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两轮移动机器人平衡控制系统的研发的开题报告摘要：本文介绍了一种基于单片机嵌入式系统的两轮移动机器人平衡控制系统的设计和研发。
首先，分析了该系统的物理模型，并根据模型建立了控制模型。
其次，分别设计了控制器的硬件和软件实现，并且详细阐述了控制器的各个模块之间的交互过程。
最后，利用PID控制算法进行了仿真实验，并得到了良好的控制效果。
关键词：移动机器人、平衡控制、单片机、PID控制一、研究背景和意义随着科学技术的不断发展，移动机器人的应用越来越广泛。
移动机器人通常具有高机动性、灵活性和智能化等特点。
但是移动机器人的控制较为复杂，其中平衡控制是机器人运动控制中的关键问题之一。
因此，研究移动机器人平衡控制技术具有重要的理论和实际意义。
针对上述问题，本文研发了一种基于单片机嵌入式系统的两轮移动机器人平衡控制系统。
该系统具有优良的控制性能和实用性，可以为移动机器人的运动控制和应用提供技术支持和借鉴。
二、系统设计原理1. 系统物理模型分析该系统由两个直径相同的轮和一个控制一个转子构成（如图1所示）。
设机器人的角速度为ω，前轮中心到机器人中心的距离为l，转子的电流为u，转子的自旋角速度为ν，则系统的运动学模型可以描述为：ω=(vr-vl)/2lυ=(vr+vl)/2其中，vr和vl分别为右轮和左轮的线速度。
此外，根据机器人的运动学模型，可以得到机器人的控制模型：Mω+Kυ=μu其中，M为机器人的惯性矩，K为机器人的阻尼系数，μ为电机的转矩系数。
2. 系统控制器设计（1）硬件设计该系统的硬件控制器由传感器、执行器和单片机组成。
其中，传感器包括两个陀螺仪和一个加速度计，用于测量机器人的倾角和加速度；执行器为直流电机，用于控制机器人的运动。
单片机采用STM32F103C8T6型号，具有高性能、低功耗、强的存储和处理能力，可以满足该系统的控制要求。
（2）软件设计该系统的软件控制器采用C语言编写，分为两层：底层驱动程序和上层控制程序。
双足机器人步行规划与控制方法研究的开题报告一、选题背景和意义：双足机器人是一种模拟人类步态的机器人，具有广阔的应用前景和研究意义。
随着机器人技术的不断发展，双足机器人在工业生产、服务机器人、救援机器人等领域有着广泛的应用。
然而，双足机器人的步行规划与控制是机器人技术中的难点和热点问题之一。
二、研究内容和目标：本研究将研究双足机器人的步行规划与控制方法，主要包括以下内容：1. 基础理论研究：分析双足机器人步行的动力学特性和控制原理，建立机器人步行控制系统的数学模型；2. 步态生成研究：研究双足机器人的步态生成算法，设计有效的步态规划方法，确保机器人步行平稳性和稳定性；3. 姿态控制研究：研究姿态控制算法，根据机器人的运动轨迹和姿态变化对机器人进行控制，保证机器人稳定运动；4. 实验验证：通过实验验证，检验所提出的步行规划与控制方法的有效性和可行性。
本研究的目标是设计一种高效、稳定的双足机器人步行控制方法，达到机器人行走平稳性、稳定性和自适应性要求，为双足机器人应用领域提供高效的技术支撑。
三、研究方法和步骤：本研究采用理论分析和实验验证相结合的方法，具体步骤如下：1. 基础理论研究：深入理解双足机器人的动力学特性和控制原理，建立机器人步行控制系统的数学模型；2. 步态生成研究：研究双足机器人的步态生成算法，设计有效的步态规划方法；3. 姿态控制研究：研究姿态控制算法，根据机器人的运动轨迹和姿态变化对机器人进行控制；4. 实验验证：通过实验验证，检验所提出的步行规划与控制方法的有效性和可行性。
