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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究 姓 名：寇艷虎 學(xué) 號(hào)：12151109 專 業(yè)：機(jī)械工程及自動(dòng)化 系 別：機(jī)械與電氣工程系 指導(dǎo)教師：孔繁征 2020年10月 摘 要 本文總結(jié)了背景和目標(biāo),仿生蜘蛛機(jī)器人的簡(jiǎn)單介紹。通過(guò)研究機(jī)器人的六足仿生的運(yùn)動(dòng),這種設(shè)計(jì)已確定腳結(jié)構(gòu),使用3自由度的分析實(shí)現(xiàn)向前運(yùn)動(dòng),把運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人。想象的組件和裝配映射仿生蜘蛛機(jī)器人以及相關(guān)部件的檢查,確保機(jī)械設(shè)計(jì)的可行性都包含在總設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：仿生；機(jī)器人；機(jī)構(gòu)

2、 i ABSTRACT The paper has summarized the background and the goal of its topic and has made the simple introduction of the bionic hexapod robot. Through the research of the motion of the six feet of the robot, This design has determined the foot structure，using the analysis of 3 degrees of f

3、reedom realizes the forward motion and turning motion of the robot . Picturing of the component and assembly mapping of the bionic hexapod robot as well as the inspection of related parts which ensures the feasibility of the machinery design are both included in the total design. KEYWORDS：bionics ；

4、hexapod robot ；machinery iii 目 錄 摘 要 i ABSTRACT ii 目 錄 iii 1 緒 論 1 1.1課題背景及目的 1 1.2仿生機(jī)器人研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1 2 設(shè)計(jì)思路 7 2.1仿生學(xué)原理分析 7 2.1.1 仿生蜘蛛機(jī)器人的研究方法及思路 7 3 整體設(shè)計(jì)方案 9 3.1工作原理分析 9 3.1.1 三角步態(tài)原理分析 9 3.1.2 機(jī)器人走動(dòng)步態(tài)分析 9 3.2 機(jī)器人機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 9 3.3 電機(jī)的選擇 13 3.4 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)原理 15 3.4.1 舵機(jī)原理 16 3.4.2 舵機(jī)

5、控制方法 16 4 零件的設(shè)計(jì) 18 4.1 軀干的設(shè)計(jì) 18 4.2 基節(jié)設(shè)計(jì) 19 4.3 關(guān)節(jié)蓋的設(shè)計(jì) 20 4.4 脛節(jié)片的設(shè)計(jì) 20 4.5 足的設(shè)計(jì) 22 4.6 連接桿的設(shè)計(jì) 22 4.7 固定片的設(shè)計(jì) 23 結(jié) 論 24 參考文獻(xiàn) 26 致 謝 28 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒 論 1.1 課題背景及目的 機(jī)器人的出現(xiàn)是科技不斷發(fā)展的必然產(chǎn)物，隨著,社會(huì)的不斷發(fā)展,機(jī)器人的不斷應(yīng)用也將會(huì)推動(dòng)生產(chǎn)力的發(fā)展,同時(shí)為也人類文明的進(jìn)步做出了巨大貢獻(xiàn)。人工智能技術(shù)的研究主要是智能機(jī)器方向,所以如今對(duì)智能機(jī)器人的科研程度已

6、經(jīng)是一個(gè)國(guó)家科學(xué)以及技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)重要方面。一個(gè)國(guó)家啊對(duì)智能機(jī)器人研發(fā)的程度體現(xiàn)出國(guó)家的綜合的科技實(shí)力，新型機(jī)器人的研發(fā)更是表示出一個(gè)國(guó)家他的尖端科技?，F(xiàn)在，世界上機(jī)器人在生活中的的應(yīng)用是很普騙的，機(jī)器人更是有各種各樣的種類 。 機(jī)器人已經(jīng)更加的多元化啊。不想以前那么單一。,研究機(jī)器人的結(jié)構(gòu)環(huán)境定點(diǎn)操作的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的轉(zhuǎn)變,在軍事偵察、太空探索、救災(zāi)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、行星等方向展示了廣闊前景。一些我們?nèi)祟悷o(wú)法達(dá)到的環(huán)境。機(jī)器人卻可以在那里正常工作，人類研究出的機(jī)器人不僅僅只有動(dòng)物的外行還有更多的其他的功能。更加多元化啊。除了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,人們也關(guān)注生物世界,尋找神奇的生物從自然中汲取靈感,他們

7、采用了運(yùn)動(dòng)機(jī)制和行為的運(yùn)動(dòng)和控制機(jī)器人,使機(jī)器人不僅感到思維有一定的功能,這些功能控制行動(dòng),用生物或類似于人類的智慧利用仿生學(xué)的相關(guān)知識(shí)。與設(shè)計(jì)相結(jié)合。使得仿生機(jī)器人的研究更加多樣化 。 仿生蜘蛛機(jī)器人是模仿多足的動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)的方式的特殊一種的機(jī)器人。經(jīng)過(guò)調(diào)查顯示,在地球上有大約二分之一的陸地那些常規(guī)的載具，像汽車火車履帶式的載具都無(wú)法到達(dá)。自然界中卻有很多生物卻可以自由的活動(dòng)在那里。因此,仿生機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式更有著其他不具有的能力優(yōu)勢(shì),仿生機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式流動(dòng)性良好,能適應(yīng)各種崎嶇路面。仿生蜘蛛機(jī)器人在崎嶇和路況極差的地面上的運(yùn)動(dòng)速度仍然很快，而且能耗較少[2]。 這些仿生機(jī)器人

8、有著難以超越的優(yōu)勢(shì)，如果我們想在我們生活中推廣。普及發(fā)揮這些仿生機(jī)器人的最大價(jià)值。讓我們生活更加便捷，我們只能毫不松懈不停的對(duì)仿生機(jī)器人進(jìn)行深入研究。 1.2 仿生機(jī)器人研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 圖2.2 Hamlet機(jī)器人 國(guó)外仿生機(jī)器人研究現(xiàn)狀 （1）LAURON系列六足機(jī)器人 德國(guó)卡爾斯魯厄大學(xué)是一個(gè)科研機(jī)構(gòu),有著悠久歷史的學(xué)校機(jī)器人的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)有足夠多的仿生機(jī)器人持續(xù)了數(shù)年的集中研究和開(kāi)發(fā)。以下是他們的發(fā)現(xiàn)。團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)是右側(cè)的六足仿生機(jī)器人(如圖2.1)是一種特定的六個(gè)同樣的肉體,頭和腳。整個(gè)身體機(jī)制設(shè)備不僅具有納米微控制器,系統(tǒng)處理單元、電源開(kāi)關(guān)和照相

