仿生六足机器人研究报告学士学位论文

第1期(总第146期)2008年2月机械工程与自动化M ECHAN I CAL EN G I N EER I N G &　AU TOM A T I ON N o 11Feb 1文章编号:167226413(2008)0120139203一种六足仿生机器人的研究申景金,李成刚(南京航空航天大学机电学院,江苏　南京　210016)摘要: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六杆机构。

并通过ADAM S 动力学仿真软件,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仿真。

仿真结果表明该机器人具有良好的移动性能。

关键词:Robert 原理;六连杆机构;六足机器人;步态中图分类号:T P 242 文献标识码:A收稿日期:2007205215;修回日期:2007209221作者简介:申景金(19842),男,山东人,硕士研究生,研究方向为智能机器人技术。

0　引言轮子或履带移动方式在移动机器人中已经普遍应用,但这种移动方式适应地形的能力较差,因此根据仿生学原理设计出一种具有较好适应性的移动方式已成为机器人研究的一个重要部分。

采用足作为移动系统的机器人和采用其它方式作为移动系统的机器人相比,具有以下优点:①可以穿过不规整的地形而保持机体水平,从而不破坏其稳定性;②具有跨越障碍物、壕沟和楼梯的移动能力;③能够穿过松软的地形;④具有全方位移动性;⑤相比轮子、履带移动机器人能较多地避免外部环境的破坏作用[1]。

可见,足式步行机器人已成为机器人研究中的一个热点。

本文根据仿生学原理,以六足机器人的足部轨迹为出发点,设计出一种能够较好符合其要求的腿部机构,并通过ADAM S 动力学仿真软件进行了分析与验证。

1　步态生成与结构设计111　仿生学原理与步态生成六足纲昆虫行走时一般不是六足同时直线前进,而是将三对足分成两组。

身体左侧的前、后足及右侧的中足为一组,右侧的前、后足和左侧的中足为另一组,分别组成两个三角形支架。

摘要目前对于移动式机器人多采用轮式移动机构，但是在适应复杂地形时轮式机器人无法满足路况的要求，由此设计一种灵活的、行走平稳和对路况适应性强的机器人成为解决此类问题的关键。

六足仿生机器人便是这种机器人的典型代表，而六足仿生机器人的步态研究对其的行走方式更是具有重要意义。

硬件控制芯片采用Parallax公司生产的Basic Stamp微控制器，利用PBASIC 语言设计程序,并完成机器人运动控制程序的设计.在实现数据的正常通信后,利用计算机传输给Basic Stamp控制器，写入程序。

论文针对一个已经完成的六足仿生机器人本体,采用Basic Stamp微控制技术，研究了六足仿生机器人运动步态的控制规律，并对其进行运动规划，在其上实现控制系统。

论文主要研究了六足机器人的三角步态、四足步态走法并且提出波动步态。

通过斑马线步态图可以很清楚的发现其三者之间的联系和不同，从而总结出每种步态的特点并且比较每种步态的优缺点，为后面的实验过程提供了理论依据。

在实验中分别在六足机器人本体上实现了基于三角步态的直线行走、基于四足步态的直线行走、基于三角步态的右侧转弯运动和在两种步态下的负重实验。

另外，三角步态中的转弯状态分析和实现较直行状态更为复杂.因为机器人有六条腿,数目比较多，所以转弯的时候每条腿的运动状态如何分配是一个难点。

通过对三角步态运动特点进行仔细分析并且对六足机器人本体的研究，实现了其转弯步态.从实验结果可以看出，六足仿生机器人的运动控制具有稳定性和协调性.四足步态较三角步态负重能力更强，但是速度更慢。

三角步态具有快速性和灵活性，所以适用于平坦的地面。

由于四足步态具有负重能力强支撑足较多的特点所以适用于对路面平坦程度要求不高的情况下，而这恰恰是轮式机器人很难达到的。

关键词：六足机器人,仿生，步态,Basic Stamp，伺服电机ABSTRACTCurrently, the mobile robots mostly exist in the form of multi-wheel, but to adapt to the complex terrain conditions, they are often out of expectance。

