四足仿生移动机器人结构设计
河工大
毕业设计说明书
作者：学号：
系：机械工程学院
专业：机械设计制造及其自动化
题目：四足仿生移动机器人结构设计
指导者：张副教授
评阅者：
2013年 5月 29日
目次
1 概述 ................................................ 错误！未定义书签。
1.1 绪论........................................... 错误！未定义书签。
1.2 国内外研究现状及关键技术....................... 错误！未定义书签。
1.3 本课题主要研究内容............................. 错误！未定义书签。
2 四足仿生移动机器人的结构设计原则及要求 ............... 错误！未定义书签。
2.1 四足仿生移动机器人的总体方案确定............... 错误！未定义书签。
2.2 机器人机械结构及传动设计....................... 错误！未定义书签。
3 电机的确定 .......................................... 错误！未定义书签。
3.1 各关节最大负载转矩计算......................... 错误！未定义书签。
3.2 机器人驱动方案的对比分析及选择................. 错误！未定义书签。
3.3 驱动电机的选择................................. 错误！未定义书签。
4. 带传动设计 .......................................... 错误！未定义书签。
4.1 各参数设计及计算............................... 错误！未定义书签。
4.2 带型选择及带轮设计............................. 错误！未定义书签。5工作装置的强度校核.................................... 错误！未定义书签。
5.1 轴的强度校核................................... 错误！未定义书签。
5.2 轴承的选型..................................... 错误！未定义书签。结论 ................................................. 错误！未定义书签。参考文献 ............................................ 错误！未定义书签。致谢 ................................................. 错误！未定义书签。
1 概述
1.1 绪论
随着机械制造行业技术水平的提高及机械电子、计算机、材料等学科的发展，促进了机器人应用到更广泛的行业领域内。由于人类探索活动的广度和深度不断提高，加速了机器人的发展与应用。
自然环境中有约50％的地形，轮式或履带式车辆到达不了，而这些地方如森林，草地湿地，山林地等地域中拥有巨大的资源，要探测和利用且要尽可能少的破坏环境，足式机器人以其固有的移动优势成为野外探测工作的首选，另外，如海底和极地的科学考察和探索，足式机器人也具有明显的优势，因而足式机器人的研究得到世界各国的广泛重视。现研制成功的足式机器人有1足，2足，4足，6足，8足等系列，大于8足的研究很少。
曾长期作为人类主要交通工具的马，牛，驴，骆驼等四足动物因其优越的野外行走能力和负载能力自然是人们研究足式机器人的重点仿生对象。因而四足机器人在足式机器人中占有很大的比例，一直以来也是国内外机器人领域的研究热点之一。
作为机器人的一个极其重要分支，四足移动机器人相对与两足步行机器人具有较强的承载能力、较好的稳定性，而且结构又比六足、八足步行机器人简单，因而深受到各国研究人员的重视。在四足移动机器人中，机构重要部分之一足结构的设计，是机器人设计的关键，设计得当可使其机构简单大大简化控制方案。有学者认为：从稳定性和控制难易程度及制造成本等方面综合考虑，四足机是最佳的足式机器人形式，四足机器人的研究颇具实用价值和社会意义。