四、预期成果：通过本研究，预期可以得到以下成果：1. 可以深入理解双足机器人的动力学特性和控制原理，建立机器人步行控制系统的数学模型；2. 提出一种高效、稳定的步行规划方法，确保机器人步行平稳性和稳定性；3. 提出一种有效的姿态控制算法，保证机器人稳定运动；4. 通过实验验证，检验所提出的步行规划与控制方法的有效性和可行性。
机器人开题报告机器人开题报告一、引言机器人是一种能够模仿人类行为并执行各种任务的自动化设备。
随着科技的不断进步，机器人已经成为当今社会中一个备受瞩目的话题。
本文将探讨机器人的发展历程、应用领域以及对社会产生的影响。
二、机器人的发展历程1. 机器人的起源机器人的概念最早可以追溯到古代。
古希腊神话中的赫菲斯托斯就是一个具备人类特征的机械制造者。
然而，真正的机器人科学起源于20世纪。
1921年，捷克作家卡雷尔·恰佩克创作的戏剧《罗塞特的机器人》首次将“机器人”一词引入现代语境。
2. 机器人的发展阶段机器人的发展可以分为几个阶段。
第一阶段是机械机器人，主要用于重复性工作，如生产线上的装配。
第二阶段是电子机器人，具备更高级的感知和决策能力，可以执行更复杂的任务。
第三阶段是智能机器人，拥有人工智能技术，能够学习和适应环境。
三、机器人的应用领域1. 工业制造机器人在工业制造中发挥着重要作用。
它们可以代替人类从事危险、重复性和繁重的工作，提高生产效率和产品质量。
例如，汽车制造业中的焊接、喷涂和装配等工作都可以由机器人完成。
2. 医疗保健机器人在医疗保健领域也有广泛的应用。
手术机器人可以帮助医生进行精确的手术操作，减少手术风险和恢复时间。
机器人护理员可以协助照顾老年人和残疾人，提供日常生活的支持。
3. 教育和娱乐机器人在教育和娱乐领域也有着重要的作用。
教育机器人可以帮助儿童学习编程、科学和数学等学科。
娱乐机器人则可以陪伴人们度过孤独的时刻，提供娱乐和娱乐活动。
四、机器人对社会的影响1. 就业市场随着机器人在各个领域的广泛应用，一些传统的工作岗位可能会被取代。
这将对就业市场产生一定的冲击。
然而，机器人的发展也会创造新的就业机会，例如机器人维护和程序编写等领域。
2. 社会变革机器人的普及将引发社会结构的变革。
人们的工作方式和生活方式可能会发生改变。
同时，机器人的出现也会引发一系列的道德和伦理问题，例如机器人在道德上的责任和决策能力。
行走辅助训练机器人研究的开题报告一、项目背景行走是人体最基本的运动方式之一，也是基本的社交和生活技能之一。
然而，某些人由于疾病、创伤或其他原因，可能会失去行走的能力，这在他们的生活中造成了极大的困难。
因此，研究和开发一种行走辅助训练机器人，能够帮助这些人恢复行走能力，并提高他们日常生活的质量，具有重要的应用价值。
二、研究目的本研究的目的是设计并开发一款行走辅助训练机器人，它能够提供足够的支持、鼓励、指导和反馈，帮助患有行走障碍的人恢复行走能力。
机器人的设计应当考虑到患者的不同状态和需求，并提供个性化的训练计划和反馈。
三、研究内容本研究的主要内容包括：1. 行走障碍分析，包括各种原因、类型和程度的行走障碍的分析与分类，以及患者的生理和心理特点的分析。
2. 机器人设计，包括机器人的结构、传动方式、感知功能、控制系统、数据采集与处理、人机交互界面等方面的设计。
3. 训练计划制定，根据患者的状况和需求，制定个性化的训练计划，包括训练内容、频率、时间和强度等方面的安排。
4. 控制算法研究，根据患者的反馈信息和训练计划的要求，设计相应的控制算法，完善行走辅助训练机器人的控制系统。
5. 实验设计和实验数据分析，设计针对不同行走障碍的实验，收集和分析实验数据，评估机器人的效果和可行性。
四、研究意义本研究将为失去行走能力的患者提供一种新的康复方案。
相比传统的康复训练，机器人助行系统更具有可控性、规范性和可复制性，能够提供更为精确和系统化的训练途径，并可以有效地监测患者的训练进展和健康状况，提高恢复的效率和效果。
此外，机器人助行系统还有望在医疗机构、社区养老机构等领域得到推广和应用。
