仿生六足机器人 结题报告

仿⽣机器⼈报告H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y仿⽣感知与先进机器⼈技术课程报告(1)报告题⽬：仿⽣机器⼈课程报告院系：机电学院班级：姓名：学号：哈尔滨⼯业⼤学机电⼯程学院摘要：仿⽣学是模仿⽣物系统的原理以建造技术系统，或者使⼈造技术系统具有⽣物系统特征或类似特征的科学，它是在上世纪中期才出现的⼀门新的边缘科学。

关键词：仿⽣；仿⽣机械；仿⼈机器⼈1.仿⽣学仿⽣学是模仿⽣物系统的原理以建造技术系统，或者使⼈造技术系统具有⽣物系统特征或类似特征的科学，它是在上世纪中期才出现的⼀门新的边缘科学。

仿⽣学的研究对象是研究⽣命的结构、能量转换和信息流动的过程，并利⽤电⼦、机械技术对这些过程进⾏模拟，从⽽改善现有的和创造出崭新的现代技术装置。

从仿⽣学的诞⽣、发展，到现在短短⼏⼗年的时间内，它的研究成果已经⾮常可观。

仿⽣学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向⽣物界索取蓝图的道路，它⼤⼤开阔了⼈们的眼界，显⽰了极强的⽣命⼒。

.2.仿⽣机器⼈基本概念及其分类仿⽣机器⼈是指模仿⾃然界中⽣物的外部形状、运动原理或⾏为⽅式的系统，并且能从事⽣物特点⼯作的机器⼈。

仿⽣机器⼈的研究是以机器⼈技术和仿⽣学的发展为基础，它的产⽣和存在的前提条件在于⽣物是经过了长期的⾃然选择进化⽽来的，在结构、功能执⾏、环境适应、信息处理、⾃主学习等诸多⽅⾯具有⾼度的合理性和科学性。

⼈类通过研究、学习、模仿来复制和再造某些⽣物特性和功能，制造出能够代替⼈类从事恶劣环境下⼯作的仿⽣机器⼈，从⽽极⼤地提⾼⼈类对⾃然的适应和改造能⼒，产⽣巨⼤的社会经济效益。

仿⽣机器⼈作为机器⼈技术领域中的⼀个新兴的发展分⽀，是众多专家和学者的研究热点。

对于仿⽣机器⼈的研究是多⽅⾯的，因此出现了功能、形状各异以及⼯作原理不同的仿⽣机器⼈，种类繁多。

分类⽅法也不尽相同，按照仿⽣机器⼈模仿特性可划分为仿⼈类肢体和仿⾮⼈⽣物两⼤类；按照仿⽣机器⼈模仿的运动机理、感知机理、控制机理及能量代谢和材料组成的进⾏划分；按照仿⽣机器⼈的空间⼯作环境的不同⼜可划分空中仿⽣机器⼈、陆地仿⽣机器⼈和⽔下仿⽣机器⼈等。

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。

摘要随着人类探索自然界步伐的不断加速,各应用领域对具有复杂环境自主移动能力机器人的需求，日趋广泛而深入。

理论上,足式机器人具有比轮式机器人更加卓越的应对复杂地形的能力，因而被给予了巨大的关注，但到目前为止,由于自适应步行控制算法匮乏等原因，足式移动方式在许多实际应用中还无法付诸实践。

另一方面,作为地球上最成功的运动生物，多足昆虫则以其复杂精妙的肢体结构和简易灵巧的运动控制策略，轻易地穿越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，融入到步行机器人的结构设计与控制中,开发具有卓越移动能力的六足仿生机器人，对于足式移动机器人技术的研究与应用具有重要的理论和现实意义。

六足仿生机器人地形适应能力强,具有冗余肢体，可以在失去若干肢体的情况下继续执行一定的工作，适合担当野外侦查、水下搜寻以及太空探测等对自主性、可靠性要求比较高的工作。

关键词:六足机器人，适应能力强，结构设计AbstractWith the increasingly rapid step of human exploration of nature, the demand for robots with autonomous mobility under complex environment has been getting broader and deeper in more and more application areas. Theoretically, legged robot offers more superior performance of dealing with complicated terrain conditions than that provided by wheeled robot and therefore has been given great concern, however up to now，for the reason of absence of adaptive walk control algorithm，legged locomotion means still could not be put into practice in many practical applications yet。

