，这一设计方案能够在不同地面上灵活地实现行进、爬行和跨越障碍等动作。

二、四足机器人设计概述本设计的四足机器人采用串并混联结构腿的设计理念，即腿部结构既包含串联机构也包含并联机构。

这种设计方式可以有效地提高机器人的运动灵活性和稳定性。

1. 串联机构：串联机构在机器人腿部设计中主要起到支撑和驱动的作用。

通过串联的多个关节，可以实现腿部的弯曲和伸展，从而使得机器人能够进行各种复杂的动作。

2. 并联机构：并联机构则主要起到增强稳定性和负载能力的作用。

通过多个并联的连杆和驱动器，可以增加机器人在复杂环境中的运动能力和负载能力。

三、四足机器人设计详细方案1. 腿部结构设计：在腿部设计中，我们采用一种串并混联的组合方式。

这种设计方式使得腿部在拥有足够强度的同时，又保持了足够的灵活性。

我们采用高强度的材料制作连杆和关节，以增强机器人的负载能力和耐用性。

2. 关节设计：在关节设计中，我们采用电机驱动的方式。

电机通过传动装置（如齿轮或皮带）驱动关节的转动，从而实现腿部的运动。

此外，我们还设计了阻尼装置，以减少运动过程中的冲击和振动。

3. 控制策略：我们采用基于反馈的控制策略，通过传感器实时获取机器人的运动状态和环境信息，然后根据这些信息调整机器人的运动策略。

此外，我们还采用了优化算法，以提高机器人在复杂环境中的运动效率和稳定性。

四、实验与结果分析我们通过实验验证了设计的有效性。

实验结果表明，具有串并混联结构腿的四足机器人在各种复杂环境中均能实现稳定、有效的移动。

在行进、爬行和跨越障碍等动作中，该机器人均表现出较高的灵活性和适应性。

四足机器人研究报告
报告摘要:
本报告对四足机器人的研究进行了综合分析和评估。

首先介绍了四足机器人的发展历程和应用领域，并分析了目前研究的热点和难点。

然后，报告针对四足机器人的运动控制、感知和导航、智能算法等关键技术进行了深入探讨。

在运动控制方面，研究重点是如何实现高效稳定的步态控制和机器人姿态调整。

在感知和导航方面，研究重点是如何实现机器人对环境的感知和理解，以及路径规划和避障等导航任务。

在智能算法方面，研究重点是如何通过机器学习和人工智能等方法，提升四足机器人的智能水平和自主决策能力。

报告同时对国内外四足机器人研究的进展和成果进行了梳理和总结。

指出了目前四足机器人研究存在的问题和挑战，例如机器人的能源管理、机械结构的优化、系统的鲁棒性等。

最后，报告对未来四足机器人研究的发展趋势进行了展望，提出了一些可能的解决方案和研究方向，包括机器人的智能化、机器人的多任务协同、机器人的实时学习等。

综上所述，四足机器人研究具有广阔的应用前景和深远的意义。

然而，要实现四足机器人的高效稳定运动和智能决策，需要进一步攻克一系列技术难题。

相信在不久的将来，随着技术的不断突破和研究的不断深入，四足机器人必将在各个领域展现出更广阔的应用潜力。

四足步行机器人结构设计分析
在工业制造、物流和军事领域等应用中，机器人已成为不可或缺的设备。

四足步行机器人是目前比较广泛使用的一种类型，其特点是可以在复杂地形和环境下进行移动，而不受路面海拔高度、坡度、沙石等因素的限制。

在四足步行机器人的结构设计中，需要考虑多个因素，本文将从结构设计的角度分析其特点。

一、足底结构
四足步行机器人的足底结构十分重要，足底结构主要是为了保证机器人能够在各种地形上行走。

足底必须具备良好的摩擦性，以确保它能够顺畅地行走和保持平衡。

此外，还需要考虑足底的抗滑和防震性能。

二、关节数目