仿生机器人探秘经过数十亿年的进化和自然选择，自然界的生物为人类的创新提供了天然的宝库，令人不得不惊叹大自然的鬼斧神工，感受到生命进化演变的魅力。

几千年来，人类从大自然的杰作里获得了取之不竭的灵感：鸽子滑翔在半空，工程师由此发明了木质自动平衡飞行器；看见黄蜂筑巢，四大发明之一的造纸术由此诞生；因模仿生物的结构和形态而获得优良性能的建筑和艺术品更是数不胜数。

机器人未问世之前，人们除研究制造自动偶人外，对机械动物非常感兴趣，如传说诸葛亮制造木牛流马，现代计算机先驱巴贝吉设计的鸡与羊玩具，法国著名工程师鲍堪松制造的凫水的铁鸭子等，都非常有名。

如今的仿生学，不仅仅局限于传统机械、化学、建筑学等，而融入了很多现代元素，是一门生命科学、物质科学、数学与力学、信息科学、工程技术以及系统科学等学科的交叉学科。

在过去的几十年，随着人类科学技术的高速发展，机器人专家借鉴了更多来自数学、力学、电子和计算机科学的知识。

一方面,这种方法无疑整合了技术的基础学科使生产非常成功的产品成为可能,特别是在工业机器人领域。

另一方面,它能够用来更好地认识机器和动物的差距，努力去缩小这种差距，使得机器人更加“人类化”。

仿生形态文章首先介绍了仿生形态。

一是对动物本身的生物形态和动作表现的运用，如娱乐产业的动画。

二是运用了其与人类的交互功能：老人和孩子接受和喜爱仿生动物陪伴，它们不仅外形像宠物，有的还能够感知和应对人类情感，甚至能够生动地表达自己的情绪。

这些人性化的机器人可以使面部表情,具有眼睛的眨动,头的摇晃,身体动作和姿势。

它们用手臂和手，依靠在它们的衣服和皮肤上灵敏的触摸传感器，对可变压力做出反应，达成响应。

另一个活跃的研究领域是能够发挥重要作用的变形，科学家们在尝试使机器人可以根据内部或外部环境，动态重新配置他们的形态。

生物的灵感来源于生物体,失去了附件还可以再生,像蜥蜴的尾巴,或从在发展阶段过渡,如形态形成两栖类的变化。

感觉这个研究会用到一些拓扑学和流形的知识，令我非常感兴趣。

目录1 引言1.1新型六足机器人研究目的和意义 (1)1.2新型六足机器人研究概况及发展趋势 (1)1.3课题研究内容 (2)2 机械结构与芯片简介2.1机器人机械结构 (3)2.2机器人运动原理 (3)2.3驱动装置选择 (5)2.4机器人实物图 (6)2.5硬件结构介绍 (7)2.6单片机芯片介绍 (8)2.7编码解码芯片介绍 (13)3 控制系统结构设计3.1上位机控制 (16)3.1.1 程序语言及串口通讯 (16)3.1.2 人机交互界面 (17)3.2 基于无线的智能控制 (19)3.2.1 无线发射模块 (19)3.2.2 无线接收模块 (23)4 结论 (29)参考文献 (30)致谢 (31)新型六足机器人1 引言1.1新型六足机器人研究目的和意义本文六足机器人是一种基于仿生学原理研制开发的新型足式机器人。

新型机器人比传统的轮式机器人有更好的移动性，它采用类拟生物的爬行机构进行运动,自动化程度高，具有丰富的动力学特性。

此外，足式机器人相比其它机器人具有更多的优点：它可以较易地跨过比较大的障碍（如沟、坎等），并且机器人足所具有的大量的自由度可以使机器人的运动更加灵活，对凹凸不平的地形的适应能力更强；足式机器人的立足点是离散的，跟地面的接触面积较小，因而可以在可达到的地面上选择最优支撑点，即使在表面极度不规则的情况下，通过严格选择足的支撑点，也能够行走自如。

因此，足式步行机器人的研究已成为机器人学中一个引人注目的研究领域，由于六足机器人强大的运动能力，可以提供给运动学、仿生学和机械构造原理研究有力的工具[1]。

在研究昆虫运动方式、关节承力、稳定姿态调整的过程中，可以运用本机器人对设想的虫体姿态、运动过程进行模拟，最大程度地接近真实，将理论和实践联系起来，从而更好地观察昆虫运动模式的优点，以及探究哪些现象能够运用到机械设计的实践中去。