9、機(jī),和所有組件都安裝在它的身體,這樣我們就能完全滿足要求的自主權(quán)。的總重量是32公斤,寬度是0.7米,可以攜帶15公斤的重量,不影響其操作,運(yùn)動(dòng)速度最高可達(dá)0.5 M / s。不僅在它的小身體配備軸角編碼器,壓力傳感器、傾角傳感器、紅外測(cè)距傳感器和其他傳感器和攝像機(jī)配備一個(gè)視覺(jué)傳感器。六條腿的機(jī)器人主要是依靠各種傳感器和對(duì)接收到的信號(hào)分析,反饋處理隨意運(yùn)動(dòng)在凹凸的表面。圖2.1 LAURONⅡ （2）哈姆雷特是一個(gè)由坎特伯雷大學(xué)的學(xué)生和教授的研究小組開(kāi)發(fā)出了一個(gè)在2000年底模仿昆蟲(chóng)六條腿走路的機(jī)器人。它也是一種微型伺服機(jī)器人。哈姆雷特是基于竹節(jié)蟲(chóng)是一個(gè)全方位步態(tài)模仿,和正在開(kāi)發(fā)的步行機(jī)

10、器人(如圖2.2)。它共有六十三關(guān)節(jié)行走的腳,每個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制。兩端配備了一個(gè)機(jī)械腿框架結(jié)構(gòu),每個(gè)裝有三維力傳感器的結(jié)構(gòu)和每只腳,受碳纖維保護(hù)膜保護(hù)。機(jī)器人使用兩層分布式控制框架、硬件和兩個(gè)綜合控制板驅(qū)動(dòng)信號(hào)和力信號(hào),和態(tài)度的傳感信號(hào)處理操作。機(jī)器人的大小是650 mmx500mmx400mm,總重量12.7公斤,可以在復(fù)雜的地面勻速運(yùn)動(dòng)的速度0.2米/秒。它有獨(dú)立的行走和攀爬能力。 (3)Lobstei機(jī)器龍蝦 在美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局部門支持的海上作戰(zhàn)部隊(duì)和波士頓在美國(guó),一個(gè)東北大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一種模仿龍蝦八足步行機(jī)器人。(如圖2.3)它能完成我的檢測(cè)和引爆在海底作業(yè)。它有4 x 8英寸

11、的殼,殼,由八3自由度的腿,可以完成浮動(dòng)和爬行,頭部設(shè)有兩個(gè)鉗,舵由液壓控制,8英寸長(zhǎng)尾與水流的控制拉伸,保持飛機(jī)的穩(wěn)定性。龍蝦肌肉類型驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)機(jī)聯(lián)合行動(dòng)由形狀記憶合金(秦力量可以人工肌肉)控制?？刂破靼ㄒ惶淄暾年P(guān)于龍蝦的行為數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)庫(kù)基本上囊括了所有組織的指令的龍蝦步態(tài)。當(dāng)然,它還可以消除的魚(yú)雷傳感器和installedSome炸藥。 圖2.3 Lobstei機(jī)器龍蝦 (4) Hexplorer 2000六足步行機(jī)器人 Hexplorer步行機(jī)器人的研究和開(kāi)發(fā)加拿大大學(xué)(如圖2.4),它有六英尺,分布在一個(gè)圓形的身體。每個(gè)機(jī)械腿是

12、由三個(gè)獨(dú)立的控制上面的三個(gè)關(guān)節(jié)。TI C2000系列DSP控制系統(tǒng),該系統(tǒng)采用分級(jí)控制7塊DSP芯片,每個(gè)控制三個(gè)腿的關(guān)節(jié)和其他中央控制器,其他6件發(fā)送和接收指令。每一條腿。都是獨(dú)立的。存在的子系統(tǒng)。只要控制中心傳輸信號(hào)，就可以控制單獨(dú)的腿。實(shí)現(xiàn)六條腿的步態(tài)規(guī)劃，通信通過(guò)CAN總線接口和事件管理模式。 圖2.4 Hexplorer 2000 國(guó)內(nèi)仿生機(jī)器人研究現(xiàn)狀 對(duì)于仿生學(xué)的研究在我國(guó)起步較晚,我國(guó)從上個(gè)世紀(jì)的80代末和90年代初才開(kāi)始設(shè)計(jì)這方面的研究。在上個(gè)世紀(jì)九十年代初,北京航空航天大學(xué)在中國(guó)開(kāi)發(fā)了前四模仿動(dòng)物機(jī)器人。這是一個(gè)重達(dá)兩

13、噸,采用液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人。 1989年3月,沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、長(zhǎng)春光機(jī)合作進(jìn)行的海蟹,是一個(gè)六英尺,25度極自由的六條腿的機(jī)器人,總重量約1500公斤,下降到500米。 1980年,中國(guó)科學(xué),用四邊形和凸輪的理論發(fā)明了八腳蟹步行機(jī),被廣泛的應(yīng)用在水下。涵虛博士1989年,已經(jīng)進(jìn)行了四足步行機(jī)器人的設(shè)計(jì)和研究,而且成功地開(kāi)發(fā)了一種四足步行機(jī),和步行測(cè)試，錢博士在地面,墻兩棲機(jī)器人的愛(ài)是特殊的,和一個(gè)六足步行機(jī)器人的步態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究。等發(fā)達(dá)JTUWM系列91年pei-sun馬四足步行機(jī)器人是由pei-sun媽,機(jī)器人采用兩級(jí)分布式控制系統(tǒng),計(jì)算機(jī)模擬電路JTUWM - III對(duì)角步態(tài),配備了PV

14、DF測(cè)力傳感器。02,guo-zheng燕,徐小云和其他人在同一時(shí)間開(kāi)始研究小型六足仿生機(jī)器人的設(shè)計(jì),如圖1所示,13日步行機(jī)器人的尺寸分別是:30毫米,40毫米,20毫米的重量只有6.3克,平均散步可以保持約3毫米/秒的速度,以一個(gè)恒定的速度移動(dòng)。此外,清華大學(xué)DTWN框架發(fā)展的三個(gè)三腳機(jī)器人，華中科技大學(xué)“4 + 2”多個(gè)雙腿行走機(jī)器人和MINIQUAD多足步行機(jī)器人如圖1 - 15所示,多個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和控制計(jì)劃的同時(shí),此外,腿,墻相關(guān)模塊功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和研究。 國(guó)家“863”的支持下,智能機(jī)器人主題,北京航空航天大學(xué)的發(fā)展更簡(jiǎn)單操作靈巧的手。BH4——采用精密靈巧手齒輪結(jié)構(gòu)

15、,四個(gè)手指,有16個(gè)節(jié)點(diǎn),每一個(gè)聯(lián)合使用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng),電機(jī),安裝在手指。主要控制系統(tǒng)多目標(biāo)分層控制系統(tǒng)。理想的軌跡跟蹤和協(xié)調(diào)層四個(gè)手指關(guān)節(jié)位置控制是完成四個(gè)電腦控制器。手指控制器都在相同的物理控制器內(nèi)的每一個(gè)關(guān)節(jié),為了提高控制精度的相互傳遞信息,使控制誤差小。除了北航機(jī)器人微小型仿生機(jī)器魚(yú)的研究團(tuán)隊(duì)(孩子)技術(shù)的研究已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展,仿生機(jī)器魚(yú)”模型是成功的,同時(shí)控制機(jī)器魚(yú)檢測(cè)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的仿人手臂和仿人雙足機(jī)器人柔性機(jī)器人。仿人手臂的空間大的特點(diǎn),而沒(méi)有奇異位置的關(guān)節(jié),如結(jié)構(gòu)緊湊，控制軟件的整個(gè)過(guò)程可以爬,超越障礙等。除了附近的最優(yōu)聯(lián)合功率限制。 仿生機(jī)器人通過(guò)生物擬態(tài)的性能