五、研究步骤1. 对行走障碍的各种类型和程度进行调查和研究，为机器人的设计和训练计划制定提供基础数据和理论依据。
2. 设计机器人的结构、传动方式、感知功能、控制系统、人机交互界面等方面，制定开发计划并进行实施。
3. 根据患者的情况和需求，制定个性化的训练计划，指定训练内容、频率、时间和强度等方面的安排。
下肢外骨骼机器人的设计与研究的开题报告一、研究背景与意义随着人口老龄化的加速，全球各国都面临着人口老龄化和失能化的挑战。
特别是因瘫痪、疾病和伤残等造成的下肢丧失功能问题，对患者的生活和社会参与产生了严重的影响。
因此，开发一种能够帮助下肢失能患者重获行动能力的技术十分重要。
下肢外骨骼机器人作为一种可行的解决方案出现在人们的视野中。
下肢外骨骼机器人是一种可穿戴的机器人装置，可将人类的自然步态与机器的控制技术结合起来，帮助行动不便的人完成行走、站立、爬楼梯等动作。
它是机器人技术在医疗保健领域的重要应用之一，已经引起了广泛的关注和研究。
目前，下肢外骨骼机器人的研究主要集中在机械结构、控制策略、传感器和动力系统等方面。
然而，现有的下肢外骨骼机器人存在一些问题，如重量过大、成本高、动态稳定性差、控制精度低等。
因此，为了提高下肢外骨骼机器人的性能和实用性，需要进行更深入的研究和探索。
二、研究内容与方法本论文的研究内容是下肢外骨骼机器人的设计与研究。
具体包括以下几个方面的内容：1. 机械结构设计：根据人体运动学原理和生物力学特征，设计一种适合下肢外骨骼机器人的轻便、稳定的机械结构。
主要包括动力学分析、结构优化设计等。
2. 传感器与控制系统设计：设计一套智能化的传感器和控制系统，能够实时获取患者的运动状态和环境信息，并对机器人进行高精度、高效的控制。
主要包括传感器选择、数据采集、控制算法设计等。
3. 动力学系统设计：设计一套高效、可靠的动力学系统，能够为机器人提供足够的动力和能量，以帮助患者完成各种行走、站立等动作。
主要包括电机选择、传动系统设计等。
本论文的研究方法采用理论分析、仿真模拟和实验验证相结合的方法。
首先通过理论分析和仿真模拟，优化机器人的结构和控制系统，提高系统的性能和稳定性。
接着，利用实验验证我们所设计实现的机器人，以验证其实用性和可靠性。
三、预期成果及意义通过本论文的研究工作，预期有以下几个成果：1. 设计出一款轻便、稳定、安全、易操作的下肢外骨骼机器人，能够帮助下肢失能患者恢复行动能力，提高其生活质量和社会参与度。
一种实现目标识别与跟踪的轮式移动机器人设计及实验的开题报告一、课题背景与意义目标识别与跟踪是目前机器人领域的一个热门研究方向，也是机器人在实际应用中不可或缺的基础技术之一。
目标识别与跟踪旨在通过机器视觉技术对环境中特定目标的自动识别和追踪，实现机器人对目标的自主化跟随、收集信息、执行任务等功能。
在工业自动化、医疗、军事领域等众多领域都有广泛应用。
在目标识别与跟踪的实现过程中，移动机器人是实现自主化追踪的重要载体之一。
例如，机器人可以搭载摄像头等传感器，使用视觉算法实现目标检测和跟踪，同时还可以借助机器人自身移动实现自主的跟随。
因此，研究轮式移动机器人的目标识别和跟踪技术，对于提高机器人的自主化能力、拓展机器人的应用范围具有重要意义。
二、研究目标本课题主要研究基于轮式移动机器人的目标识别与跟踪技术，具体研究内容包括：1. 轮式移动机器人系统设计：搭建一套完整的轮式移动机器人系统，包括底盘、控制器、传感器等组成部件的选择、搭建和调试。
2. 目标检测与识别算法研究：选择经典的目标检测算法，如YOLO、SSD等，实现对目标物体的自动检测和分类。
3. 目标跟踪算法研究：根据目标检测结果，选择合适的目标跟踪算法，如KCF、MOSSE等算法，实现对目标物体的跟踪和定位。
4. 移动控制算法研究：根据目标物体的跟踪结果，实现对机器人的自主化移动控制，实现对目标物体的跟随和收集信息功能。
