机器人仿生蜘蛛机器人的设计与研究

毕业设计论文

仿生蜘蛛机器人的设计与研究姓 名寇艳虎

学 号

专 业机械工程及自动化系 别机械与电气工程系指导教师孔繁征

错误未指定开关参数。

摘要

本文总结了背景和目标,仿生蜘蛛机器人的简单介绍。通过研究机器人的六足仿生的运动,这种设计已确定脚结构,使用3自由度的分析实现向前运动,把运动的机器人。想象的组件和装配映射仿生蜘蛛机器人以及相关部件的检查,确保机械设计的可行性都包含在总设计。

关键词仿生机器人机构

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目 录

摘要错误未指定书签。

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1绪论错误未指定书签。

1. 1课题背景及目的错误未指定书签。

1.2仿生机器人研究现状及发展趋势错误未指定书签。2设计思路错误未指定书签。

2. 1仿生学原理分析错误未指定书签。

2. 1. 1仿生蜘蛛机器人的研究方法及思路错误未指定书签。3整体设计方案错误未指定书签。

3. 1工作原理分析错误未指定书签。

3. 1. 1三角步态原理分析错误未指定书签。

3. 1.2机器人走动步态分析错误未指定书签。

3.2机器人机构总体设计错误未指定书签。

3.3电机的选择错误未指定书签。

3.4舵机驱动原理错误未指定书签。

3.4. 1舵机原理错误未指定书签。

3.4.2舵机控制方法错误未指定书签。

4零件的设计错误未指定书签。

4. 1躯干的设计错误未指定书签。

4.2基节设计错误未指定书签。

4.3关节盖的设计错误未指定书签。

4.4胫节片的设计错误未指定书签。

4.5足的设计错误未指定书签。

4.6连接杆的设计错误未指定书签。

4.7固定片的设计错误未指定书签。

结论错误未指定书签。

参考文献错误未指定书签。

致谢错误未指定书签。

1绪论

1. 1 课题背景及目的

机器人的出现是科技不断发展的必然产物随着,社会的不断发展,机器人的不断应用也将会推动生产力的发展,同时为也人类文明的进步做出了巨大贡献。人工智能技术的研究主要是智能机器方向,所以如今对智能机器人的科研程度已经是一个国家科学以及技术的竞争的一个重要方面。一个国家啊对智能机器人研发的程度体现出国家的综合的科技实力新型机器人的研发更是表示出一个国家他的尖端科技。现在世界上机器人在生活中的的应用是很普骗的机器人更是有各种各样的种类。

机器人已经更加的多元化啊。不想以前那么单一。 ,研究机器人的结构环境定点操作的非结构化环境的转变,在军事侦察、太空探索、救灾、抢险救灾、行星等方向展示了广阔前景。一些我们人类无法达到的环境。机器人却可以在那里正常工作人类研究出的机器人不仅仅只有动物的外行还有更多的其他的功能。更加多元化啊。除了传统的设计方法,人们也关注生物世界,寻找神奇的生物从自然中汲取灵感,他们采用了运动机制和行为的运动和控制机器人,使机器人不仅感到思维有一定的功能,这些功能控制行动,用生物或类似于人类的智慧利用仿生学的相关知识。与设计相结合。使得仿生机器人的研究更加多样化。

仿生蜘蛛机器人是模仿多足的动物的运动的方式的特殊一种的机器人。经过调查显示,在地球上有大约二分之一的陆地那些常规的载具像汽车火车履带式的载具都无法到达。 自然界中却有很多生物却可以自由的活动在那里。因此,仿生机器人的运动方式更有着其他不具有的能力优势,仿生机器人运动方式流动性良好,能适应各种崎岖路面。仿生蜘蛛机器人在崎岖和路况极差的地面上的运动速度仍然很快而且能耗较少[2] 。