仿生机器人概论课程报告 ——人机接口方向

一、前言 本文是作者在阅读reference 2016中相关文档以及查阅相关资料之后编写而成，选取的课程报告方向为人机接口方向（Neural Interfacing）。文中主要包含了参考文献的读后感，作者平时了解到的一些资料，以及很多个人感悟和对先前个人经历的总结。根据文件《课程考察说明2016》的指导思想，本文可能并不会像一般学术论文那样具有无可挑剔的严谨性和科学性，感性认识和个人感情将会占据一定比重。我个人认为，从事科学研究和技术工作的人员，在从事具体的工作时应当具有理性精神，但是，支持我们进行理性思考和分析的原动力，必然是热情，是对科研工作的热爱，是对未知领域的好奇，是对自然规律的敬畏和赞赏（当然，同样也包含对更高工资水平和生活质量的追求）。 《仿生机器人概论》就是这样一门能燃起‚钻研的热情‛的课程。课堂不注重对具体机器人的机械结构和控制算法的讲解，而是更多地从功能和目的的角度，去讲解仿生机器人这一门类的重要意义。张老师也是一位非常有热情的老师，每节课我们都会自然而然地受到激励。老师给我们布置的这一篇课程报告，想必也是希望我们能拥有这种力量，能在之后的工作和生活中走得更好。 综上，这篇文章不是专业的、学术的、论文性质的文章。老师希望我们在完成这篇文章之后，能做出更好的研究，写出更多的优秀文章。所以如果今后此文若被上传至网络，也只是一名普通学生的拙见，并不能达到作为参考文献的要求。

二、参考文献·我·智能手机 老实说，这是我第一次进行全英文文献的阅读。若是换做几年以前，我必然会被这项工作难住，觉得自己不能胜任。但是，经过这几年在大学的磨练（或者说，混日子），我明白了一个普适，同时又容易被忽略的道理：任何看起来会让你感到无所适从、不能轻松驾驭的事情，硬着头皮去做，搞那么一段时间，也就不会那么困难了。古诗有云，‚曾经沧海难为水，除却巫山不是云‛，用现在的话来说，‚我见得多了，已经是老油条了，还有什么事情能让我害怕的？‛ 于是乎，文献被打印，有道词典app被下载到手机，旧钢笔被塞进书包，我开始了文献的阅读。 首先是一篇在《新英格兰医学杂志》上发表的文章，名为《一位接受神经移植手术的被截肢者的基于肌电信号解码的机械腿控制》（Robotic Leg Control with EMG Decoding in an Amputee with Nerve Transfers）。此文章主要讲述了通过对肌电信号进行识别，机械腿可以根据人的思维进行相应的运动。同时，研究人员设置了对照，经过对照之后发现，接受了神经移植手术的患者，控制机械腿的准确度更高。神经移植手术（TMR），在我个人看来，是把残肢的运动神经末梢移植到皮肤表层附近，这样大脑发射运动信号的时候，可以在体表产生比较强烈的电信号，检测起来比较方便，直接在残肢表面贴上电极，就可以获取这些信号。大脑在发射不同的运动信号，如肌肉收缩或放松，肌电信号在残肢上产生的位置会有区别，通过分析和鉴别这些区别，我们可以对这些信号进行分类，让机械腿实现相应的运动。 文章照片中的这位实验志愿者在经过长期的训练之后，在照片拍摄的时候成功登顶一栋高层建筑，让人感到惊奇，同时赞赏科学的发展和志愿者本人的意志力。

仿生六足机器人的结构设计及运动分析一、结构设计1.机体结构：仿生六足机器人的机体结构通常采用轻型材料如碳纤维和铝合金制作，以保证机器人整体重量轻，同时具备足够的强度和刚度。