1.2 国内外研究现状及关键技术
1.2.1 国内外研究现状
日本在四足机器人研究领域最具成果，最具有创新性的成果是电气通信大学研制成功的采用基于神经振荡子模型CPG(Central Pattern Generator)的控制策略[1]而CPG
是足式机器人近10年来在控制方面取得的最具突破性成果[2]。2000-2003年研制成功具有宠物狗外形的机器人用一台PC机系统控制，瑞士Maxon直流伺服电机驱动，每个关节安装了一个光电码盘、陀螺仪、倾角计和触觉传感器。基于CPG的控制器用于生成机体和四条腿的节律运动，而反射机制通过传感器信号的反馈，来改变CPG 的周期和相位输出。机器人能够实现不规则地面的自适应动态步行，显示了生物激励控制对未知的不规则地面有自适应能力的优点。
美国的四足机的典型代表是卡耐基美隆大学研制的BigDog，外形体特和比例很像一条凶猛的猎犬，是仿生机器人中最像仿生对象的机器人之一，它能够在泥泞地面或粗糙的瓦砾地面以不同步态自如行走，最大负载52KG，具有很强的野外行走能力。最大的特点是在剧烈的侧面冲击作用下，仍具有很好的机体平衡能力，能保持平衡而不倒，如图1所示。现已计划深入研究BigDog四足移动机器人，使其性能达到实现多种动态移动，如平衡、走、爬行、跑等，并使其多方面达到一个新的水平[3]，具备识别粗糙地形、运载货物能力、自主控制能力等。
图1 美国卡耐基美隆大学研制的BigDog
加拿大McGill 大学智能机器中心机器人技术实验室研制了Scout-I与Scout-II 两代四足移动机器人，Scout-I的每条腿仅有l个自由度，髋部也只有1个驱动器，主要被用来进行行走控制，它的机械结构虽然简单，却有着良好的动态稳定性，如图2；图3自主型奔跑机器人Scout-II，也是髋部只有1个驱动器，但只需改变前腿和后腿的触地力矩和触地角度4个参数，控制两个自由度的变量，进而就可以控制机器人的运动。
图2 Scout-I 图3 Scout-II 1998年BISAM四足机器人由德国开发。该机器人主要结构由头部、4条腿和主体组成。四足机器人总重为14.5kg，内部装有立体摄像头、处理器、微控制器及电池。
法国的Bourges (France)大学也研制成功SILO4系列四足机器人。
韩国设计一款了从地面到墙壁的行走的四足爬墙机器人MRWALLSPECT-III，并完成了试验。
从20世纪80年代我国开始了四足移动机器人的研究，并取得了一系列的研究成果，积累了丰富的研究经验。
非常规行走机构的研究从70年代开始，由吉林工业大学陈秉聪教授和庄继德教授分别带领两个研究小组研究。1985年，一台具有两条平行四边形腿主要用于无硬底层的水田耕作的步行机耕船台车试验成功，并土槽中表现出较高的牵引效率。
1991年，JTUWM 系列四足步行机器人由上海交通大学马培荪等成功研制。JTUMM—III，仿制马腿的3个自由度，各个关节的运动由直流伺服电机分别驱动。该机器人采用两级分布式控制系统，有PVDF测力传感器装在脚底，采用模糊算法与人工神经网络相结合，位置和力混合控制，实现了四足步行机器人JTUMM—III的慢速动态行走，极限步速为1.7 km／h 。为了提高步行速度，将弹性步行机构应用于该四足步行机器人，起到缓冲和储能作用[4]。
另外，1989年，北京航空航天大学在张启先教授的指导下，孙汉旭博士进行了刚性足步行机的研究，试制成功了一台四足步行机，并进行了步行实验。
清华大学机器人及智能自动化实验室正在研制QW-1四足全方位步行机器人。
哈尔滨工业大学在对现有地面移动机器人特点分析及结构形式基础上，提出名为HIT-HYBTOR的轮足式四足移动机器人概念模型，3个自由度的轮腿机构被四个独立驱动的轮代替，构成2个自由度的髋关节，有1个自由度的膝关节，轮式机器人和足
式移动可以根据环境需求切换。该模型结合了足式机器人和轮式机器人的优点，轮式和足式两种运动方式根据不同的环境变换，以达到较高的移动速度和良好的运动灵活性的统一，如图下4。
图4 HIT-HYBTOR
1.2.2 机器人研究的关键技术
运动稳定性研究和步态规划
行走稳定性和步态规划是研究足式机器人的不可分割两个基本问题。四足式机器人因满足三点支撑而容易保证静态稳定性,难点是如何实现动态稳定性[5]。