三、研究方法和步骤本课题主要采用如下研究方法和步骤：1. 轮式移动机器人系统的设计与搭建：根据实验需求，选择合适的底盘、控制器、传感器等组成部件，搭建实验平台，进行系统调试和优化。
2. 目标检测与识别算法的研究：选择适合本课题要求的目标检测算法，基于训练好的模型和标注数据，实现对目标物体的检测和识别，并进行算法优化和性能测试。
3. 目标跟踪算法的研究：根据目标检测算法的结果，选择适合本课题要求的目标跟踪算法，实现对目标物体的跟踪和定位，并进行算法优化和性能测试。
被动双足机器人稳定性分析与步态控制的开题报告1. 研究背景被动双足机器人（Passive Biped Robot，PBR）是一种不依靠外部能量提供，通过重心控制维持自身平衡的运动机器人。
PBR的研究具有重要的理论和实践意义，可以应用于仿人机器人、救援机器人、工业生产等领域。
被动双足机器人稳定性是PBR研究的基础和关键，稳定性分析和控制是PBR研究的核心内容。
本文拟对被动双足机器人的稳定性分析和步态控制进行研究和探讨。
2. 研究目的本文旨在对被动双足机器人的稳定性进行分析和控制研究，具体包括以下几点：（1）分析被动双足机器人的稳定性问题，综合考虑机器人的结构、动力学和控制等因素，建立动力学模型和数学模型。
（2）通过研究被动双足机器人的步态规律，探讨机器人的运动方式和平衡控制策略，实现机器人的稳定行走。
（3）基于经典的步态控制算法和智能控制算法，设计控制器对机器人进行步态控制，通过仿真和实验验证控制效果。
3. 研究内容被动双足机器人稳定性分析与步态控制主要研究内容包括：（1）被动双足机器人的结构和动力学模型。
被动双足机器人是一种具有双腿和身体的运动平台，其结构和动力学特性对机器人的稳定性和行走能力影响很大。
本文将从机器人的结构和动力学模型出发，对机器人的力学特性进行分析和建模。
（2）被动双足机器人的稳定性分析。
稳定性是被动双足机器人研究的核心问题，本文将通过分析机器人的动力学方程，结合系统控制论的相关知识，对机器人的稳态和动态稳定性进行分析和评估。
（3）被动双足机器人的步态控制算法设计。
步态控制算法是被动双足机器人实现稳定行走的关键，本文将结合机器人的动力学模型和稳定性特性，设计基于经典控制算法和智能控制算法的步态控制器。
（4）被动双足机器人的仿真与实验验证。
仿真和实验验证是本文研究的重要环节，通过对机器人步态控制器的仿真和实验验证，验证控制算法的可行性和有效性。
4. 研究方法本文主要采用理论分析、模型建立、控制算法设计和仿真实验等方法进行研究。
三轮全向移动机器人运动控制研究的开题报告一、选题背景随着科技的不断发展，人们对机器人的需求越来越高。
而机器人的移动方式也日益多样化，其中三轮全向移动机器人因其结构简单、运动自由度高而备受关注。
随着机器人在各行各业的应用，对其运动控制的要求也越来越高，因此研究三轮全向移动机器人的运动控制技术有着极其重要的意义。
二、研究目的和目标本课题旨在探索三轮全向移动机器人的运动控制技术，通过对三轮机器人动力学模型、控制算法、路径规划等方面的研究，实现三轮机器人的精确运动控制和路径跟踪，并将其应用于实际控制系统中。
三、研究内容和方法1. 三轮全向移动机器人的结构设计与动力学模型分析；2. 基于PID控制算法的机器人运动控制；3. 基于路径规划算法的机器人路径跟踪；4. 仿真验证与实际控制系统搭建。
四、研究意义三轮全向移动机器人简单、实用、具有较高的运动自由度。
该研究对于完善机器人的运动控制技术，提高机器人的精确度和实用性，具有重要的理论和实际意义。
同时，经过本研究的实际应用，还将有望在医疗、物流、制造等领域得到进一步应用。
五、预期成果1. 实现三轮全向移动机器人的精确运动控制；2. 实现三轮全向移动机器人的路径跟踪；3. 构建具有实际应用价值的控制系统。