这对于以上学科的研究和探索都是十分有意义的。

当然，我们还可以作为教学器械，通过研究昆虫爬行时各脚的运动情况，用机械形式表达出来，也可以作为仿生玩具及探险、搜救设备，还可以进入细小管道、地洞中勘察。

六足仿生机器人及其步态研究现状调查目录引言 (6)二．六足仿生机器人的发展现状 (6)三．六足仿生机器人越障步态运动原理 (11)四．六足机器人三角步态分析 (12)五．六足机器人越障步态设计 (13)六．六足仿生机器人越障步态的选择 (15)结论 (17)引言步态是行走系统的迈步方式,即行走系统抬腿和放腿的顺序。

由于开发步行机器人的需要,McGhee在1968年总结前人对动物步态研究成果的基础上,比较系统地给出了一系列描述和分析步态的严格的数学定义。

之后各国学者在四足、六足、八足等多足步行机的静态稳定的规则周期步态的研究中取得了很多成果。

这些成果包括各种步态特点及分类,如三角步态、波动步态、自由步态、跟随步态、步态参数及其相互关系等。

二．六足仿生机器人的发展现状从 1959年美国制造出世界上第一台工业机器人起，在短短半个世纪的时间里，机器人的研究就已经历了4个发展阶段：工业机器人、遥控机器人、智能机器人和仿生机器人[2]。

从机器人的角度来看，仿生机器人是机器人发展的最高阶段；从仿生学的角度来看，仿生机器人是仿生学理论的完美综合与全面应用。

本质上讲，仿生机器人指的是利用各种无机元器件和有机功能体所组建起来的在运动机理和行为方式、感知模式和信息处理、控制协调和计算推理、能量代谢和材料结构等多方面具有生命形态特征从而可以在未知的非结构化环境中灵活、可靠、高效地完成各种复杂任务的机器人系统[3]近年来，随着昆虫仿生学理论与计算机技术的飞速发展，使得对多足仿生机器人的研究，成为大家关注的焦点。

国内外多所大学和研究机构，相继成功研制出了性能卓越的多足仿生机器人。

六足机器人 Genghis（见图 1-1），由美国麻省理工学院人工智能实验室于1989 年研制，主要用于在地外行星（如火星）表面执行探测任务。

每条腿 2 个旋转自由度，采用基于位置反馈的伺服电机驱动，集成了电流测量单元以获取关节力矩信息，装备了 2 个触须传感器、2 个单轴加速度计，可在复杂路面上高效行走。

目录摘要 (2)1 目前仿生机器人的发展状况 (2)2 预测未来仿生机器人的发展 (2)2.1 群体型机器人 (2)2.2 多环境适应型机器人 (3)2.3 学习型机器人 (3)3 结语 (3)参考文献 (4)论仿生机器人未来的几种可能发展摘要:自然界在长期的演化中孕育出了各种各样的生物，而这些生物都具有神奇的结构和功能，能够在复杂多变的环境中生存下去，因此，通过研究，学习，模仿来复制和再造某些生物特性和功能将极大的提高人类对自然的适应和改造能力。