四足机步态规划方面，目前研究较多的步态方式是模仿马等四足动物行走典型步态：如爬行（Crawl）,对角小跑（Trot）,溜蹄（Pace），跳跃（bounding），定点旋转（Rotation），转向（spinning）等。这几种步态在实验室条件下均有成功的试验记录。标准步态比较容易实现，现阶段大量的文献所研究的是这几种标准步态及其转换的规划和控制问题。如爬行步态（crawl）的规划与稳定性控制[6～9]；对角小跑稳定性步态规划控制（trot）[10～13] ；溜蹄（pace）步态规划控制的有。
跳跃步态稳定性与步态规划
奔跑是足式机器人快速移动必不可少的一种步态,且机器人要想越过大于等于自身大小的障碍物，一般移动方式显得无能为力，而动物利用跳跃步态可轻易越过较大的障碍。另外在月球，火星等外太空微重力环境下，跳跃式前进的效率上具有明显的相对优势。目前对四足机步态研究，跳跃步态的研究是最具挑战性的难点问题，原因是：
（1）需要复杂的机体和腿机构的协调动作控制，同时腿机构的摆动惯性力对机体姿态的动力学性能影响明显增大，成为系统不可忽略的动力学因素。
（2）腿机构的缓冲装置是必不可少的，否则机体的关节将受到很大的冲击力，有可能损坏关节和驱动元件。
（3）跳跃步态需要更大的瞬时驱动力，现有的腿机构的驱动元件的功率密度还
不能达到设计要求。解决跳跃步态的有效方法是仿生学的应用。
腿机构的设计：
腿机构是足式机器人的关键部件，腿机构的自由度数和工作空间是足式机器人能够实现的可能步态的几何基础；另外足的布局形式，腿的质量都对稳定性和步态也有较大的影响。要适应野外环境的顺应行走，对腿机构有特殊的要求。
行走效率及便携式能源：
在运动过程中各关节的关节角在不断的变化中，力或力矩的传递效率平均值较低。且行走速度与负载有很大的关系。腿机构的效率和能量利用率目前还很低。高效的动物腿机构给研究提供了很好的借鉴，但机器人各关节的驱动方式与动物存在很大的不同，动物的肌腱肌肉均是具有弹性的储能元件。机器人的腿机构和关节均为刚性连接，不但不能储能，且因触地的冲击，要消耗掉许多能量。许多学者正在研究这一问题
控制系统及控制方法：
机器人与环境的交互时存在环境识别，导航，轨迹规划等移动机器人的共性问题，使得控制系统相当复杂。四足机器人从控制任务方面存在的困难是行走控制需要多个子系统的密切配合才能完成复杂的任务。
1.3 本课题主要研究内容
本课题在了解移动机器人现状的基础上，分析各种机器人的结构特点，拟定总体方案，进行四足仿生移动机器人结构设计。利用三维软件绘制新型四足仿生移动机器人。机器人的结构设计是硬件设计的重要环节，通过对四足仿生机理的研究，综合考虑需要实现的功能和其他因素，设计出具有质量小运动灵活的四足仿生机器人单腿结构。
2 四足仿生移动机器人结构设计原则及要求
2.1 四足仿生移动机器人的总体方案确定
腿结构是足式机器人设计的关键，腿机构的自由度数和工作空间是机器人可能实现步态的几何基础，另外腿的空间布局和质量都对稳定性和步态规划有很大影响。
要实现复杂环境的顺应行走，对腿机构提出了基本的要求：
(1)实现运动的要求；
(2)承载负载的要求；
(3)机构实现和控制能力的要求。
腿机构的设计准则是：
(1)腿机构至少应该有3个自由度，足端具备一个立体的三围工作空间；
(2)处于支撑状态的足端相对与机体有直线运动，避免因机身上下波动消耗不必
要的能量
(3)要有足够的刚度且质量应尽量小
自由度分析
根据仿生学，腿结构一般分为髋关节、大腿、膝关节、小腿、腕部，其中髋关节有实现水平旋转和俯仰的两个自由度，膝关节实现俯仰，为使整条腿有较好的灵活度和利于整体的稳定性控制，采用两个自由度，腕部实现俯仰的一个自由度。
综上拟定每条腿有5个自由度的四足仿生机器人，结构简图如下。
图5 结构简图
总体方案的确定初步选定整体尺寸：长900mm宽1800mm高750mm
为限制过载转矩起到保护作用和输出恒定转矩，采用带驱动系统，方案示意如下图6、图7。
图6 方案示意
1、腿
2、从动带轮
3、带固定点
4、齿轮
5、齿轮2
6、带1
7、齿轮3 8、惰轮9、齿轮4 10、带2 11、驱动带轮12、蜗轮