六、进度计划第一阶段：对三轮全向移动机器人的结构及其动力学模型进行研究，并完成控制算法的初步设计，预计完成时间为两个月。
第二阶段：在第一阶段的基础上，进行路径规划算法的研究和优化，并通过仿真验证控制算法的有效性，预计完成时间为三个月。
第三阶段：对实验室现有硬件进行改装，构建具有实际应用价值的三轮全向移动机器人控制系统，并进行实验验证，预计完成时间为三个月。
七、存在的问题及解决措施1. 机器人动力学模型的精确性需要进一步提高。
解决措施：引入更加复杂的动力学模型，提高研究的精度和可靠性。
2. 控制算法需要进一步优化和改进。
解决措施：结合其他现有的控制算法，并仿真验证，优化控制算法的参数和结构。
下肢康复训练机器人关键技术研究的开题报告1. 研究背景和意义随着人口老龄化和运动受伤等疾病的增加，下肢功能障碍的患者数量逐年增加。
这些患者通常需要进行持续的物理治疗来恢复运动能力并提高生活质量。
传统的康复治疗方法需要手动操作，需要长时间的训练和高度专业的技能，效率低下。
因此，发展一种带有自动化和智能化的下肢康复训练机器人成为许多研究者的热门方向。
机器人康复技术是一个具有很高发展潜力的领域，在国内外研究机构和医院已经展开研究。
2. 研究内容和目标本课题主要研究下肢康复训练机器人的关键技术，包括机器人控制系统、运动学模型、动力学模型、力传感器、软件系统等，在此基础上设计并制作一款下肢康复训练机器人，实现康复训练的自动化和智能化，提高康复效果和工作效率。
具体研究目标如下：（1）掌握下肢机器人康复训练的理论基础和技术要求；（2）设计具有多自由度的下肢康复训练机器人；（3）研究下肢机器人控制系统和运动学、动力学模型；（4）研究下肢康复训练机器人的力传感器技术；（5）设计康复训练机器人的软件系统，实现自动化控制和智能化诊断；（6）进行下肢康复训练机器人的实验验证，评估康复效果和工作效率。
3. 研究方法和技术路线本课题采用以下方法和技术路线：（1）文献调研：深入了解关键技术的最新发展情况和研究现状，为本研究提供理论和实践基础；（2）机器人设计：依据下肢康复训练的要求和机器人控制要求，设计具有适当自由度的机器人模型；（3）数学模型：建立机器人的运动学模型和动力学模型；（4）力传感技术：通过阻抗控制技术研究和设计具有高精度和稳定性的力传感器；（5）软件设计：根据实验要求，设计机器人控制软件，实现自动化控制和智能化诊断；（6）实验验证：对研制的下肢康复训练机器人进行实验验证，评估其康复效果和工作效率。
4. 预期结果和创新点本研究预期实现：（1）设计并制作一种具有多自由度、高精度和稳定性的下肢康复训练机器人；（2）研究建立机器人的运动学模型和动力学模型，实现机器人的精确控制和运动规划；（3）采用阻抗控制技术研究和设计康复训练机器人的力传感器，实现康复训练的精确力量控制和力量反馈；（4）设计康复训练机器人的软件系统，实现自动化控制和智能化诊断；（5）开展实验验证，评估机器人康复训练的效果和工作效率。
两轮自平衡机器人自适应模糊神经网络控制研究的开题报告一、选题的背景和意义近年来，随着科技的不断发展，人们的生活方式也发生了很大的变化。
在交通工具方面，以往人们出门多依赖步行、自行车、摩托车和公共汽车等交通工具，但是现在，随着科技的更新换代，越来越多的人开始使用自平衡车进行出行。
自平衡车的出现，不仅解决了人们出行的问题，同时也大大提高了出行的舒适度和安全性。
因此，研究自平衡车的控制方法和技术，对于人们生活的提升意义重大。
本文主要研究的是两轮自平衡机器人的控制问题。
在控制方面，传统的PID控制器虽然可以完成对两轮自平衡机器人的控制，但是其对于外界环境的适应性和鲁棒性较差。
因此，本文将针对两轮自平衡机器人，利用自适应模糊神经网络（ANFIS）进行控制，以期得到更优秀的控制效果。