从20世纪60年代开始仿生学诞生，到现在短短的几十年时间，在这方面的研究成果已经非常可观，大到军事小到日常生活，我们已经可以处处见其身影了。

那么未来的仿生机器人又会往什么方向发展呢？该文将对未来仿生机器人的几种可能的发展趋势，包含群体型机器人，多环境适应型机器人以及学习型机器人进行分析。

关键词：群体型机器人多环境适应型机器人学习型机器人1 目前仿生机器人的发展状况仿生学发展到现在已经延伸到很多领域，机器人学就是其主要的结合和应用领域之一。

仿生学在机器人上的应用可以分为五个方面，它们分别是：结构仿生，材料仿生，功能仿生，控制仿生以及群体仿生。

而且目前世界上的仿生机器人已经涉及海陆空各个领域，并且在各个领域上的发展都已经达到盛况空前地步。

而在仿人机器人方面也在不断的突破中。

但是，目前的仿生机器人大多都是独立的一个个体，也就是彼此之间并没有什么联系。

然而就目前的机器人技术水平而言，单机器人在信息的获取，处理以及控制能力等方面都是有限的，对于复杂的工作任务及多变的工作环境，单机器人更显不足。

所以，当前的仿生机器人虽然已经发展到一定的高度，可是，它们本身还是存在不少的局限性的。

为了改善日前机器人存在的不足，新的技术手段已经成为了一种必须。

在未来的日子里，新型机器人的性能将大幅度的提高，它们将会一步步的取代现有的机器人。

2 预测未来仿生机器人的发展2.1 群体型机器人在自然界中有着众多不是独立生存的生物，他们靠着一门属于自己的社交语言和其他的个体组成一个集体一起生活，并借着集体的力量去完成个体很难或者无法办到的事情，比如生活中常见的蚂蚁和蜜蜂，它们的强大我们都是已经有着切身体会的了。

江苏科技大学本科毕业论文多足仿生机器人的设计和分析The design of More than enough bionic robot and analysis摘要人类社会的发展，各种各样的机器人正渐渐的走进我们的视野，有很多的地方都用到了机器人，在机器人的领域里越来越多的人开始爱好上了机器人。

能更好的适应环境和地形是多足仿生机器人的优点，很多人的工作可以由机器人代替完成，科学价值和实际应用价值是很重要的。

复杂的多足机器人机构是不易制造的，机器人六条腿的运动也难以有效地调控，能让机器人选择最优秀的路径到达目的地是一个很让人思考的问题。

以昆虫活动时选用的三角步态行动为基础策划六足机器人，他的腿部有18个自由度，这是一个很好的行走机构，剖析他的道理，能安稳的的运转和走路，布局简单，容易设计制造，这个也是很重要的，本文还对舵机的设计进行了简易的讨论，本论文设计的六足仿生机器人，舵机类似是机器人肌肉机构，舵机角度控制精度高，机器人行走时稳定性高。

单片机和PLC是主要手段，负责逻辑的运算主要的是PLC，把输入信号然后处理再转换为脉冲发送给单片机，收到的PLC信号被单片机接受再驱动各舵机运行，使六足仿生机器人动作。

但本文不重点软件设计，主要是结构建模，步态规划分析。

关键词：六足机器人；仿生；步态规划。

AbstractDevelopment of human society , various robots are gradually into our field of vision , there are many places that are used in the robot , in the field of robotics in more and more people started loving on the robot . Better able to adapt to the environment and terrain are the advantages of multi- bionic robot , a lot of people 's work can be replaced by a robot to complete , scientific value and practical value is very important. Complex multi-legged robot mechanism is easy to manufacture , six-legged robot movement is difficult to effectively control, allowing the robot to select the best route to a destination is a very people thought. In multi-legged insect movement when using the tripod gait motion based design hexapod robot , his leg has 18 degrees of freedom , which is a good running gear, analyze his principles , can smooth running and walking , simple structure, easy to design and manufacture, this is very important, this paper also designed a simple steering the discussion , the paper design of biomimetic hexapod robot , steering muscles like a robot body , steering angle control and high accuracy high stability when walking robot . System uses a single chip plus PLC, which is primarily responsible for PLC logic operation , PLC based on the input signal after signal processing and converted to pulses sent to the microcontroller, the microcontroller is responsible for each servo drive will receive a run to complete the action to be performed . However, this article does not focus on software design , mainly structural modeling , gait analysis .Keywords : Hexapod robot; bionic; gait planning目录第一章绪论--------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7１.１多足机器人的背景与目的------------------------------------------------------------------------- 71.４六足仿生机器人的研究方面 --------------------------------------------------------------------- 10第二章六足仿生机器人的机构分析 ---------------------------------------------------------------------- 122.３六足仿生机器人主体设计------------------------------------------------------------------------ 132.４六足仿生机器人舵机的选择 -------------------------------------------------------------------- 14舵机驱动原理---------------------------------------------------------------------------------------------- 18驱动原理---------------------------------------------------------------------------------------------------- 18足------------------------------------------------------------------------------------------------------- 20机器人的足部要安装压力传感器，所以脚步结构需要突起的一部分，如三维图8所示：------------------------------------------------------------------------------------------------- 20小腿---------------------------------------------------------------------------------------------------- 21大腿---------------------------------------------------------------------------------------------------- 22支撑杆------------------------------------------------------------------------------------------------- 23舵机架------------------------------------------------------------------------------------------------- 23舵机架连接板 --------------------------------------------------------------------------------------- 25第三章六足仿生机器人的步态规划 ---------------------------------------------------------------------- 26 3.１步态分类---------------------------------------------------------------------------------------------------- 26一般来说，六足仿生机器人两组三角腿架的交替互换的一个顺序，在1899年的时候通过连续摄影的方法，研究了动物的步态行走，科学研究者做了好多的实验和研究，最近的一些年里各种成果和实验的重要结论不断地出现。