13、蜗杆14、电机1 15、减速16、电机2 17、齿轮5 18、齿轮6 19、减速器20、电机3 21、机体
图7方案示意图
22、带固定点23、从动带轮24、带3
25、惰轮26、带4 27、惰轮
28、带5 29、电机4
2.2 机器人的主要性能参数
2.2.1 技术指标：
(1)平均机动速度：≥0.4m/s
(2)爬行能力：野外各种复杂地面
(3)操作方式：遥控
(4)动力特性：电池
2.2.2 足末端工作空间计算
建立如图8所示坐标系
图8 坐标系
由前置坐标系求取末端空间位姿
列变量表
连杆扭角转角变量
T = 错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
= 错误！未找到引用源。
可得腿部末端的空间位置为（X,Y,Z）
2.2.3 材料选择
3
按工作要求，四足仿生移动机器人要实现全方位行走，且适应复杂地形。在保证足够强度、刚度的条件下，对整个腿的质量要加以限制，减少驱动源的动力消耗，使机器人轻便灵活，这要求足轻而且坚固L Y2硬质铝合金作为腿结构材料。
2.2.4 其他技术参数的拟定
(1)其腿部结构尺寸为：
髋关节长度：l1=150mm;
大腿长度：l2=450mm
膝关节长度：l3=150mm;
小腿关节长度：l4=450mm；
足长：l5=100mm
(2)其腿部质量参数为：
单腿质量：1KG
极限夹持重量：1.5KG
髋关节质量：m1=0.15KG
大腿质量：m2=0.3KG
膝关节质量：m3=0.15KG;
小腿关节质量：m4=0.3KG
足质量：m5=0.1KG
2.3 机器人机械结构及传动设计
根据本设计的要求，并对国内外四足仿生移动机器人的典型结构加以参考，对各个回转关节的传动方案和结构初步单独分析。
2.3.1 机器人腰部回转关节设计
腰部外安放一驱动电机1，驱动内部齿轮2齿轮3传动装置，实现竖直主轴4的转动，从而实现大腿5，小腿6等工作部分的旋转自由度，如图9腰部设计,内部传动。
13
15 14
图9 腰部传动设计
1-驱动电机 2-齿轮 3-齿轮 4-竖直主轴 5-大腿 6-小腿
2.3.2 机器人大腿和小腿转动关节设计
在大腿与肩部连接关节处安装一驱动电机7，带动与之相连的蜗轮8旋转，进而带动与蜗杆8啮合的蜗轮9旋转，蜗轮旋转使得与之相连的轴10旋转，这样最终转动大臂5，机构设计如图10大臂传动设计。而小臂与大臂之间通过膝关节连接，大腿上装有电机11，带动带轮12旋转，用一圆带13连接带轮14，带轮14与膝关节用键连接使其无相对旋转，电机旋转时膝关节与大腿便产生相对转角。齿轮15通过轴16及键固定在大腿上，膝关节与大腿的相对转角通过齿轮17、18传递给19，齿轮19与小腿无相对运动，这样小腿跟膝关节便产生一个与膝关节跟大腿相同大小的相对转角，且由齿轮传动的变相性小腿与膝关节的旋转方向一致，设计如图11小腿传动设计。 图10 大腿传动设计
7-电机 8-蜗轮 9-蜗杆 10-传动轴
5 10
9
8
7
图11小腿传动设计
11-电机12-带轮13-圆带14-带轮15-齿轮16-齿轮17-齿轮18-齿轮2.3.3 机器人腕部活动关节的设计
设计机器人手腕自由度数时，要根据作业需要来定[14]。要使机器人各关节的运动角度愈大，则手腕自由度数目应愈多，那么机器人的灵活性就愈高，在作业中就会表现出愈强的适应能力。，同时腕部结构的复杂性会随自由度的增加而增加，机器人的控制也就更困难，使其成本增加。因此，要根据实际作业要求来确定手腕的自由度数。在能达到作业要求的前提下，应尽可能的减少自由度数。一般的机器人手腕有2至3个自由度，有的则需要更多的自由度数，而有不需要自由度，实现作业的任务要求仅凭受腰部和臂的运动就能完成。所以要具体问题具体分析，考虑四足机器人的运动方案，多种布局，选择最简单的方案并使其满足要求，综上则该四足仿生移动机器人腕部采用一个自由度。
机器人腕部安装在足式机器人手臂的末端，在设计时应尽量减少手腕的体积和重量，使其结构紧凑。采用分离传动驱动器的腕部机构，以减轻机器人腕部重量。腕部驱动器不采用直接驱动，一般在手臂上安装驱动器，并且采用铝合金等强度高材料制造。
机器人的末端执行器要联在手腕上，所以要有标准的法兰联接，在结构上使末端执行器装卸简便。