这些仿生机器人有着难以超越的优势如果我们想在我们生活中推广。普及发挥这些仿生机器人的最大价值。让我们生活更加便捷我们只能毫不松懈不停的对仿生机器人进行深入研究。

1.2仿生机器人研究现状及发展趋势

国外仿生机器人研究现状

 1系列六足机器人

德国卡尔斯鲁厄大学是一个科研机构,有着悠久历史的学校机器人的开发团队有足够多的仿生机器人持续了数年的集中研究和开发。 以下是他们的发现。团队领导是右侧的六足仿生机器人(如图2.1)是一种特定的六个同样的肉体,头和脚。整个身体机制设备不仅具有纳米微控制器,系统处理单元、电源开关和照相机,和所有组件都安装在它的身体,这样我们就能完全满足要求的自主权。的总重量是32公斤,宽度是0.7米,可以携带15公斤的重量,不影响其操作,运动速度最高可达0.5M/s。不仅在它的小身体配备轴角编码器,压力传感器、倾角传感器、红外测距传感器和其他传感器和摄像机配备一个视觉传感器。六条腿的机器人主要是依靠各种传感器和对接收到的信号分析,反馈处理随意运动在凹凸的表面。

2哈姆雷特是一个由坎特伯雷大学的学生和教授的研究小组开发出了一个在2000年底模仿昆虫六条腿走路的机器人。它也是一种微型伺服机器人。哈姆雷特是基于竹节虫是一个全方位步态模仿,和正在开发的步行机器人(如图2.2)。它共有六十三关节行走的脚,每个关节运动控制。两端配备了一个机械腿框架结构,每个装有三维力传感器的结构和每只脚,受碳纤维保护膜保护。机器人使用两层分布式

控制框架、硬件和两个综合控制板驱动信号和力信号,和态度的传感信号处理操作。机器人的大小是650 500400,总重量12.7公斤,可以在复杂的地面匀速运动的速度

0.2米/秒。它有独立的行走和攀爬能力。

(3)机器龙虾

在美国国防高级研究计划局部门支持的海上作战部队和波士顿在美国,一个东北大学联合开发了一种模仿龙虾八足步行机器人。 (如图2.3)它能完成我的检测和引爆在海底作业。它有4x8英寸的壳,壳,由八3自由度的腿,可以完成浮动和爬行,头部设有两个钳,舵由液压控制,8英寸长尾与水流的控制拉伸,保持飞机的稳定性。龙虾肌肉类型驱动器,驱动机联合行动由形状记忆合金(秦力量可以人工肌肉)控制。控制器包括一套完整的关于龙虾的行为数据,数据库基本上囊括了所有组织的指令的龙虾步态。当然,它还可以消除的鱼雷传感器和炸药。

图2.3 机器龙虾

(4) 2000六足步行机器人

步行机器人的研究和开发加拿大大学(如图2.4),它有六英尺,分布在一个圆形的身体。每个机械腿是由三个独立的控制上面的三个关节。 C2000系列控制系统,该系统采用分级控制7块芯片,每个控制三个腿的关节和其他中央控制器,其他6件发送和接收指令。每一条腿。都是独立的。存在的子系统。只要控制中心传输信号就可以控制单独的腿。实现六条腿的步态规划通信通过总线接口和事件管理模式。

国内仿生机器人研究现状

对于仿生学的研究在我国起步较晚,我国从上个世纪的80代末和90年代初才开始设计这方面的研究。在上个世纪九十年代初,北京航空航天大学在中国开发了前四模仿动物机器人。这是一个重达两吨,采用液压驱动机器人。