仿生六足机器人的发展现状与应用
仿生六足机器人是一种具有人型协调运动能力的机器，可以为研
究者提供在室内外环境中进行自由运动的机会，也能实现复杂环境下
多参数感知和模仿有智能的行为。

近年来，人们在仿生六足机器人的发展方面取得了许多突破。

例如，最近一些机器人已经能够实现外部环境下的高速、大范围行走；
他们也能够识别和跟踪动态实例，实现抓取物品；此外，还可以模仿
人的行为，成为具有一定的社会意识的机器人。

在研究方面，传感器、机械控制、运算处理、人机交互等技术的发展优化也取得了很大的进步。

从应用的角度来看，仿生六足机器人已经用于自主开发、家庭智
能辅助照料服务、调查、巡查、负责人员教学等多个场合。

作为一种
携带多种传感器、具有微米精度的机器，它们也可以应用于野外环境
的危险焊接任务、生物多样性研究、地形信息采集以及建筑物的搜索
与救援等，以及更多的用途等等。

例如，目前KHR-1机器人正在被用
于教学研究、加工制造及服务机器人，以及护理行业服务，而ASIMO
机器人则被用于接待与安全服务。

综上所述，随着技术的不断进步，仿生六足机器人仍在向着更快、更多样化的发展趋势不断推进，由于其优异的性能和广泛的应用范围，仿生六足机器人拥有广阔的发展前景。

仿生机器人的研究综述摘要:介绍了国内外仿生机器人的最新发展动态。

归纳和阐述了各种类型仿生机器人的特点及研究成果,分析了仿生机器人的发展趋势。

关键词:仿生机器人;研究成果;发展趋势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3000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0,/蒸汽人0靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。

进入20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0,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。

1 引言在加速科技进步中，机械制造业的发展起着关键的作用，其任务是在工业生产中迅速将工艺装备的独立单元变为自动化综合体（自动化工段，生产线和自动化车间），将来甚至实现自动化工厂。

这种自动化生产最重要的特点是具有柔性，它能预料到，在节省劳力（或无人）情况下，根据工艺条件调整装配，以适应多种产品生产。

当代柔性自动化生产的建立和广泛应用，取决于作为科技进步的催化剂的机床制造、机器人技术、计算机技术、微电子技术、仪器制造等技术的加速发展。

工业机器人是多品种的经常更换产品的生产过程自动化的通用手段。

在机械制造中，工业机器人既有效地用于柔性生产系统组成工艺装备的基本工序中，也有效地用于辅助操作中。

工业机器人与传统自动化手段不同之处，首先在于它在各种生产功能上的通用性和重新调整的柔性。

在柔性生产系统中，工业机器人广泛应用于数控机床、锻压机床、铸造机械和仓储设备上，以完成传送装备和其它操作。

工业机器人和基本工艺装备、辅助手段以及控制装置一起形成各种不同形式的机器人技术综合体—柔性生产系统基本结构模块。

随着工业技术和经济的惊人发展，标志着多品种中、小批量生产最新水平的FMS （柔性制造系统），FA（工厂自动化）技术更加引人注目；作为FMS、FA技术重要组成之一的工业机器人技术也将得到迅速发展。