在力与运动传递的过程当中，机器人的手腕机构要体现足够的刚度和强度，用以保证实现其动作。
为减小空回间隙，提高传动精度，应设有可靠的传动间隙调整的机构。
为避免超限造成机械损坏，在各关节轴转动处要有限位开关，且设置硬限位。
综上腕部结构及传动初步设计如下：
图12 腕部转动设计
20-传动电机 21-带轮 22-带 23-带轮 24-带 25-带轮 26-带 27-带轮 28-圆柱直齿轮 29-圆柱直齿轮 30-传动轴 31-手腕部分
电机20的旋转驱动带轮21，通过带22、带轮23、带24、带轮25、带26、
带轮27将动力传递给齿轮28，与之啮合的圆柱直齿轮29旋转，并带动传动轴30从而可实现手腕部分31的旋转自由度，如图11、12腕部转动设计。该方案的结构相对复杂，但整体重量相对较轻，且紧凑性更好，可以自由选择电机类型。
图13腕部俯仰设计
27-带轮 28-圆柱直齿轮29-圆柱直齿轮 30-传动轴 31-手腕部分
3 电机的确定
3.1 各关节最大负载转矩计算
3.1.1 运动状态分析
机器人一个步态周期由四条腿依次“抬起——摆动——放下”的动作构成，而每条腿得“抬起——摆动——放下”需要一个步态周期分成若干个阶段与之相对应，要保证行走的稳定性就需要合理控制每条腿来实现。机器人总重m=15KG ，重心在机体中心。行走时三腿承受重量，一腿迈步。单腿承受力约F>错误！未找到引用源。=75N
3.1.2 负载转矩的计算
腿撑地时负载转矩的计算
L=错误！未找到引用源。
/2=2012.46mm
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撑地状态时最大负载转矩分析
受力分析：G
（L2+L3’）
F1 F2 弯矩分析：y
x 则髋关节最大负载转矩错误！未找到引用源。= 错误！未找到引用源。=41.7N.m
此时膝关节最大负载转矩错误！未找到引用源。=7.95 N.m
抬腿至水平时负载转矩的计算:
抬腿至水平时状态如右图
此时弯矩图如右：
M2’=G1’+错误！未找到引用源。 M3=G3+错误！未找到引用源。=1.925错误！未找到引用源。G3 错误！未找到引用源。M3 M4=G4+错误！未找到引用源。=0.9错误！未找到引用源。G4 M4 综上髋关节、膝关节、腕关节最大负载转矩分别为 M2=错误！未找到引用源。 M3=1.925错误！未找到引用源。 M4=0.9错误！未找到引用源。 3.2机器人驱动方案的对比分析及选择 机器人通常有以下四种[15]驱动方式： （1）步进电机可以通过数字控制直接对其控制，可控性好，结构简单，并且成本低；一般情况下不需要反馈就能对位置和速度实现控制；且不会产生因积累形成的位置误差；它具备自锁能力（变磁阻式）及保持转矩（永磁式）的能力，对控制系统的定位有利。但是步进电机空间分辨率较低，并且基本上不具有过载能力，功率偏大的一般体积较大；功率较小的，仅适于传动功率小的小型或关节机器人。 （2）液压伺服马达液压伺服马达负载能力很大，且具有较大的功率密度，其在保证抓住重负载不下滑的同时，能实现精度较高定位和平稳的运动，从关键技术包括体积、重量等的要求考虑，是一个最佳的选择方案。但其费用较高，而且其液压系统经常出现漏油现象，维护不方便。 （3）交流伺服电机交流伺服电机的价格介于直流伺服电机和步进电机之间，其结构简单，体积较小而且运行可靠，使用起来维修方便。在调速性能方面交流伺服电机随着相关技术的发展（GTO可关断晶闸管，MOSFET场效应管和GTR大功率晶闸管等电子器件、计算机控制技术及脉冲调宽技术），有了很大提高。增量式码盘反馈，因其采用32 位DSP 三环（速度、位置、电流）和16 位CPU全数字控制，可以达到很高的精度。启动功率在超过三倍过载输出扭矩时也可以达到很，并且提供较高的响应速度。 （4）直流伺服电机在调速特性上直流伺服电机具有良好优势，它的特点是相对功率大，响应速度快且启动力矩大，而且控制技术成熟。虽然其结构相对复杂，但能够通过外围转换电路与微机配合实现数字控制。使用直流伺服电机，可以给机器人佩戴移动电源，提高其远程可操作性。 由于本设计研究的四足仿生移动机器人的体积和重量均要求小且额定负载一般，也为了便于控制，经综合分析，决定采用直流伺服电机作为驱动。 