四足步行机器人关节数目的设计必须考虑到多种因素。

关节数量会决定机器人的行走方式和灵活性。

如果关节数量过多或者过少，机器人的移动能力将会受到限制。

此外，还需要考虑关节的传动方式，例如电机、弹簧或气压等。

三、骨架结构
骨架结构是机器人主体的强度支撑结构，其设计必须与机器人的重量、尺寸、动力等因素相匹配。

骨架结构应该具备足够的强度和稳定性，以保证四足步行机器人在行走过程中不会受到损坏。

四、电力系统
电力系统包括电池、电源、电流和电压控制系统等。

为了保证足够的稳定性，四足步行机器人需要配备高质量的电池，并且电源和电压控制系统应该能够确保正常工作，以保证机器人的稳定性和安全性。

总而言之，四足步行机器人是一种具有广泛应用前景的机器人，其设计必须结合多个因素进行考虑，包括足底结构、关节数目、骨架结构和电力系统等。

通过科学合理地设计和调试，可以让四足步行机器人发挥更加理想的性能，从而满足不同领域的使用需求。

四足步行机器人结构设计分析
四足步行机器人是一种仿生机器人，通过模仿动物的行走方式来实现稳定的步行动作。

它的结构设计对于机器人的步行稳定性、载重能力和适应性具有重要影响。

下面将从机械
结构、动力系统和控制系统三个方面对四足步行机器人的结构设计进行分析。

首先是机械结构。

四足步行机器人的机械结构包括机器人的身体结构和四肢结构。

机
器人的身体结构通常采用一个类似于动物的骨架结构，它由中央主体和四条相连的肢体组成。

这种结构能够提供足够的稳定性和承重能力，同时使机器人能够适应不同的地形和环境。

四肢结构通常采用类似于动物的骨骼结构，它由骨骼和关节组成，能够提供足够的力
量和灵活性，使机器人能够进行步行和奔跑等动作。

其次是动力系统。

四足步行机器人的动力系统是机器人进行步行动作的动力来源。

它
通常由电动机、传动机构和电源组成。

电动机负责提供足够的动力，传动机构负责将电动
机的转动传递到机器人的肢体上，电源负责提供电能。

动力系统的设计需要考虑机器人的
载重能力、速度和电池寿命等因素，确保机器人能够稳定地进行步行动作。

最后是控制系统。

四足步行机器人的控制系统是机器人进行步行动作的核心部分。

它
通常由传感器、控制器和执行器组成。

传感器负责感知环境和机器人的状态，控制器负责
根据传感器的反馈信息制定步行动作的策略，执行器负责执行控制器制定的动作。

控制系
统的设计需要考虑机器人的稳定性、动作的平滑性和机器人与环境的交互等因素，确保机
器人能够稳定地进行步行动作。

四足步行机器人结构设计分析四足步行机器人是一种仿生机器人，模拟了动物的四足行走方式。

它的结构设计是十分重要的，它直接决定了机器人的稳定性、灵活性以及适应性等方面的特性。

接下来，我们将对四足步行机器人的结构设计进行分析。

四足步行机器人的结构可以分为两个主要部分：机械结构和控制系统。

机械结构部分包括机器人的外骨骼结构和关节设计。

外骨骼结构需要具有足够的强度和刚度，以支持机器人的行走和承受外部力的作用。

外骨骼结构的重量也应该尽可能地轻，以降低机器人的能耗和提高效率。

关节设计则需要兼顾机器人的稳定性和灵活性。

关节的设计应该使机器人能够完成各种复杂的动作，并且具有足够的自由度，以适应不同的环境和任务。

控制系统是四足步行机器人的核心。

控制系统包括传感器、执行器和控制算法等组成部分。

传感器用于获取机器人周围环境的信息，比如位置、姿态、距离等。

执行器则通过对关节的控制来实现机器人的运动。

控制算法则根据传感器的信息进行数据处理和决策，将决策结果传递给执行器，以使机器人按照预定的轨迹行走。