16、和行為，將它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)和行為是應(yīng)用在機(jī)器人的設(shè)計(jì)上。,開(kāi)發(fā)了一些具有生物的外觀或功能的機(jī)器人系統(tǒng)。仿生機(jī)器人的誕生是由于仿生技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的集成,在仿生學(xué)、信息科學(xué)、力學(xué)、微電子控制、計(jì)算機(jī)科學(xué)、組織、、傳感器技術(shù)、人工智能、和許多其他科目,所以機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)傳統(tǒng)的機(jī)器人,和生物運(yùn)動(dòng)機(jī)理和行為方式,應(yīng)用于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制理論模型,本質(zhì)上是對(duì)數(shù)以百萬(wàn)年來(lái)大自然的發(fā)展過(guò)程的“自然選擇”來(lái)提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)能力和效率,使其超越原始理論的障礙,大大提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性和工作效率。仿生機(jī)器人大致可分為仿人機(jī)器人,和模仿人類的生物機(jī)器人，仿人機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)的前沿課題的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)問(wèn)題,主要

17、是研究多自由度機(jī)器人機(jī)械臂關(guān)節(jié),指的是結(jié)合兩只腳行走機(jī)器人靈巧手的身體,模仿人類的生物機(jī)器人行走機(jī)器人,主要研究了蛇形機(jī)器人,水下機(jī)器人和機(jī)器人、飛行方向和熱門話題的研究主要涉及到運(yùn)動(dòng)的仿生機(jī)理的仿生機(jī)器人,仿生控制機(jī)制、信息感知仿生、仿生能量代謝和合成的仿生材料。 目前，我國(guó)已經(jīng)研發(fā)了幾款比較典型的仿生多足機(jī)器人，像仿壁虎四足機(jī)器人、仿竹節(jié)蟲(chóng)六足機(jī)器人、仿螳螂六足機(jī)器人、仿蜘蛛八足機(jī)器人、仿蝎八足機(jī)器人等 [3]。 機(jī)器人在農(nóng)業(yè)。國(guó)防。娛樂(lè)和服務(wù)等行業(yè)都得到良好的應(yīng)用，機(jī)器人正朝著智能化的方向發(fā)展，將人工智能與仿生學(xué)相結(jié)合制造出類生物機(jī)器人。近年來(lái)由于日本仿生機(jī)器ASIMO\還有、美國(guó)火

18、星探測(cè)器等項(xiàng)目的研制成功，智能機(jī)器人的研究和發(fā)展，最重要的是是能夠代替人在危險(xiǎn)、惡劣等環(huán)境中從事特殊工作的特種智能機(jī)器人的研究和發(fā)展，已經(jīng)是各國(guó)政府制定高技術(shù)計(jì)劃的一個(gè)重要內(nèi)容，支撐智能機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)——感知與智能控制技術(shù)已成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一[1]。 在1990年代早期,美國(guó)麻省理工學(xué)院教授布魯克斯的幫助下學(xué)生,產(chǎn)生一批蚊子機(jī)器人,名叫昆蟲(chóng),這些小習(xí)慣非常相似和蟑螂。他們不沒(méi)有自己的想法、,僅僅是根據(jù)編輯的程序。日本和俄羅斯創(chuàng)建了一個(gè)電子機(jī)器蟹,深海探測(cè),收集樣本,捕捉海洋生物,海底焊接等，幾年之前。一些科技工作者送給圣地亞哥動(dòng)物園一些鳥(niǎo)電子機(jī)器,它可以模仿女性禿鷲,喂小禿鷹，美

19、國(guó)發(fā)明了一種機(jī)器名叫查理金槍魚(yú),長(zhǎng)1.32米,是由2843個(gè)零件組成的。通過(guò)搖擺身體和尾巴,真的可以像魚(yú)游泳,7.2公里每小時(shí)的速度?？梢允褂盟诤Ｉ线B續(xù)工作幾個(gè)月,映射和探測(cè)水下海洋污染,您還可以使用它來(lái)拍攝,因?yàn)樗７陆饦岕~(yú)。作為一個(gè)軍事偵察和科學(xué)探索的工具,它的發(fā)展和應(yīng)用前景非常廣泛。目前,中國(guó)科學(xué)院已經(jīng)開(kāi)發(fā)出類似的仿生機(jī)器魚(yú)。研究制造昆蟲(chóng)機(jī)器人,其前景也非常好。例如,一些人開(kāi)發(fā)一個(gè)靈活的機(jī)器昆蟲(chóng)的腿,大小只有1/3的信用卡,您可以輕松地跳過(guò)障礙像蟋蟀,幾乎一個(gè)小時(shí)能向前。蜜蜂機(jī)器人開(kāi)發(fā)的科學(xué)家在美國(guó),后安裝太陽(yáng)能電池板和傳感器可以自主飛行很長(zhǎng)時(shí)間。這種機(jī)器昆蟲(chóng)是最特別的地方突破的概念“

20、影響關(guān)節(jié)必須添加引擎”。 機(jī)器人是人工智能的方向迅速發(fā)展,仿生機(jī)器人的發(fā)展非?？臁C(jī)器人有價(jià)值是它可以做很多人類不能完成的任務(wù),人是一個(gè)生命體征,動(dòng)物,對(duì)生活環(huán)境有很高的要求。盡管機(jī)器人是一種機(jī)器,它沒(méi)有生命體征,只有在惡劣的環(huán)境工作將身體材料有更高的要求。所以你可以讓機(jī)器人來(lái)完成那些人類無(wú)法代替人工任務(wù)。與人類研究的擴(kuò)大,以及人類生活水平的不斷提高,機(jī)器人的發(fā)展也越來(lái)越重要[3]。 所以機(jī)器人肯定會(huì)朝著仿生方向發(fā)展。曾經(jīng)在 IEEE 機(jī)器人學(xué)與仿生學(xué)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上，與會(huì)的機(jī)器人專家就指出：“模仿生物的身體結(jié)構(gòu)和功能，從事生物特點(diǎn)工作的仿生機(jī)器人，有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人，成為成為未來(lái)機(jī)器