二、研究内容和方法本文的研究内容主要包括以下三个方面：1. 两轮自平衡机器人的建模：通过分析两轮自平衡机器人的物理特性和动力学特性，建立数学模型。
2. 自适应模糊神经网络：本文将利用自适应模糊神经网络进行控制，以提高控制系统对于外界环境的适应性和鲁棒性。
3. 控制器设计与仿真：在MATLAB 软件环境下，对控制器进行设计，并通过仿真实验进行控制效果的验证。
三、研究进度安排本文的研究进度安排如下：1. 第一周：详细了解两轮自平衡机器人的物理特性和动力学特性。
2. 第二周：根据了解的两轮自平衡机器人的物理特性和动力学特性，建立两轮自平衡机器人的数学模型。
3. 第三周：学习自适应模糊神经网络的理论知识，并了解 MATLAB 中自适应模糊神经网络的实现方法。
4. 第四周：利用 MATLAB 软件环境下的神经网络工具箱进行模型仿真。
5. 第五周：分析仿真结果，进行控制器参数的调整，并对控制器进行进一步的优化。
6. 第六周：进行控制器的实验验证，并分析实验结果。
7. 第七周：撰写论文，并进行文章的修改和完善。
四、预期成果本文的预期成果主要包括以下几个方面：1. 两轮自平衡机器人的数学模型：通过对两轮自平衡机器人的物理特性和动力学特性进行分析，建立数学模型。
河北工业大学硕士学位论文开题报告 论文题目 六轮腿移动机器人的仿生机构研究
2013年 12 月 2 日 1.课题的研究背景及意义 移动机器人是一种能够通过内、外传感器反馈信息感知环境及自身状态, 实现在有障碍物的环境中自主运动, 从而完成一定功能或任务的机器人系统[1]。目前已广泛运用于野外考察、地震救灾、环境检测、娱乐生活等诸多行业，在安全、军事、生活以及科学研究中扮演着越来越重要角色。其中轮式机器人结构简单，容易实现，具有移动速度快、转向性能好、行走效率高等特点。但同时适应地形和避障的能力差。足式机器人对地形的适应能力较好，可以跨越障碍物、台阶等，但运动间歇大，速度慢。随着移动机器人的不断开发和应用范围的扩展，未来会在更多复杂且未知的环境中工作。仅仅依靠轮式或者足式的移动机器人已无法完全适应工作环境的复杂性和多样性了。为了配合对移动机器人性能要求的逐渐提高，相继问世了许多混合式的移动机构，其中轮腿式移动机器人就融合了轮式移动机器人和腿式移动机器人的特点。既可以保证在平坦地面的移动效率又具有了良好的跨越障碍的能力[2]。 但当轮腿式移动机器人采用足式的方式行走时目前在技术上还存在许多困难，然而在自然界中存在的多足昆虫则可以通过它们长期进化得到的复杂且精妙的肢体结构和灵活的的运动方式，容易地通过了各种复杂的自然地形，甚至能在光滑的表面上倒立行走。因此，将多足昆虫的行为学研究成果，融入到移动机器人的结构设计与控制中，开发具有卓越移动能力的轮腿式仿生移动机器人，对于足式移动机器人和轮腿式移动机器人技术的研究与应用都具有重要的理论和现实意义[3]。 本文从仿生的角度出发，对轮腿机器人进行结构设计，使其可以在跨越障碍物、沟壑、楼梯等不规则地形保持机体平稳和运动的效率。主要的问题在于解决腿部结构，使其可以获得更好的稳定性和更低的能量消耗。结合轮式和足式的优点，根据不同的环境变换轮式运动和足式运动两种运动方式，达到良好的运动灵活性和较高的移动速度的统一，提供良好的应用平台。 为了能够保持机器人的稳定移动，这就要求机器人足数越多越好。当机器人在选择腿式不行和轮子转动时需要进行轮腿的转换，在转换的过程中，腿部需要上抬，其余的腿用来保持平衡，这样就需要至少四条腿，否则无法在转换过程中保持身体的平衡。随着足数的增加，其稳定程度会增加，但七足以上就会基本达到饱和。因此本课题选择六轮腿仿生机器人作为研究的对象，既具有冗余的腿部结构保持稳定，同时又不会造成腿部的浪费。对地形的适应能力比较强，能够在复杂的地表高效行走，即使失去若干肢体也依然可以执行任务，因此比较适合进行野外侦查、水下搜索以及太空探测等对机器人的可靠性、自主性要求较高的工作。并参考仿生学的成果，对六足昆虫的腿部进行研究。分析了腿部结构和功能特点，以此为基础设计完成了六足仿生机器人的单腿结构