在四足步行机器人的结构设计过程中，还有一些需要考虑的因素。

首先是机器人的动力系统。

机器人可以采用电动机、液压或气压等不同形式的动力源。

选择合适的动力系统要考虑机器人的负载、功率要求和运行环境等因素。

其次是机器人的附件装载系统。

四足步行机器人通常需要携带一些附件，比如摄像头、传感器等。

附件的装载系统应该能够方便地安装和拆卸，同时不影响机器人的行走能力。

最后是机器人的电池系统。

四足步行机器人通常需要长时间地工作，因此需要一个高效的电池系统来提供持续的能量供应。

四足步行机器人的结构设计应该兼顾稳定性、灵活性和适应性等方面的要求。

在设计过程中，需要考虑机器人的外骨骼结构、关节设计、控制系统、动力系统、附件装载系统和电池系统等因素。

通过合理的结构设计，可以使机器人具有良好的行走能力和适应能力，从而更好地完成各种任务。

《具有串并混联结构腿的四足机器人设计》篇一一、引言四足机器人是当前机器人技术领域的重要研究方向之一，其运动稳定性和环境适应性一直是研究的热点。

本文旨在设计一种具有串并混联结构腿的四足机器人，以提高机器人的运动性能和适应性。

本文将从设计思路、结构特点、运动学分析、控制系统设计等方面进行详细阐述。

二、设计思路在四足机器人的设计中，腿部的结构设计是关键之一。

传统的四足机器人采用串联结构或并联结构，这两种结构各有优缺点。

串联结构具有结构简单、制造方便等优点，但运动灵活性较差；而并联结构具有高运动精度、高刚度等优点，但制造难度较大。

因此，本文提出了一种串并混联结构的腿部设计思路，以结合两种结构的优点，提高机器人的运动性能和适应性。

三、结构特点1. 腿部结构设计本设计的四足机器人采用串并混联结构的腿部设计。

具体来说，腿部由多个串联和并联单元组成，使得机器人可以在不同的环境中实现更为灵活的运动。

同时，该设计还具有以下特点：（1）模块化设计：每个单元都可以独立制造和更换，方便维护和升级。

（2）可调节性：通过调整各单元的相对位置和角度，可以适应不同的地形和环境。

（3）高运动性能：通过并联结构的优势，实现高运动精度和高刚度。

2. 整体结构设计除了腿部结构外，整体结构设计也是四足机器人设计中不可忽视的一部分。

本设计的四足机器人采用轻量化材料制造，以降低能耗和提高运动性能。

同时，整体结构采用模块化设计，方便后续的维护和升级。

此外，机器人还配备了电源系统、控制系统等重要组成部分。

四、运动学分析本设计的四足机器人在运动学方面具有较高的性能。

通过合理的腿部结构设计，机器人可以实现多种步态，如步行、跑步、爬坡等。

同时，通过控制系统对各单元的协调控制，可以实现高精度的运动控制。

此外，机器人还具有良好的稳定性和适应性，可以在不同的地形和环境中实现稳定的运动。

五、控制系统设计控制系统是四足机器人的核心部分之一。

本设计的四足机器人采用先进的控制系统设计，包括硬件和软件两个部分。

智能四足机器人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，机器人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：将来机器人将以何种身份进入我们的生活，是玩伴还是佣人，智能步行机器人的设计就是为了将来机器人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，成功地设计了智能步行机器人的本体结构。