机体一般采用箱型结构，保证机器人整体稳定。

2.足部结构：仿生六足机器人的足部结构是其中最重要的部分，直接关系到机器人的运动能力和适应性。

足部结构通常由刚性材料制成，具有良好的强度和刚度。

每个足部通常由三个关节驱动，分别是髋关节、膝关节和脚踝关节。

这些关节的设计对机器人的运动能力和足部适应性有着重要影响。

3.关节驱动方式：仿生六足机器人的关节驱动方式通常采用电机驱动和传动装置。

电机驱动可以提供足部的力和扭矩，使机器人能够进行各种运动，传动装置则用来将电机的运动传递到足部关节。

可以采用齿轮传动、连杆传动、带传动等方式，根据实际需求进行合理选择。

二、运动分析1.步态规划：步态规划是确定六足机器人各个足部的步态序列，以实现机器人的稳定行走。

常用的步态有三角步态、扭摆步态和螳臂步态等。

步态规划需要考虑机器人的稳定性和适应性，结合地面情况和环境要求进行合理选择。

2.动力学模拟：动力学模拟是对仿生六足机器人的运动进行分析和仿真，以优化机器人的运动能力和稳定性。

通过建立六足机器人的运动学和动力学模型，可以预测机器人的运动轨迹、步态设计和稳定性评估等。

动力学模拟可以帮助改善机器人的设计和控制策略。

3.控制策略：仿生六足机器人的控制策略采用了分布式控制和自适应控制的方法。

分布式控制通过将机器人的控制任务分配给多个子控制器，使得机器人具备较好的容错性和适应性。

自适应控制方法则通过对机器人的运动进行实时监测和反馈调整，使机器人能够自主学习和适应不同环境和任务。

综上所述，仿生六足机器人的结构设计和运动分析是实现机器人稳定行走和适应环境的重要环节。

正确的结构设计和合理的运动分析可以有效提高机器人的运动能力和稳定性，从而使机器人在实际应用中具备良好的适应性和操作性能。

仿生机器人综述报告
近年来，随着人工智能和机器人技术的不断发展，仿生机器人成为了研究的热点之一。

仿生机器人是指模仿生物学系统的特征、结构、行为和功能而设计制造的机器人，它们可以模仿动物的外貌和动作，甚至具有某些动物的特性和能力。

仿生机器人的研究涉及多个学科领域，包括机械工程、电子工程、计算机科学、生物学等。

它们的研究目标是通过模仿生物的结构和行为来提高机器人的性能和适应性，使其更加接近自然界中的生物。

仿生机器人的研究领域很广泛，主要分为以下几个方面：
1. 运动控制方面：仿生机器人可以模仿生物的运动方式，如鸟类的飞行、蚂蚁的行走等，这些运动方式能够提高机器人的运动效率和适应性。