21、人的發(fā)展方向[1]。 28 2 設(shè)計(jì)思路 2.1 仿生學(xué)原理分析 仿生式蜘蛛機(jī)器人，顧名思義，我們借鑒自然界當(dāng)中昆蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)原理。 腳是昆蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)器官。昆蟲(chóng)有3步行,在胸部,胸部和胸部都有一雙,我們反過(guò)來(lái)叫前面的腳,腳和背部的腳。每只腳髖,旋轉(zhuǎn),股骨,脛骨,瞼板和前大數(shù)。髖是一天的基礎(chǔ),比短。旋轉(zhuǎn)是沒(méi)有活動(dòng)通常與腿部分緊密相連。腿部分最長(zhǎng)最厚部分。第四季度叫做脛骨,往往是又細(xì)又長(zhǎng),一排排的荊棘。第五節(jié)叫做大數(shù),一般由2 - 5節(jié)和部分:為了方便走路。小結(jié)束還有兩個(gè)堅(jiān)硬和鋒利的爪子,它可以用來(lái)把握對(duì)象。步行是一組三條腿,前后肢的一邊和另一邊的腳set.Thus托架結(jié)構(gòu),形成了一個(gè)三角

22、形的三條腿在地上,往后推,另三條腿舉起來(lái)取代。前足后固定對(duì)象在它的爪子把昆蟲(chóng)的身體向前,足以支持和提高身體的一邊,腳后促進(jìn)蟲(chóng)體之前,同時(shí)使蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)。 這種運(yùn)動(dòng)方式使昆蟲(chóng)可以在什么時(shí)候停止都可以，由因?yàn)橹行倪z址是不變的。還有一部分昆蟲(chóng)不用全部的腿走路。他們的一些腿有了其他功能，產(chǎn)生了變化。行走就主要靠中和后足來(lái)完成。比如說(shuō)刀螂。兩只前腿不會(huì)用來(lái)走路。而是自己的武器、依靠剩下的四條腿運(yùn)動(dòng) 參考上面的昆蟲(chóng)腳結(jié)構(gòu),我想出了一個(gè)簡(jiǎn)單的方式來(lái)表達(dá)。一只腳兩個(gè)關(guān)節(jié)的活動(dòng),聯(lián)合使用控制型轉(zhuǎn)變，另一個(gè)聯(lián)合使用偏擺,讓腳可以提高,作為一種上下。 2.1.1 仿生蜘蛛機(jī)器人的研究方法及思路 決定這次研究

23、的仿生蜘蛛機(jī)器人為六條腿的結(jié)構(gòu)，要想完成設(shè)計(jì)首先得完成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。之后才可以進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)、自由度、驅(qū)動(dòng)方式，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，都會(huì)影響機(jī)器人的性能。而且，仿設(shè)計(jì)出來(lái)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)不僅得滿足技術(shù)條件。而且得滿足經(jīng)濟(jì)條件。必須在滿足機(jī)器人的預(yù)期技術(shù)指標(biāo)的條件下，考慮用合理用材、便捷制造安裝、價(jià)格低廉和可靠性高等問(wèn)題。 仿生蜘蛛機(jī)器人機(jī)制包括身體和腿兩部分、,首先得決定腿的數(shù)量。以及其他數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有計(jì)算多組機(jī)器人包括三、四、六尺、八尺以上,腳的數(shù)量大,重載和慢鏡頭,和青年的數(shù)量似乎更靈活的運(yùn)動(dòng)。數(shù)選擇的因素主要包括:穩(wěn)定、節(jié)能、冗余、聯(lián)合控制性能的要求,生產(chǎn)成本,質(zhì)量,復(fù)雜的傳感器和可能的步態(tài)

24、,等等,腿配置指的是腳的行走機(jī)器人相對(duì)于身體的位置和姿態(tài)的安排,確定分布形式,還需要考慮一些細(xì)節(jié),比如腿在主平面幾何配置和相對(duì)彎曲腿的方向桿,等等。此次設(shè)計(jì)腿的分布如圖1所示。 圖 1 仿生蜘蛛機(jī)器人腿的分布示意圖 Fig 1 Bionic six foot robot leg distribution diagram 綜合足的數(shù)量等因素，此次設(shè)計(jì)的行走步態(tài)決定用三角步態(tài)，這也是六足機(jī)器人步行方式通常采用的。三角步態(tài)中，六足機(jī)器人身體的一側(cè)的前足和后足與另一側(cè)的中足共同組成一組。其他三條足組成另外一組。 3 整體設(shè)計(jì)方案 3.1 工作原理分析 六足步

25、行機(jī)器人的步態(tài)是多樣的，其中三角步態(tài)是仿生蜘蛛機(jī)器人實(shí)現(xiàn)步行的典型步態(tài)。以下主要分析三角步態(tài)原理。 3.1.1 三角步態(tài)原理分析 六條腿的昆蟲(chóng)行走時(shí)，一般不是六足同時(shí)直線前進(jìn)，是把三對(duì)足分成兩組，以三角形支架結(jié)構(gòu)，互相交替前行。目前，大部分仿生蜘蛛機(jī)器人采用了仿昆蟲(chóng)的結(jié)構(gòu)，六條腿分布在身體的兩側(cè)，身體左面的前、后足及右面的中足為一組，右面的前、后足和左面的中足為另一組，分別組成兩個(gè)三角形支架，靠大腿前后劃動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)支撐以及擺動(dòng)過(guò)程，這就是最典型的三角步態(tài)行走方式。但是因?yàn)樯眢w重心比較低，容易穩(wěn)定，所以這種行走方案可以得到廣泛運(yùn)用 3.1.2 機(jī)器人走動(dòng)步態(tài)分析 項(xiàng)目設(shè)計(jì)總共用18個(gè)舵

26、機(jī)實(shí)現(xiàn)步態(tài)。每條腿三個(gè)舵機(jī)，分別控制跟關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)以及踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)舵機(jī)安裝呈正交，構(gòu)成垂直以及水平方向的自由度。因?yàn)橥染哂兴胶痛怪逼矫娴倪\(yùn)動(dòng)自由度，所以需要考慮利用三角步態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)直線行走。分別給18個(gè)舵機(jī)編號(hào)（1-18），如下圖所示。 3.2 機(jī)器人機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 六條腿的機(jī)器人六條腿走路運(yùn)動(dòng)過(guò)程中分為兩組,昆蟲(chóng)的身體一側(cè)的前足和后腿在另一邊的腳作為一組,剩下的三條腿和一群。在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,會(huì)有一組腿,一組腳,三個(gè)降落腿不僅使昆蟲(chóng)的身體穩(wěn)定,擺動(dòng)和驅(qū)動(dòng)力,昆蟲(chóng)身體能完成直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)使用三角步態(tài)六英尺六條腿的機(jī)器人分為兩組,1、3、5條腿作為一個(gè)群體,2,4,6為另一組腿。六