3.3驱动电机的选择 3.3.1 电机选型有关参数计算 由于传动负载作回转运动 负载额定的功率： η??=955010L N T P （3-1） 负载加速的功率： a L L a t N GD P ???=322103577 （3-2） 负载力矩（折算到电机轴上）： l M L L T N N T ??=η （3-3） 负载GD （折算到电机轴上）： 2 22 )(l M L L GD N N GD = （3-4） 起动时间： )(375)(2 2L P M L M a T T N GD GD t -?+= （3-5） 制动时间： )(375)(2 2L P M L M d T T N GD GD t -?+= （ 3-6） 0P -----额定功率，KW ； a P -----加速功率，KW ； l N -----负载轴回转速度，r/min ； M N -----电机轴回转速度，r/min ； l V -----负载的速度，m/min ； η-----减速机效率； μ-----摩擦系数； l T -----负载转矩（负载轴），m N ?； p T -----电机启动最大转矩，m N ?； L T -----负载转矩（折算到电机轴上），m N ?； 2l GD -----负载的2GD ，2m N ?； 2L GD -----负载2GD （折算到电机轴上），2m N ?； 2M GD -----电机的2GD ，2m N ?； 髋关节转动惯量计算 髋部水平旋转只存在摩擦力矩，没有其他转矩在回转圆周上，则在回转轴上有： R f G R F T f l ??=?= （3-7） f -----滚动轴承摩擦系数，取为0.005； G -----负载与机械手本身的重量总和，取为1KG ； R -----轴承内径，R=10mm ；移动速度>0.4m/s 带入数据，计算得 l T =0.5*错误！未找到引用源。m N ?； 由V=0.4m/s 令最大摆脚错误！未找到引用源。=120°=2错误！未找到引用源。/3 R=0.45m 错误！未找到引用源。 由v=错误！未找到引用源。 ① 错误！未找到引用源。 ② 由①②联立得错误！未找到引用源。=8.5r/min 传动比定为1/120； 负载转动惯量 2L GD =4g(J1+J2) 10mm J1=错误！未找到引用源。 100mm 错误！未找到引用源。=2.7*错误！未找到引用源。 D1=10CM D2=8CM L=15CM 得J1=错误！未找到引用源。 a L1段绕a 旋转 L1 智能四足机器人结构设计 摘要 对于我们的未来生活，每个人有不同的构想，但大多数人都相信，在将来的社会，机器人将作为家庭的一员进入我们的生活，与我们每天朝夕相处。可现在普遍存在人们心中的疑问是：将来机器人将以何种身份进入我们的生活，是玩伴还是佣人，智能步行机器人的设计就是为了将来机器人能进入我们中国人的家庭生活，为我们的家庭生活带来欢乐。 本设计采用关节型结构，成功地设计了智能步行机器人的本体结构。本机器人具有前后行、平地侧行等基本行走功能。另外机器人头部还装有CD摄影机，胸腔内部可装备内置电源和智能设备。本设计参考了狗的结构组成，使得机器人结构尽量与狗的本体结构相似，尤其在长度配比方面。本设计的结构比较复杂，关节数目众多，为了力求优化设计，设计者兼顾了关键部件的互换性和结构紧凑的原则。所有的关节都用了2036型的直流伺服电机作为驱动源，充分利用伺服电机的特性。伺服电机的驱动都采用了谐波减速器机构，该减速方案减速比大、效率高，是比较理想的减速方案。 关键词：智能四足机器人；结构设计；谐波传动 Intelligent Four-Foot Robot Frame Design Abstract For our future life，everyone had different ideas，but most people believe that，in future society，the robot as a family into our lives，and we can now daily overnight with the common people's hearts Question is: what will