2.六轮腿机器人研究现状及趋势 轮腿式机器人作为移动机器人的一部分，兼具了轮子和腿的功能，具有优良的越障能力和机动性能，简单的结构形式以及移动中的高效性和平稳性。在平整的地形可以运用轮子结构前行，在非平整地形环境可以采用足式或轮腿复合式前进。具有速度高、能耗低、地形适应性强的特点。 近几十年来，轮腿式移动机器人技术得到了很快的发展，并有许多成功的案例。轮腿式移动机器人多用在抢险、排爆、污染源检测测、外星探测等领域[4] 2.1 国内外的发展现状 美国喷气与推进实验室（JPL）研制了1997年被人类送上火星的第一台探测车sojourner（如图2.1），Sojourner是一辆微型自主式机器人车辆，采用六轮摇臂悬吊式结构,即有6个独立悬挂的驱动轮,传动比为2000:1，本机器人是真正意义上的六轮腿式移动机器人。以及后来的火星探测车漫游者（mars rover）机器人（如图2.2），该款机器人拥有最先进的机动性，其六轮腿式结构是目前最先进的,具有强大的越障能力。原地360o的转弯能力及伸缩性，除了其先进的机动性能，探路者机器人上安装了包括Pancam(立体摄像头)、Mini-TES(红外分光仪)、显微镜、Mossbauer(分光仪，用来测定岩石成分)、APXS(ALPHA射线)系统、RAT(Rock Abrasion Tool)系统等各种先进的仪器来探测环境，观察并分析岩石和土壤。用来探测火星上是否有生命，以及有没有生命的遗迹、火星上的地质和气候环境。
美国全地形六足星际探测器“运动员”(ATHLETE)同样也是由美国宇航局喷气与推进实验室（JPL）研制的（如图2.3），Athlete高13英尺(3.96米)，重357石(2268公斤)，它可携带超过2285石(1.45万公斤)有效载荷，但它比通常的行星探索车轻25%。其最快行进速度能达到10ｍ/ｓ，最大爬坡能力为50度硬质土地，25度沙地。最大越障高度可达 2.8 米。
为了减轻重量他将工具安装在了腿上，当轮子抬起来的时候，可以安装、拆卸工具，比如钳子和电钻等（如图2.4）。ATHLETE可以通过远程控制实现行走，甚至的跳跃和舞蹈。该机器人拥有6条关节型腿，腿上安有轮子，因此即便在凸
凹不平的地形上，它也能行动自如。同时ATHLETE机器人的六个负重轮拥有极大的灵活性，可在各种复杂的地形下前进。在遇到障碍时，可以通过抬腿越过障碍。每条腿都有安装有内置的摄像头，摄像头拍摄到的视频信息经过整合处理，可以同时显示在一个显示器上，为控制人员展示机器人周边的3D影像[5]。
哈尔滨工业大学研制的两款轮腿式移动机器人HIT-HYBTOR[6]和
图2.1 sojourner探测车 图2.2 mars rover探测车 图2.3 美国全地形六足星际探测器ATHLETE
图2.4 轮子抬起来，这样铲子(左)和钻头(右)就能安装在机器人的腿上 HITAN-I[7] (如图2.5) 它们的移动系统都由四套轮腿混合式移动机构组成,每套移动机构四个自由度，车轮独立驱动,腿关节三个自由度，可实现轮式或腿式移动。轮式移动时，腿上各关节锁定,由车轮独立驱动。腿式移动时，当前进时制动器锁止足底轮。腿部驱动选用蜗轮蜗杆机构，这种设计可以将电机藏于腿的肢体内，结构更加紧凑。是一个可以直行、原地转向、楼梯爬越、足底轮滚进的复合运动的轮腿机器人[8]。HITAN-I 四条腿末端的车轮都可独立驱动,这种设计可以保证移动机构具有更好的环境适应性，但电机数量的增多使机构负载提高,控制难度加大。