27、條腿的機(jī)器人通過(guò)控制兩腿交替提高擺動(dòng),實(shí)現(xiàn)步行運(yùn)動(dòng)。從身體的角度提升每條腿是開(kāi)鏈結(jié)構(gòu),等效串聯(lián)的手臂,同時(shí)在三條腿或六條腿和身體成分較為封閉鏈自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。步行機(jī)器人行走在正常情況下,胎停止支持腿與地面接觸有摩擦,可以簡(jiǎn)化為點(diǎn)接觸,相當(dāng)于3自由度球面副的機(jī)制,加上與關(guān)節(jié),膝蓋和腳踝(對(duì)于單自由度,每個(gè)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)),每條腿有6對(duì)單自由度運(yùn)動(dòng)。假設(shè)任何時(shí)候步行機(jī)器人的腿支撐階段數(shù)n,然后用n模型空間多環(huán)并聯(lián)機(jī)構(gòu)分支機(jī)構(gòu),它的自由度可以計(jì)算下一個(gè)類型: （1） 式中：p----運(yùn)動(dòng)副數(shù)，p=4n； ----第i個(gè)運(yùn)動(dòng)副具有的自由度數(shù)，=1（i=1~3n）,

28、=3(i=3n+1~4n)， L----獨(dú)立封閉環(huán)數(shù)，L=n-1； ----第i個(gè)獨(dú)立封閉環(huán)所具有的封閉約束條件數(shù)，=6； ----消極自由度數(shù)，=0； 和----分別為局部自由度數(shù)和重復(fù)約束數(shù)，。 將以上參數(shù)代入式（1），可得： F=3n+3n-(n-1)6=6 由此可得到，不管步行機(jī)器人的幾條腿處于支撐相，不論是三足支撐還是六足支撐，整個(gè)機(jī)構(gòu)都是具有六個(gè)自由度的空間多環(huán)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，只是有時(shí)為三分支并聯(lián)機(jī)構(gòu)，有時(shí)為六分支并聯(lián)機(jī)構(gòu)。六足步行機(jī)是這樣行走，從機(jī)構(gòu)學(xué)角度看就是三分支并聯(lián)機(jī)構(gòu)，六分支并聯(lián)機(jī)構(gòu)和串聯(lián)開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)兩者之間不斷變的復(fù)合型機(jī)構(gòu)。同時(shí)，上面的式子也說(shuō)明，不管該步行機(jī)器

29、人的步態(tài)和地面狀況怎樣，軀干在一定范圍內(nèi)都可靈活的到達(dá)任意位置，而且呈現(xiàn)要求的姿態(tài)。 仿生蜘蛛機(jī)器人腿分布示意圖如圖3所示。 圖3 仿生蜘蛛機(jī)器人腿分布示意圖 Fig 3 Bionic six foot robot leg distribution diagram 仿生機(jī)器人蜘蛛六腿機(jī)身的盤上均勻分布,根據(jù)設(shè)計(jì)要求:一條腿有三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng),因此每條腿組裝三個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。電機(jī)裝配位置腿和關(guān)節(jié),膝蓋和腳踝。機(jī)身連接到主板的基礎(chǔ)部分,關(guān)節(jié),膝蓋和腳踝,每個(gè)都有相應(yīng)的自由度,以確保正常的運(yùn)動(dòng)。脛骨關(guān)節(jié)連接

30、,以保證良好的能動(dòng)性,六條腿的機(jī)器人腳后通常使用昆蟲(chóng)腳設(shè)計(jì)的一部分,好的,優(yōu)越的實(shí)用性和良好的靈活性。腿交替來(lái)支持身體的質(zhì)量在行走的過(guò)程中,和推動(dòng)身體向前移動(dòng)在負(fù)重條件,因此必須適應(yīng)整個(gè)剛度和承載力的質(zhì)量。項(xiàng)目設(shè)計(jì)的仿生機(jī)器人蜘蛛,三個(gè)自由度的腿在一個(gè)類似的機(jī)構(gòu),包括膝蓋和腳踝是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)和錐齒輪,為了使用簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)來(lái)獲得更大的工作空間和靈活性。電機(jī)通過(guò)控制相應(yīng)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)使機(jī)器人具有多個(gè)自由度,可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人走在任何時(shí)候自由的領(lǐng)域。在結(jié)構(gòu)上,以確保它可以更有效地模擬昆蟲(chóng)走路的方式來(lái)完成相對(duì)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)器人仿生蜘蛛等效生物肌肉的作用,改變它,把腿關(guān)節(jié)機(jī)器人的姿態(tài)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須擁有足夠

31、的功率對(duì)關(guān)節(jié)進(jìn)行加、減速并帶動(dòng)負(fù)載，而且自身必須輕便、經(jīng)濟(jì)、精準(zhǔn)、靈敏、可靠且便于維護(hù)六足機(jī)器人的腿生物結(jié)構(gòu)示意圖4所示[8]。 圖4 仿生蜘蛛機(jī)器人腿的生物結(jié)構(gòu)示意圖 Fig 4 Bionic six foot robot leg biological structure diagram 圖2 舵機(jī)安裝示意圖 Fig 2 Steering gear installed scheme （1）行走步態(tài)分析 由13，14，15

32、，1，2，3，7，8，9，號(hào)舵機(jī)所控制的E,C,,A腿所處的狀態(tài)一直保持一致；同樣，4、5、6、10、11、12、16、17、18號(hào)所控制的B、D、F腿的狀態(tài)也保持一致。當(dāng)一個(gè)三角形內(nèi)的三條腿支撐時(shí)，另三條腿正在擺動(dòng)。支撐的三條腿使身體前進(jìn)，擺動(dòng)的腿對(duì)身體沒(méi)有力以及位移作用，只使小腿向前運(yùn)動(dòng)，做好接下來(lái)支撐的準(zhǔn)備。步態(tài)函數(shù)，的占空系數(shù)為0.5，支撐相還有擺動(dòng)相經(jīng)過(guò)調(diào)整，滿足平坦地形時(shí)行走步態(tài)要求以及穩(wěn)定裕量要求[7]。 （2）轉(zhuǎn)彎步態(tài)分析 項(xiàng)目設(shè)計(jì)的機(jī)器人使用原位將與一只腳為中心轉(zhuǎn)動(dòng),右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程如下：首先E,C,A,號(hào)腿先抬起，然后C,A號(hào)腿向前擺動(dòng)，E腿保持不動(dòng)。此時(shí)B、D、

33、F腿支撐。然后A、C、E腿落地支撐，同時(shí)B、D、F腿抬起保持不動(dòng)。最后A、C腿向后擺動(dòng)。整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中B、D、E、F不做前后運(yùn)動(dòng)，只是上下運(yùn)動(dòng)。 3.3 電機(jī)的選擇 選擇電機(jī)時(shí)需要考慮機(jī)器人地質(zhì)量以及最大扭矩。必須要有機(jī)器人的腿的質(zhì)量以及尺寸，通過(guò)查閱然后預(yù)算可以得出：上腿（股節(jié)）有效長(zhǎng)度是 34mm，中腿（脛節(jié)）的有效長(zhǎng)度是 34mm,下腿（足）的有效長(zhǎng)度是 90mm。上腿質(zhì)量為 190 克，中腿 為140克，下腿為 150 克。然后對(duì)腿部做受力分析，做出受力簡(jiǎn)圖5如下 圖5 仿生蜘蛛機(jī)器人腿的受力簡(jiǎn)圖 Fig 5 Bionic s