应用工业机器人是提高生产过程自动化，改善劳动环境条件，提高产品质量和生产效率手段之一。

本次设计是根据对工业六自由度机器人的总体结构及传动系统的分析和探讨，进行三自由度工业机器人的结构设计。

关键在于三轴（臂）的传动系统的设计以及整体的结构设计，避免运动的干涉。

在本次设计中主要负责第一臂与底座的结构设计。

在设计中许瑛老师给予了很大的指导和帮助，在此谨致谢意。

限于水平，本设计难免有缺点、错误，恳请各位老师批评指正。

1.1选题的依据及意义：在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。

化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。

仿生蜘蛛型机器人体系结构研究谢志浩;柯文德【摘要】分析了六足仿生蜘蛛机器人的体系结构特点，设计了基于无线PS2手柄控制的六足仿生机器人多路舵机控制结构，采用32路舵机控制板、高扭矩舵机MG995实现了关节运动控制，基于控制板上位机开发运动步态实现了机器人一个步态周期内的直线行走、定点转弯运动。

实验验证了设计的有效性。

%The architecture of bionic spider robot is analyzed .The multi-servo controller for bionic spider robot with 6 legs based on infra-red PS2 handle is designed .The controlling board for 32 servos and the high torque MG995 servo are used to realize the joint movement . The upper computer is used to develop movement gaits as well ,which realizes the straight movement and movement of turning around on fixed point .The experiment proves the validity of method .【期刊名称】《广东石油化工学院学报》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P56-59)【关键词】运动规划;舵机;仿生机器人【作者】谢志浩;柯文德【作者单位】广东石油化工学院计算机与电子信息学院，广东茂名525000;广东石油化工学院计算机与电子信息学院，广东茂名525000【正文语种】中文【中图分类】TP242仿生机器人集成了生物仿生、控制论、计算机、电子电气、机构学、传感器、电机控制等技术，通过模仿自然界生物的形态、动作等特征，体现出灵活的环境适应性，能够满足特定的应用场合[1-2]。

基于Arduino的多功能六足仿生机器人如今这个时代人们对地球的探索进行的越来越深入，探索的区域越来越不适合人类工作，因此探索方式由传统的人工探测改为较为先进的机器人探测。

然而传统的轮式机器人已不能满足人类的需求，严重的受于地形限制，尤其是工作环境不稳定的废墟、丛林、山洞等特殊场合。

因此仿生学引起普遍重视，仿生学机器人被大量生产制作。

我们此次设计采用仿生学原理，制作了这个仿生学六足机器人。

六足仿生机器人就可以很好地克服普通轮式机器人的缺点，可以很好地适应各种工作环境不稳定的废墟、丛林、山洞等，使得其工作区域增大。

该仿生机器人以arduino作为主控，用24路舵机控制板控制18路舵机以实现机器人的平稳运行，用PS2无线手柄控制机器人运动。

有关机器人运动方式，采用传统的三角步态。

三角步态（或交替三角步态），是β =1/2 时的波形步态，运动时六条腿成两组三角形交替支撑迈步前进。

“六足纲”昆虫（蟑螂、蚂蚁等）步行时，一般不是六足同时直线前进，而是将三对足分成两组，以三角形支架结构交替前行。

身体左侧的前、后足及右侧的中足为一组，右侧的前、后足和左侧的中足为另一组，分别组成两个三角形支架。

当一组三角形支架中所有的足同时提起时，另一组三角形支架的三只足原地不动，支撑身体，并以其中足为支点，前足胫节的肌肉收缩，拉动身体向前，后足胫节的肌肉收缩，将虫体往前推，因此身体略作以中足为支点的转动，同时虫体的重心落在一另一组“三角形支架”的三足上，然后再重复前一组的动作，相互轮换周而复始。

这种行走方式使昆虫可以随时随地停息下来，因为重心总是落在三角支架之内。

这就是典型的三角步态行走法，其行走轨迹并非是直线，而是呈“之”字形的曲线前进。

采用ADXL335模块进行运动姿态步伐的检测，判断其运动中躯干是否平稳。

超声波红外模块结合以实现大角度区域内完美避障，有PS2无线手柄控制，采用将人工控制与自主控制相结合的方式，确保其运动的稳定性。

基节转节股节胫节跗节爪
（a）昆虫腿部
（b）机器人腿部
图2腿部仿生设计
控制系统设计
控制系统要求稳定性强、实用性高、经济性好，
器人实时控制，预留控制接口以便于二次开发升级。