本机器人具有前后行、平地侧行等基本行走功能。

另外机器人头部还装有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，使得机器人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：智能四足机器人；结构设计；谐波传动Intelligent Four-Foot Robot Frame DesignAbstractFor our future life，everyone had different ideas，but most people believe that，in future society，the robot 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 into our lives，playmates or servants，the design of intelligent walking robot 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 walking robot，the body structure. The robot 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 robot，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 four-foot robot ; structural design; harmonic drive目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 本课题的来源、研究目的和意义 (1)1.2 国内外步行机器人的发展概况 (3)1.3本设计的主要内容 (5)第2章智能四足机器人的设计 (6)2.1 自由度的分配及结构方案的设计 (6)2.1.1 自由度的分配 (6)2.1.2 结构方案的设计 (7)2.2关节驱动方案的选择 (9)2.3 传动方案的选择 (10)2.3.1 传动方式 (10)2.3.2减速器和减速比的选择 (10)2.3.3电机与减速器的连接方式 (13)2.4 结构特点及性能参数 (14)2.4.1智能四足机器人的结构特点 (14)2.4.2智能四足机器人的结构性能参数 (15)第3章部分关节部件设计计算 (18)3.1各关节力矩的计算 (18)3.1.1膝关节静力矩的计算 (18)3.1.2髋关节向前后运动自由度的静力矩的计算 (19)3.1.3髋关节左右摆动时静力矩的计算 (20)3.1.4颈关节摆动时的静力矩的计算 (21)3.2谐波传动组件的选择与计算 (21)3.3圆柱齿轮减速器组件选择与计算 (21)3.4各关节所需电机的选择与计算 (22)第4章其它部件的选择 (24)第5章成本估算和环保分析 (26)5.1成本估算 (26)5.2环保与经济分析 (26)结论 (28)致谢 (29)附录 (31)第1章绪论1.1本课题的来源、研究目的和意义本课题是步行机器人项目之一。

1 黑龙江八一农垦大学 毕业设计(论文)开题报告

学生姓名： 马超 学 号：20054024147 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计(论文)题目：基于solidworks的四足步行机器人腿机构设计 指导教师： 刘天祥

年 月 日 2

开题报告填写要求 1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）； 4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2002年4月26日”或“2002-04-26”。 3

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

一 概述 自从人类发明机器人以来，各种各样的机器人日渐走入我们的生活。仿照生物的各种功能而发明的各种机器人越来越多。作为移动机器平台，步行机器人与轮式机器人相比较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，用于工程探险勘测或军事侦察等人类无法完成的或危险的工作；也可开发成娱乐机器人玩具或家用服务机器人。四足机器人在整个步行机器中占有很大大比重，因此对仿生四足步行机器人的研究具有很重要的意义。 二 四足机器人的优点

四足步行机器人是机器人的一个重要分支。由于四足步行机器人比二足步行机器人承载能力强、稳定性好, 同时又比六足、八足步行机器人的结构简单, 更加受到各国研究人员的重视。在组成四足步行机器人的机构中, 腿机构是最重要的机构。腿机构选择得当, 不仅可以使机器人的机构简单、设计方便, 更重要的是可以大大简化控制方案。由于技术等原因，目前投入使用的采用足式机构的四足机器人较少，但是四足机器人具有很强的环境适应能力，可以在平坦硬质地、沙石地、雪地、松软地、草地等复杂地面行走，可以爬越一定角度的坡面，跨越一定宽度的障碍和沟壑，在不久的将来会在以下方面发挥重大作用: 例如有些农业机械如果安装足式机械底盘，就能够适应旱地，水田，梯田等不同环境，有些矿山机械如安装行走机械底盘，其适应松软路面，大坡度路面的能力就会增强；宇航方面，为星球探测机器人安装上“足”，必将大幅度增强其在星球上的移动能力；战场上的应用，运输、侦察、排雷等；危险及特殊环境下的作业，反恐中的排雷、排爆，星球表面的探测，地震等引发的灾后搜救，核工业中放射性原料的运输、处理等，狭小空间下的作业，废墟、山洞的探测，管道检测、维修等；娱乐、服务、导盲等，在日常生活中足式行走假肢也有很大的应用前景。 4