34、ix foot robot leg force diagram 仿生蜘蛛機(jī)器人以地面做 xoy 平面，仿生蜘蛛機(jī)器人地重心在 xoy 平面上的投影為坐標(biāo)原點(diǎn) O，z 軸和機(jī)身垂直。 仿生蜘蛛機(jī)器人每條腿都會(huì)有3個(gè)自由度，每條腿都是由上腿和中腿以及下腿通過(guò)舵機(jī)連接形成。在本次設(shè)計(jì)中，上腿的長(zhǎng)度是34mm，中腿地長(zhǎng)度是34mm，下腿地長(zhǎng)度為90mm。機(jī)體和上腿由A號(hào)舵機(jī)連接，上腿和中腿是B號(hào)舵機(jī)連接，中腿和下腿用C舵機(jī)連接。腿著地的時(shí)候，上腿和中腿間的夾角為135，中腿與下腿間的夾角為135，抬腿的時(shí)候，B舵機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30。在仿生蜘蛛機(jī)器人行走的過(guò)程中，要避免腿與腿會(huì)碰到，所以腿擺動(dòng)的時(shí)

35、候需要選擇合適的角度，在本設(shè)計(jì)中運(yùn)動(dòng)控制的時(shí)候選擇的擺動(dòng)角度為30。 針對(duì)仿生蜘蛛機(jī)器人支撐腿的受力狀況，其虛位移平衡方程的分析如下： 首先用表示質(zhì)點(diǎn)系的廣義坐標(biāo)，即有 （2） ，，，，，，，，，則仿生仿生蜘蛛機(jī)器人步行足的廣義平衡方程為： （3） （4） 其中 M2、M3 為膝關(guān)

36、節(jié)和踝關(guān)節(jié)所需扭矩，l2、l3、 m2、 m3 為脛節(jié)、足的長(zhǎng)度和質(zhì)量。 假設(shè)仿生蜘蛛機(jī)器人要按“三角步態(tài)”來(lái)行走，支撐相的三足均勻承受負(fù)荷，可以得到足的反力為： （5） 仿生蜘蛛機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中，存在 的情況。據(jù)此，可推算出各關(guān)節(jié)所需的扭矩為： （6） （7） 當(dāng)q2=90

37、，q2-q3=30時(shí)，由公式得，關(guān)節(jié)需輸出扭矩最大值為： （8） （9） 計(jì)算得出，電機(jī)的最大輸出扭矩要大于1.58 Nm。 根據(jù)得到的數(shù)據(jù)；來(lái)選用的伺服馬達(dá)是TowPro的，型號(hào)是 SG303。主要技術(shù)參數(shù)如下： 轉(zhuǎn)速：0.23 秒／30 度。 力矩：1.8Nm。 尺寸：40.4mm19.8mm36mm。 重量：37.2g。 5V 電源供電。 舵機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖6所示 圖6 舵機(jī)的內(nèi)

38、部結(jié)構(gòu)圖 Fig 6 Internal structure of the actuator 通過(guò)整體的設(shè)計(jì)確定了仿生蜘蛛機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)，通過(guò)電機(jī)的選擇而確定仿生蜘蛛機(jī)器人的質(zhì)量以及腿部的尺寸，為后面的零件設(shè)計(jì)做了充分準(zhǔn)備。 3.4 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)原理 仿生蜘蛛機(jī)器人采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器采用微型直流角位移伺服電動(dòng)機(jī)（舵機(jī)） 3.4.1 舵機(jī)原理 舵機(jī)是一種擁有的簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)的、集成化的直流的的伺服系統(tǒng)，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由直流電的機(jī)和減速齒輪和電位計(jì)和的制電路組成?？刂菩诺奶?hào)線提的的供一定脈寬地脈沖時(shí)，輸出軸保持在相應(yīng)的角度。如果舵機(jī)初始

39、角度狀態(tài)在0位置，那電機(jī)只能朝著一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。舵機(jī)所采用地驅(qū)動(dòng)信號(hào)為脈沖比例調(diào)制信號(hào)（PWM），就是在的通常為20ms的周的期之內(nèi)，輸入（0.5-2.5ms）變化的脈沖寬度，所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角范圍由0變化到18的0，脈沖寬度和轉(zhuǎn)角為線性關(guān)系。所以在初始化時(shí)，應(yīng)該把的所有電機(jī)的位置定在90位置。機(jī)器人和關(guān)節(jié)連接的的舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸是水平轉(zhuǎn)動(dòng)，控制腿部的前進(jìn)和后退。 3.4.2 舵機(jī)控制方法 最標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)是有3條導(dǎo)線，分別為：地線，電源線，控制線。 輸出轉(zhuǎn)軸 電源線Vcc 地線GND 控制線 圖7 標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)

40、 Fig 7 Standard steering gear 電源和地線用開(kāi)陽(yáng)于提供內(nèi)部直流伺服電開(kāi)陽(yáng)動(dòng)機(jī)和能量所需的控制電路,電壓之間通常是4到6 v,這里用5 v。操舵裝制置的電開(kāi)陽(yáng)源應(yīng)該能夠提供足夠的電力。行輸入是一個(gè)開(kāi)陽(yáng)周期的寬度可調(diào)方波脈沖信號(hào),方波脈沖信號(hào)的周期20(即女士。,頻率50赫茲)。方波脈沖制寬度變化時(shí),改變轉(zhuǎn)向齒輪軸的開(kāi)陽(yáng)角度,角度改變脈沖寬度成正比。 你可以看到從舵機(jī)控制方法的角度,舵機(jī)的控制信號(hào)在本質(zhì)上是一個(gè)可調(diào)寬度的方波信號(hào)(PWM)。方波信號(hào)可以由FPGA控制,模擬電路,或生產(chǎn)。使用FPGA成本較高,實(shí)現(xiàn)電路與模擬電路相對(duì)復(fù)雜,不

41、適合多通道輸出。所以一般使用單片機(jī)作為控制舵機(jī)。這是主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),單片機(jī)電子零件暫時(shí)不去做更多的研究。 舵機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)角 輸入信號(hào)脈沖寬度 （周期為20ms） 0.5ms 1ms 1.5ms 圖8 舵機(jī)輸入信號(hào)脈沖寬度和輸出轉(zhuǎn)角的關(guān)系 Fig 8 Actuator output angle and input signal pulse width 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 零件的設(shè)計(jì) 4.1