1989年3月,沈阳自动化研究所、长春光机合作进行的海蟹,是一个六英尺,25度极自由的六条腿的机器人,总重量约1500公斤,下降到500米。

1980年,中国科学,用四边形和凸轮的理论发明了八脚蟹步行机,被广泛的应用在水下。涵虚博士1989年,已经进行了四足步行机器人的设计和研究,而且成功地开发了一种四足步行机,和步行测试钱博士在地面,墙两栖机器人的爱是特殊的,和一个六足步行机器人的步态运动学的研究。等发达系列91年马四足步行机器人是由妈,机器人采用两级分布式控制系统,计算机模拟电路-对角步态,配备了测力传感器。 02燕,徐小云和其他人在同一时间开始研究小型六足仿生机器人的设计,如图1所示,13日步行机器人的尺寸分别是:30毫米,40毫米,20毫米的重量只有6.3克,平均散步可以保持约3毫米/秒的速度,以一个恒定的速度移动。此外,清华大学框架发展的三个三脚机器人华中科技大学“4+2”多个双腿行走机器人和多足步行机器人如图1 - 15所示,多个机器人运动和控制计划的同时,此外,腿,墙相关模块功能的实现进行了详细的设计和研究。

国家“863”的支持下,智能机器人主题,北京航空航天大学的发展更简单操作灵巧的手。 4——采用精密灵巧手齿轮结构,四个手指,有16个节点,每一个联合使用

直流电机驱动,电机,安装在手指。主要控制系统多目标分层控制系统。理想的轨迹跟踪和协调层四个手指关节位置控制是完成四个电脑控制器。手指控制器都在相同的物理控制器内的每一个关节,为了提高控制精度的相互传递信息,使控制误差小。除了北航机器人微小型仿生机器鱼的研究团队(孩子)技术的研究已经取得了突破性的进展,仿生机器鱼”模型是成功的,同时控制机器鱼检测。哈尔滨工业大学开发的仿人手臂和仿人双足机器人柔性机器人。仿人手臂的空间大的特点,而没有奇异位置的关节,如结构紧凑控制软件的整个过程可以爬,超越障碍等。除了附近的最优联合功率限制。

仿生机器人通过生物拟态的性能和行为将它的结构特点、运动和行为是应用在机器人的设计上。 ,开发了一些具有生物的外观或功能的机器人系统。仿生机器人的诞生是由于仿生技术和机器人技术的集成,在仿生学、信息科学、力学、微电子控制、计算机科学、组织、 、传感器技术、人工智能、和许多其他科目,所以机器人的优势传统的机器人,和生物运动机理和行为方式,应用于机器人的运动控制理论模型,本质上是对数以百万年来大自然的发展过程的“自然选择”来提高机械手的运动能力和效率,使其超越原始理论的障碍,大大提高机器人的运动特性和工作效率。仿生机器人大致可分为仿人机器人,和模仿人类的生物机器人仿人机器人是机器人技术的前沿课题的一个具有挑战性的技术问题,主要是研究多自由度机器人机械臂关节,指的是结合两只脚行走机器人灵巧手的身体,模仿人类的生物机器人行走机器人,主要研究了蛇形机器人,水下机器人和机器人、飞行方向和热门话题的研究主要涉及到运动的仿生机理的仿生机器人,仿生控制机制、信息感知仿生、仿生能量代谢和合成的仿生材料。

目前我国已经研发了几款比较典型的仿生多足机器人像仿壁虎四足机器人、仿竹节虫六足机器人、仿螳螂六足机器人、仿蜘蛛八足机器人、仿蝎八足机器人等[3] 。

机器人在农业。 国防。娱乐和服务等行业都得到良好的应用机器人正朝着智能化的方向发展将人工智能与仿生学相结合制造出类生物机器人。近年来由于日本仿生机器\还有、美国火星探测器等项目的研制成功智能机器人的研究和发展最重要的是是能够代替人在危险、恶劣等环境中从事特殊工作的特种智能机器人的研究和发展 已经是各国政府制定高技术计划的一个重要内容支撑智能机器人的关键技术——感知与智能控制技术已成为机器人研究领域的热点之一

[1] 。

在1990年代早期,美国麻省理工学院教授布鲁克斯的帮助下学生,产生一批蚊