四足机器人研究报告总结
根据我的研究，四足机器人是一种模仿动物四肢运动的机器人。

它使用四只腿来实现行走、奔跑和其他复杂动作。

以下是对四足机器人研究的报告总结：
1. 功能与应用：四足机器人具有多种功能与应用。

它们可以用于探险任务，如在不适宜人类进入的恶劣环境中搜救、勘察等。

此外，它们还可以用于军事、救援和农业领域，提供辅助力量。

2. 动力系统：四足机器人通常使用电池或者内部燃气发电机作为动力系统。

根据不同的设计需求，还可以采用液压或气压系统。

3. 步态与运动控制：为了实现高效稳定的运动，四足机器人需要采用恰当的步态和运动控制算法。

一些常见的步态模式包括奔跑、行走和爬行。

4. 传感器与感知系统：为了能够适应复杂的环境，四足机器人通常配备各种传感器来感知周围环境，如视觉、声音、力传感器和测距仪等。

5. 自主导航：四足机器人需要具备自主导航能力以实现复杂任务。

为此，研究人员开发了各种导航算法和定位系统，如SLAM（同时定位与地图构建）和GPS。

6. 机械结构与材料：四足机器人的机械结构和材料选择对其性能和可靠性至关重要。

目前常用的结构材料有金属合金、复合
材料和聚合物。

总的来说，四足机器人研究目前面临一些挑战，如精确的步态控制、自主导航的算法改进和更轻巧的机械结构。

然而，它们的应用前景广阔，可以在多个领域为人类提供协助和创造价值。

四足步行机器人结构设计分析四足步行机器人被广泛应用于军事、野外勘测等领域，模仿动物动作，具有较强的适应性和移动性能。

结构设计是机器人性能的重要因素，因此，如何设计出合理的机器人结构，提高其在实际应用中的稳定性与可靠性是一个重要的课题。

本文将重点分析四足步行机器人的结构设计问题。

四足步行机器人是基于仿生学原理的设计结构，利用电机、传感器、控制器等电器设备，模仿象、马、狗等动物的步态，通过肢体的伸展与抬起，将身体向前推进，实现机器人的移动。

四足步行机器人的结构主要由以下四个部分组成：（1）机械组成部分：主要包括运动引擎、机械臂、传动齿轮等。

（2）运动控制部分：由电路板、控制卡、脚踏传感器、固定器件等组成。

（3）能量供应部分：包括电池、太阳能板、发电机等。

（4）数据处理部分：由传感器、行车记录仪、计算机等组成。

四足步行机器人的运动需要进行复杂的步态控制。

在步态控制中，肢体的抬起和放下以及肢体长度的调节需要进行精确的控制。

目前，常用的步态控制方式主要有以下几种：1. 开环控制开环控制是最简单的一种步态控制结构，它需要预先设置好机器人的步态动作，然后通过运动控制器控制伺服电机的开关状态，实现机器人的前进、退后、转弯等动作。

但是，开环控制无法根据不同地形条件对肢体长度进行精确的调节，因此在实际应用中存在一定的局限性。

闭环控制采用传感器对四足步行机器人各部分的运动进行实时监测，并将监测结果传输到控制器中进行比较和分析。

根据运动状态的变化，控制器将发出指令对机器人进行相应的控制。

闭环控制能够根据不同地形和环境条件，对肢体的运动进行精确的调节。

3. 模糊控制模糊控制是一种基于模糊逻辑运算的控制方法，通过对控制系统的输入和输出进行中心化的数学运算，得到一组模糊规则，使机器人能够根据不同的环境和任务进行自适应的运动控制。

模糊控制适用于较为复杂的环境和任务条件下的步态控制。

四足步行机器人的步态控制需要通过上述步态控制方式进行有效的结构设计和优化，以提高机器人在实际应用中的稳定性和可靠性。

《具有串并混联结构腿的四足机器人设计》篇一一、引言四足机器人是一种仿生学技术的产物，模仿真实生物的行走方式，具有较高的灵活性和适应性。

在众多四足机器人设计中，具有串并混联结构腿的四足机器人因其独特的结构优势，在复杂地形中表现出色。

本文将详细介绍这种四足机器人的设计理念、结构设计、运动控制以及其应用前景。

二、设计理念具有串并混联结构腿的四足机器人设计，主要遵循了以下几点理念：一是要仿生真实生物的行走方式，以提高机器人的灵活性和适应性；二是要优化机器人的结构，使其在复杂地形中能够稳定行走；三是要考虑机器人的运动控制，使其能够快速响应并完成各种任务。