42、 軀干的設(shè)計(jì) Ada仿生仿生蜘蛛機(jī)器人的六條腿均布在圓盤形狀得機(jī)身上，為設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，所以把機(jī)身做成了圓片形狀，直徑：150mm。上下各有一個(gè)，中間又通過(guò)加工的內(nèi)螺紋地金屬圓柱做支撐，從上到下用螺釘把它固定。 在主板上鉆出六組通孔，每組兩個(gè)，以用來(lái)安裝仿生蜘蛛機(jī)器人的腿。通孔的直徑因大于 M3 的開(kāi)槽圓柱頭螺釘?shù)拇髲?，以便螺釘能穿過(guò)通孔?？追植荚诎霃綖?5mm 的圓上，同組兩個(gè)孔相距為 25mm。 因?yàn)橐獪p輕重量，在不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全的情況下，對(duì)圓片做鉆孔，十二個(gè)孔都均布在半徑為 50mm 的圓上面，中心也同樣去一個(gè)半徑為 40mm 的圓形。這樣以來(lái)就可大幅降低零件的質(zhì)量。機(jī)身主板是整個(gè)機(jī)構(gòu)

43、最中心的地方，它承載了6只足的負(fù)荷，設(shè)計(jì)要達(dá)到滿足的載荷、強(qiáng)度要求以及適合的尺寸。此上追求了輕便化地設(shè)計(jì)還得要強(qiáng)調(diào)它本身及部件可靠性和便于維護(hù)的特點(diǎn)。機(jī)身主板如圖9。 圖9 機(jī)身主板 Fig 9 Motherboard 4.2 基節(jié)設(shè)計(jì) 基節(jié)是機(jī)器人的腿的安裝位置,應(yīng)考慮舵機(jī)的安裝。這兩個(gè)表的部分是用來(lái)構(gòu)成一個(gè)基本部分。節(jié)片分為上層節(jié)片和基地。圖10為上基節(jié)片 圖10 基節(jié)片

44、 Fig 10 Coxal plate 做髖生長(zhǎng)板的安裝位置腿向前伸,使腿部空間增加,可以避免兩條腿受傷,它的長(zhǎng)度是65毫米,前面是25毫米寬度后端基礎(chǔ)32 mm.Consists兩個(gè)街區(qū),基地節(jié)片上中心鉆一個(gè)直徑4毫米的洞,留給轉(zhuǎn)向齒輪軸。在圓的中心為中心的圓半徑7.5毫米統(tǒng)一四內(nèi)螺紋孔直徑是3毫米。通過(guò)與固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的圓片連接，當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，舵機(jī)的機(jī)身就會(huì)帶動(dòng)與它緊固的部分轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)位置可稱為仿生蜘蛛機(jī)器人的跟關(guān)節(jié)。 下基本節(jié)片舵機(jī)與聯(lián)合平臺(tái),放置在前面的中心半圓的半徑10毫米晶片,晶片的中心舵機(jī)與聯(lián)合洞洞的相同位置的電影由一個(gè)圓柱銷的位置。圖11為下基節(jié)片

45、 圖11 下基節(jié)片 Fig 11 Base segment 下基節(jié)片和上基節(jié)片在其結(jié)構(gòu)上只有一個(gè)直徑是4mm 的通孔的區(qū)別，其基本尺與上基節(jié)片一樣，厚度都為 3mm。 4.3 關(guān)節(jié)蓋的設(shè)計(jì) 聯(lián)合覆蓋函數(shù)是用來(lái)連接關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)。剪輯與關(guān)節(jié)舵機(jī)在后面,前面的膝關(guān)節(jié)操舵裝置,由于對(duì)兩個(gè)舵機(jī)負(fù)載這部分,考慮到穩(wěn)定性,所以長(zhǎng)度不能太長(zhǎng)。（圖12即關(guān)節(jié)蓋） 圖12 關(guān)節(jié)蓋 Fig 12 Joint cover 前端處理長(zhǎng)42毫米寬21毫米方孔,方孔用于修復(fù)膝關(guān)節(jié)操

46、舵裝置由聯(lián)合封面圖還需要兩個(gè),后面操舵裝置的聯(lián)合,通過(guò)兩個(gè)螺絲。多在洞前略大于操舵裝置的大小與位置和大小,舵機(jī)方孔,之前和之后的每一個(gè),兩個(gè)聯(lián)合覆蓋20毫米。操舵裝置本身的固定部分。所以成四個(gè)M4螺釘,通過(guò)兩個(gè)洞,和關(guān)節(jié)封面是固定的。 聯(lián)合覆蓋的基本尺寸85毫米長(zhǎng),60毫米,厚度3毫米寬。后面是40毫米寬。綜合兩個(gè)舵機(jī)安裝位置,膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)向齒輪軸和聯(lián)合轉(zhuǎn)向齒輪軸的距離是30 mm.The 30 mm的線段的長(zhǎng)度,因?yàn)橥鹊拈L(zhǎng)度30 mm的結(jié)束似乎太短。考慮到短段可以避免兩條腿之間的碰撞,使每條腿可以鍛煉在一個(gè)安全的區(qū)域。便于操控與行走，確保了機(jī)構(gòu)的可行性。 4.4 脛節(jié)片的設(shè)計(jì) 脛骨連接部

47、分的膝蓋和腳踝的腿。Shin節(jié)片直接與兩個(gè)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸。從頂部的腿,上部的柄節(jié)片和連接到膝關(guān)節(jié)的操舵裝置,當(dāng)膝關(guān)節(jié)操舵裝置,驅(qū)動(dòng)脛骨運(yùn)動(dòng)。在脛骨底部連接到腳踝和腳,可以促進(jìn)腳,腳。從下往上,當(dāng)腳腳踝舵機(jī)旋轉(zhuǎn),地面接觸由于腳與地面接觸部分相當(dāng)?shù)哪_是固定的,踝關(guān)節(jié)脛骨上轉(zhuǎn)向扭矩傳遞節(jié)片上升。傳遞上去的扭矩使仿生蜘蛛機(jī)器人的軀體運(yùn)動(dòng)。 在脛節(jié)兩個(gè)脛節(jié)片當(dāng)中有一片需和兩個(gè)關(guān)節(jié)的舵機(jī)相連。所以有了傳動(dòng)脛節(jié)片的設(shè)計(jì)。傳動(dòng)的脛節(jié)片地結(jié)構(gòu)圖如圖13所示 圖13 傳動(dòng)脛節(jié)片 Fig 13 Femur plate

48、 transmission 傳動(dòng)脛節(jié)片的尺寸為長(zhǎng) 75mm、寬 22mm、厚 3mm。在兩端的半圓的圓心位置加工直徑為 4mm 的通孔用于與舵機(jī)相連接。在中間中心線兩邊分布有兩個(gè)直徑 2.2 的通孔，加裝兩個(gè)連接桿用于兩塊脛節(jié)片的連接。連接桿的長(zhǎng)度為 45mm。 圖14 脛節(jié)片 Fig 14 Tibia plate 和傳動(dòng)脛節(jié)片相對(duì)應(yīng)地另一塊脛節(jié)片采用加強(qiáng)膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的連結(jié)，結(jié)構(gòu)為圖14所示 兩塊脛節(jié)片平行裝配連接，通過(guò)中間的兩根連接桿用螺釘緊固。從而組成中腿。 4.5