图1六足机器人本体结构
足六足机器人的控制要求。

电源模块主要为机器人供电，主要包括舵机部分供电
和控制器供电，
同时考虑电压需求和运动续航能力。

本文设计采用12V 、4200mah 三芯锂电池为电源，同时设计降压模块，分别提供6V 、5V 、3.3V 供电。

为了实时采集机器人周围环境信息并进行反馈控制，本文设计表1所示的传感器模块。

if(imgErr >=-22&&imgErr <=22)motionCtr(forward);
结论
本文基于仿生学原理，以六足昆虫为仿生模型，图3系统硬件设计图
名称功能超声波传感器红外传感器视觉传感器姿态传感器
测距及避障测距及避障寻迹跟踪导航姿态调整控制
表1传感器模块设计
图4系统软件设计图
图5视觉传感器。

移动操作六足仿蝎子机器人设计与实现摘要：针对狭窄、恶劣环境下现有机器人越障能力和运动灵活性差等问题，基于仿生学原理，本文设计了一款移动操作六足仿蝎子机器人，系统介绍了机器人的结构方案、步态规划和控制系统方案，并搭建了机器人实物，通过测试，验证了该机器人设计的合理性。

Zhang lei，Yang qixin，Luo yujie，Wang mengying，Huang dou（Shanghai University of Engineering and Technology,Shanghai,201620）Abstract: Aiming at the problems of the existing robot's abilityto surmount obstacles and poor mobility in narrow and harsh environments, based on the principle of bionics, this paper designs a six legged scorpion like robot for mobile operation, systematically introduces the robot's structural scheme, gait planning and control system scheme, and builds a real robot. Through testing, therationality of the robot's mechanism is verified.关键词：仿生机器人；机械结构；步态规划；控制系统；Keywords: Biomimetic robots; Mechanical structure; Gait planning; Control system;0引言在自然界和人类社会中存在一些人类无法到达的地方。

六足仿生机器人人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史，人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人们完成各种工作。

1959年，第一台工业机器人在美国诞生，近几十年，各种用途的机器人相继问世，使人类的许多梦想变为现实。

随着机器人工作环境和工作任务的复杂化，要求机器人具备有更高的运动灵活性和特殊位置环境的适应性，机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求。

在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天，各种各样的仿生机器人相继被研制出来，仿生机器人已经成为机器人家族重要的成员。

仿生爬行机器人是一种基于仿生学原理研制开发的新型足式机器人。

与传统的轮式或者履带机器人相比，足式机器人自由度多，可变性大、结构发杂、控制繁琐，但其在运动特性方面具有独特的优点：首先是足式机器人具有较好的机动性，对不平地面的适应能力十分突出，由于其立足点是离散的，与地面的接触面积较小，因而可以在可能达到的地面上选择最优支撑点，从而能够相对容易的通过松软地面以及跨过比较大的障碍；其次是足式机器人的运动系统可以实现主动隔振，允许机身运动轨迹与足轨迹解耦。

尽管地面高低不平，机身的运动仍可达到相对平稳。

本课题主要研究的内容是一种六足仿生机器人的机械机构部分的设计和分析，围绕六足仿生机器人的前沿技术，主要仿生对象为蚂蚁，主要实现机器人前后左右移动，具有良好的仿生特性，研究具有抗冲击性以及地形适应能力的仿生机设计技术，六足仿生机器人系统模型；研究六足机器人适应不同地形环境的能力。

研制系统设计与仿真等核心单元。

研制高速、高负载力、对典型非结构化地形具有高适应能力的六足仿生机器人，并开展系统结构、地形适应能力以及对抗控制实验验证。

本次设计的预期要达到的效果是可以实现灵活进退和转向，跨越障碍物，通过洼地和台阶并且保持平衡防止倾翻，能够实现实时避障，合理规划行走路线。

1、技术方案一、机器人功能介绍：a）可实现前进后退转弯等基本动作，加装传感器后对小障碍物越过、大障碍物绕开，具有遥控模式，可通过无线装置无线控制。