三、结构设计1. 腿部结构设计该四足机器人的腿部采用串并混联结构，即在腿部关节处采用串联结构，而在某些部分则采用并联结构。

这种结构既保证了机器人的灵活性和适应性，又提高了机器人的稳定性和承载能力。

2. 驱动系统设计驱动系统是四足机器人的核心部分，采用电机和传动装置的组合，实现对机器人的精确控制。

电机通过传动装置驱动腿部关节的转动，从而实现机器人的行走。

3. 控制系统设计控制系统是四足机器人的大脑，负责接收传感器信号、处理信息并发出指令。

控制系统采用模块化设计，包括主控制器、传感器模块、执行器模块等。

主控制器负责处理传感器信息并发出指令，传感器模块负责感知外部环境信息，执行器模块则负责执行主控制器的指令。

四、运动控制四足机器人的运动控制主要基于动态步态规划算法和实时控制算法。

动态步态规划算法负责规划机器人的行走轨迹和步态，实时控制算法则负责根据传感器信息实时调整机器人的行走状态。

通过这两种算法的结合，四足机器人能够在复杂地形中稳定行走，并快速响应各种任务。

五、应用前景具有串并混联结构腿的四足机器人在军事、救援、勘探等领域具有广泛的应用前景。

在军事领域，四足机器人可用于侦察、排雷等任务；在救援领域，四足机器人可用于灾区搜救、物资运输等任务；在勘探领域，四足机器人可用于地形勘测、样品采集等任务。

四足步行机器人结构设计分析四足步行机器人是一种模仿生物四足动物行走方式的机器人。

其结构设计包括机械结构设计和控制系统设计两个方面。

下面将对四足步行机器人的结构设计进行分析。

机械结构设计是四足步行机器人的基础，包括机器人的骨架结构、运动机构、传动机构和外貌设计等方面。

机器人的骨架结构是机器人整体结构的基础，它需要具有足够的刚度和强度，以承受机器人运动时的各种力和负载。

骨架结构通常采用铝合金或碳纤维等轻质材料制造，以减少机器人的自重。

机器人的运动机构是实现机器人行走和转向的关键部件。

常见的运动机构有步态方式和两节支撑方式。

步态方式是通过左右两侧的四肢交替运动来实现行走。

两节支撑方式是通过左、右两侧的前、后两条腿同时支撑身体，通过重心转移来实现行走。

运动机构的设计需要考虑到机器人的行走稳定性、能耗和效率等因素。

传动机构是机器人运动和力学能量传输的手段，常见的传动机构有驱动轮、伺服电机和减速器等。

驱动轮是机器人的足部，通过旋转实现机器人的行走。

伺服电机是控制机器人运动的关键部件，通过控制伺服电机的转速和转向来实现机器人的运动。

减速器是将伺服电机的高转速转换为足够的扭矩，并将其传递给驱动轮的装置。

外貌设计是机器人的重要组成部分，它不仅影响机器人的外观美观度，还与机器人的功能和使用场景密切相关。

外貌设计需要考虑到机器人的使用环境和任务需求，以确保机器人能够正常工作并具有较好的使用体验。

控制系统设计是四足步行机器人的核心，包括传感器、电路控制和运动控制等方面。

传感器是机器人获取外部环境信息的重要手段，常见的传感器有陀螺仪、加速度计、距离传感器和视觉传感器等。

电路控制是机器人的控制中枢，负责传感器数据的处理和决策，以及对伺服电机和驱动轮等执行机构的控制。

运动控制是实现机器人行走和转向的关键技术，通过控制伺服电机和驱动轮的运动参数来实现机器人的行走和转向。

四足步行机器人的结构设计是一个涉及多个方面的复杂任务，需要综合考虑机器人的功能需求、力学特性和控制系统等因素。