2. 传感器方面：仿生机器人可以利用生物的感官系统，如视觉、听觉、触觉等，来获取环境信息，从而实现更加精准的运动和更加智能化的决策。

3. 结构设计方面：仿生机器人可以模仿生物的结构，如鸟类的骨骼结构、蜘蛛的腿部结构等，这些结构可以提高机器人的稳定性和机动性。

4. 机器人控制方面：仿生机器人可以通过模仿生物的神经系统和运
动控制系统，来实现更加智能化的机器人控制，从而提高机器人的性能和适应性。

仿生机器人已经在很多领域得到了广泛的应用，如医疗、教育、军事等。

例如，在医疗领域，仿生机器人可以模仿人体的结构和运动方式，实现精准的手术操作；在军事领域，仿生机器人可以模仿动物的行为和能力，实现更加灵活的战斗机器人。

在未来，仿生机器人的研究将会更加深入，不断地推动机器人技术的发展。

我们相信，仿生机器人将会成为未来机器人发展的一个重要方向，为人类带来更多的便利和帮助。

仿生机器人综述报告一、引言随着科技的不断发展，仿生机器人作为一种新型智能机器人，已经逐渐引起了人们的关注。

仿生机器人是指模仿动物或植物的外形、结构和功能设计出来的机器人。

它们可以模拟动物或植物的行为，具有很强的适应性和灵活性。

本文将对仿生机器人进行综述。

二、仿生机器人的分类根据仿生机器人所模拟的动物或植物不同，可以将其分为多种类型。

以下是几种常见的类型：1.鸟类仿生机器人：这种机器人通常具有翅膀并能够飞行，它们可以用于监测环境和空气质量等方面。

2.昆虫类仿生机器人：这种机器人通常具有六条腿和翅膀，并且非常小巧轻便。

它们可以用于勘测地形、搜索救援等方面。

3.水下仿生机器人：这种机器人通常具有鱼类或海豚等水下动物的外形和运动方式，可以用于海洋勘测、水下救援等方面。

三、仿生机器人的应用仿生机器人有着广泛的应用领域，以下是几个常见的应用领域：1.环境监测：鸟类仿生机器人可以用于监测空气质量，水下仿生机器人可以用于海洋勘测。

2.救援：昆虫类仿生机器人可以用于搜索救援，水下仿生机器人可以用于水下救援。

3.军事领域：仿生机器人可以用于侦察、炸弹拆除等方面。

4.医疗领域：仿生机器人可以模拟动物或植物的运动方式，帮助恢复运动能力。

四、仿生机器人的优势与传统机器人相比，仿生机器人具有以下优势：1.适应性强：由于仿生机器人模拟了动物或植物的外形和运动方式，因此它们在不同环境中具有更好的适应性。

2.灵活性高：由于仿生机器人具有类似动物或植物的结构和运动方式，因此它们在行动时更加灵活。

3.能耗低：由于仿生机器人采用了动物或植物的结构和运动方式，因此它们在行动时能够更加节约能源。

五、仿生机器人的发展趋势随着科技的不断发展，仿生机器人也在不断地发展。

以下是几个可能的发展趋势：1.智能化：仿生机器人将会越来越智能化，具有更强的自主学习和决策能力。

2.多功能化：仿生机器人将会具有更多的功能，例如可以同时进行环境监测和搜索救援等任务。

摘要本文介绍了一种应用两个电机驱动的六足式步行机器人,并对该机器人的运动机理与步态进行了分析,经样机实验,所设计的机器人可实现前进、后退、遇障转弯等功能,具有结构简单,控制便捷,行走稳定的特点。

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四杆机构，选择足部运动曲线并在图谱上找到该曲线，以确定四杆机构的各个参数。

由参数和电动机的输出转矩就能确定足部的线速度和加速度。

并通过PRO/E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建模，并对它进行了稳定裕量分析，包括静力学分析和动力学分析。

针对这种腿部结构设计了六足的行走方式,通过对12个步进电机的控制,采用三角步态,实现了六足机器人的直行功能。

仿真及试验证明,这种结构能较好地维持六足机器人自身的平衡,并且对今后更深入地研究六足机器人抬腿行走姿态及可行性,具有较高的参考价值。

关键词：六足机器人；行走步态；运动原理；稳定性；四杆机构abstractThis paper introduced a six-legged walking robot propelled by two electromotors,and analyzed the robot's kinetic mechanism and walking style.Proved by the model test,the robot is capable of actions such as forwarding,backwarding and veering in the case of obstruction.The robot demonstrates such advantages as simple structure,comfortable control and stable performance of pacing.Based on the principle of bionics,this paper designs a four-linked mechanism using Robert principle,which can approximate the ideal trace of robot's leg ,choose the sport curve of the foot department, then check to find out that curve on the diagram, the old ability but locations can make sure four each parameters of the pole structure, can make sure the line speed and accelerations of the foot department from the exportation dint of the parameter and electric motor. Some simulations about the hexapod robot which uses the six-linked mechanism as its leg are made，and carried on the stability to it analysis, include the quiet mechanics analysis and dynamics analysis.A hexapod walking mode was designed according to this structure.By controlling 12 step motors straight walking function of the hexapod robot has been implemented with tripod gait movement.Simulation and experiment show that this structure can keep the hexapod robot body's balance better,providing high reference value to research the advantage and feasibility of leg-raising walking gesture.Keyword: six foot robot; Tread the appearance of walk; The sport principle; Stability; Four pole organizations目录摘要 (I)abstract .............................................................................................................. I I 1 绪论. (1)1.1国内外机器人的研究现状 (1)1.2机器人的主要研究问题 (3)1.3机器人的发展趋势 (5)1.4本课题所研究的主要内容 (6)2 机械机构设计 (6)2.1机构分析 (6)2.2 设计方法 (12)2.3四连杆机构的设计 (13)2.4四个钣金零件设计 (28)2.5 躯体部分机构设计 (33)2.6 机构设计总结 (34)参考文献 (35)致谢 (37)附录一 (50)附录二 (61)1 绪论1.1国内外机器人的研究现状1.1.1机器人的定义机器人是上个世纪人类最伟大的发明之一，而从机器人的角度来讲，21世纪将是一个自治机器人的世纪。

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。