49、足的設(shè)計(jì) 腳是機(jī)器人直接接觸地面的一部分，有裝在踝關(guān)節(jié)上的舵機(jī)來(lái)控制運(yùn)動(dòng)。為了可以減小與地面的摩擦，足前端做成了尖的圓頭狀。如圖15所示 圖15 足 Fig 15 Foot 足的后半部分做寬是想要能夠?qū)⒍鏅C(jī)裝進(jìn)來(lái)。由計(jì)算所得足的長(zhǎng)度為 90mm，這個(gè)長(zhǎng)度是從足尖到裝在足上地舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)度，實(shí)際足的零件的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度是108mm，要保證90mm 后還需要有舵機(jī)的裝配空間。足寬為 30mm。 4.6 連接桿的設(shè)計(jì) 為能夠把一些零件,需要添加支持。體積小和桿連接器質(zhì)量成為

50、首選的設(shè)計(jì)。首先,六條腿的機(jī)器人身體機(jī)身主板,兩塊板之間的距離需要推進(jìn)的大小關(guān)節(jié)舵機(jī)來(lái)確定。寬度尺寸的操舵裝置的結(jié)構(gòu)是舵機(jī)作為機(jī)身主板的基礎(chǔ)間距,結(jié)果表明連桿上的箱子應(yīng)該是44毫米長(zhǎng)。 通過(guò)兩頭的螺釘緊固。圖16即軀干上的連接桿。 圖16 軀干連接桿 Fig 16 Trunk connecting rod 在連接桿的兩端鉆孔攻絲加工內(nèi)螺紋以便與螺釘配合。另一個(gè)是用于兩塊脛節(jié)片的連接，使得通過(guò)脛節(jié)把足和股節(jié)連接起來(lái)如：如圖17所示。

51、 圖17 脛節(jié)連桿 Fig 17 Femur rod 4.7 固定片的設(shè)計(jì) 如何使轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)矩效應(yīng)的幾個(gè)關(guān)節(jié),腿需要相關(guān)和固定,以確保機(jī)器人走路腳穩(wěn)定和良好的靈活性。需要設(shè)計(jì)特殊的部分。鑒于前面設(shè)計(jì)部分設(shè)計(jì)一塊晶片固定。推動(dòng)連接器與轉(zhuǎn)向齒輪軸直接連接,再由四個(gè)螺絲和節(jié)片或脛骨節(jié)片連接可以傳遞扭矩。 關(guān)節(jié)連接件通過(guò)中心孔和操舵裝置板固定圓柱銷連接,用于修復(fù)操舵裝置的位置,和機(jī)構(gòu),以確保穩(wěn)定的仿生蜘蛛機(jī)器人。另外連接片還通過(guò)四個(gè)螺釘與基節(jié)片或脛節(jié)片相連接。在跟關(guān)節(jié)與股節(jié)片相連的過(guò)程中以及在膝關(guān)節(jié)與脛關(guān)節(jié)的連接過(guò)程中，加上一條腿的

52、過(guò)程中連接到腳踝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)和足根的過(guò)程中需要連接定子和連接件,關(guān)鍵部分看似簡(jiǎn)單,實(shí)際上在確保穩(wěn)定的機(jī)構(gòu)行走的狀態(tài),它的作用。 通過(guò)尺寸計(jì)算可以確定零件的尺寸，根據(jù)需要設(shè)計(jì)的零件的結(jié)構(gòu)，在零件設(shè)計(jì)時(shí)靈活運(yùn)用如圖18和19 圖18 傳動(dòng)連接片 圖19 關(guān)節(jié)連接片 Fig 18 Driving connecting piece Fig 19 Joint connecting piece 結(jié) 論 感謝荀致遠(yuǎn)老師精心指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì),參考書籍和大量的機(jī)器人設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),我成功完成了仿生蜘

53、蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)和研究。主要工作包括:根據(jù)需求,確定仿生機(jī)器人的總體方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和編程。 這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我一個(gè)獨(dú)立的分析問(wèn)題,解決問(wèn)題,同時(shí)進(jìn)一步理解和鞏固理論知識(shí),鍛煉自己的實(shí)踐能力,為未來(lái)的工作是極大的幫助。還發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)中的一些不足,仍有一些有待改進(jìn),總結(jié)如下: 1）. 目前我的設(shè)計(jì),控制機(jī)器人的速度、方向,實(shí)現(xiàn)良好的控制,但在轉(zhuǎn)向步態(tài)變化大,轉(zhuǎn)換的步態(tài)是不夠敏感。因此需要進(jìn)一步研究控制系統(tǒng),完美的數(shù)學(xué)模型。 2）. 為了實(shí)現(xiàn)仿生機(jī)器人的功能,如障礙、避障或障礙,傳感器就足夠了?？梢栽黾右恍┢渌膫鞲衅鳌⒓t外傳感器等觸摸傳感器,實(shí)現(xiàn)多傳感器的融合,共同完成的功能仿生機(jī)器人

54、的性能,以便實(shí)現(xiàn)真正意義上的仿生機(jī)器人。 3）. 建立機(jī)器人的實(shí)體模型六邊連接連接牢固能力尚且不足 部分我通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì),材料,加工、裝配、單片機(jī)及接口技術(shù)有更深入的理解、建模、映射到進(jìn)一步提高水平,最重要的是我的設(shè)計(jì)的畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展的想法,我受益匪淺! 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)在一個(gè)大的知識(shí)培訓(xùn),為我們即將到來(lái)的工作做準(zhǔn)備。通過(guò)這次設(shè)計(jì),我看到自己的缺點(diǎn),但是從最初的不知道如何開(kāi)始主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題在這個(gè)過(guò)程中,我不斷磨練自己。從一開(kāi)始的主題選擇,感覺(jué)一個(gè)六足機(jī)器人非常有趣。規(guī)范畢業(yè)設(shè)計(jì)之后,我看見(jiàn)我懷疑這個(gè)選擇是否合適,是否適合我,我可以適應(yīng)。通過(guò)自己的努力慢慢克服,找到樂(lè)趣。設(shè)計(jì)的進(jìn)步提高。四個(gè)

55、月的設(shè)計(jì)即將結(jié)束。在此期間他不斷反思補(bǔ)償不足,學(xué)會(huì)了如何做事如何提高自己。 結(jié)論要求精煉、準(zhǔn)確地闡述作者的研究成果或新的見(jiàn)解及意義和作用，還可進(jìn)一步提出需要討論的問(wèn)題和建議。 參考文獻(xiàn) [1] 陳懇 等.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用[M] .北京：清華大學(xué)出版社，2006 [2] 林良明.仿生機(jī)械學(xué)[M]。上海：上海交通大學(xué)出版社，1991，4：21-23 [3] 王坤興.機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J],機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2001,3：42-45 [4] 馬惠欽.昆蟲(chóng)與仿生學(xué)淺談[J].昆蟲(chóng)知識(shí).2003，03：12-13 [5] 蘇軍，陳學(xué)東，田文罡.六足機(jī)器人全方位步態(tài)的研究[J]

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