由日本研制的Roller-Walker[9][10]（图2.6）也是一种四足轮-腿混合式移动机器人，和所有其它成果不同的是，安装在四条腿末端的车轮均为被动轮，不能独立驱动。它的运动原理类似于溜旱冰，依靠腿部驱动产生的推力实现轮式移动，它结构设计上的另一个独特之处在于车轮可转过90o，当平台以步行方式移动时，可为腿式移动的“脚”，这种机构的优点在于充分挖掘了车轮的性能,松软工作环境下可在一定程度上减小对地压强。
2.2 现有轮腿移动机器人结构分类 对于现有轮腿式移动机构来说,虽然功能上非常相近,但是结构上千差万别,综合它们的结构特点大体可以划分为两类： 第一类从结构上来看就是将轮子安装在腿部的末端，使轮和腿形成串联结
图2.5 HIT-HYBTOR和HITAN-I 图2.6 Roller-Walker 及轮式和足式姿态 构，以轮作脚。这是轮腿混合式机构系统中比较常见的一种。是目前研究成果较多的一类。大多情况下轮和腿各自保持独立驱动，这种特点保证了它们功能上既能够以单一方式移动，这时就相当于纯粹的轮式或腿式移动。又可以两种移动机构同时发挥作用，以混合方式移动。可以看出，这种系统实际上只是两种移动方式功能上的简单组合。结构上两种子机构具有明显的独立性和完整性。上述几种都属于等都属于这一类[11]。 第二类从结构上来看轮和腿完全分离，移动中两者或同时发挥作用以混合式移动，或采用单一方式移动。和第一类相比结构上更加简单，控制更容易。
3本课题的主要内容和研究目标 本课题的研究目标是完成一个六轮腿仿生移动机器人的机构设计，并从仿生机制、构型设计、建模仿真等方面进行深入的研究，主要内容如下。 3.1 六轮腿机器人的腿部机构设计 我们所设计的机器人采用四自由度的关节式腿机构，每条腿都是一个平面连杆机构，由四段结构组成：髋关节、大腿、膝关节和小腿。为了缩小摆腿时的转动惯量，使机器人运行尽可能平稳。应尽量将电机、减速器等装置安装在机体上。因此我们把髋关节的驱动电机及减速安装在机体上。其余装置安装在结构之间的关节上。 六条腿均安装有轮子，每个轮子配有一个独立的电机控制转动。即每条腿共有四个转动关节和一个旋转关节。当机器人从足式转换成轮式结构时，调整大腿和膝关节之间角度以及膝关节和小腿之间的角度，完成轮子的抬起和落下。 （2）六轮腿机器人的机体设计 机体的设计首先要考虑两个因素：一是避免腿部之间发生碰撞，扩大腿部的活动范围；二是增加机体的稳定性。又由于机体是一个支持的平台，平台上需要安装控制器、电源模块、关节驱动电机、减速器等部件，其长度和宽度又必须满足这些部件的安装需要。同时，因该机器人六条腿与机体相连，还需要考虑整体布局和安装定位。基于对多足昆虫的仿生分析，选择椭圆形的机体形式[12][13]。在选材既要考虑机体的高强度，也要注意减少机器人的整体重量。 4.本课题采用的研究方法 （1）.建立模型：在solidworks中建立六轮腿机器人的单腿模型。 （2） 进行结构优化：通过Matlab对比其不同结构比例情况下的工作空间、灵活度和能耗。腿部长度及各部分尺寸进行优化。 （3） 精确仿真：在Admas中导入机构，对其进行仿真，选取合适电机。
5.本课题研究的主要难点 （1）机器人整体结构尺寸优化过程中，对于空间体积求解存在误差，无法得到最优方案。 （2）末端惯性过大，对电机的要求高，容易出现刚性差的现象，引起机器人整体稳定性差。
6.本课题研究进度安排 2013.9-2012.11: 阅读相关文献，对课题中的关键技术进行研究，确定各阶段具体方法。 2013.12-2014.1:提出腿部结构方案，对其进行优化。 2014.2-2014.4 : 确定方案，进行仿真，选取合适的电机和减速器等，绘出三维及二维图纸。 2014.5-2014.7: 制作单腿的实体，对其进行各项测试和修改。 2014.8-2014.9 : 完成六条腿的制作及机体的设计和制作 2014.10-2015.1: 开始组织材料，撰写课题论文。