be the future status of robot into our lives，playmates or servants，the design of intelligent walking robot is to the future robot can enter our Chinese people's family lives，for our happy family life. The design of a joint structure，the successful design of intelligent walking robot，the body structure. The robot has before and after the trip，the ground adjacent to the basic operating functions. Another robot is also equipped with CD camera head，chest internal equipment can be built-in power supply，and intelligent. The reference design of the structure of the robot，making the structure as the robot dog，the dog's body similar to the structure，particularly in the area ratio of length. The design of the structure is more complicated，the large number of joints，in an effort to optimize the design，designers take into account the interchangeability of key components of the compact structure and principles. All joints are composed of a 2036-type of DC servo motor as a driver and make full use of servo motor characteristics. Servo motor drives are used harmonic reducer，the slowdown in the programme reduction ratio，high efficiency，The ideal slowdown is a good programme. Keywords：intelligent four-foot robot ; structural design; harmonic drive （二）简答题 1.智能机器人的所谓智能的表现形式是什么？ 答:推理判断、记忆 2.机器人分为几类？ 答:首先，机器人按应用分类可分为工业机器人、极限机器人、娱乐机器人。 1)工业机器人有搬运、焊接、装配、喷漆、检验机器人，主要用于现代化的工厂和柔性加工系统中。 2)极限机器人主要是指用在人们难以进入的核电站、海底、宇宙空间进行作业的机器人，包括建筑、农业机器人。 3)娱乐机器人包括弹奏机器人、舞蹈机器人、玩具机器人等。也有根据环境而改变动作的机器人。 其次，按照控制方式机器人可分为操作机器人、程序机器人、示教机器人、智能机器人和综合机器人。 3. 机器人由哪几部分组成？ 机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。六个子系统是驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交换系统、人机交换系统和控制系统。 4. 什么是自由度？ 答:人们把构建相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自由度。 5. 机器人技术参数有哪些？各参数的意义是什么？ 答:机器人技术参数有:自由度、精度、工作范围、速度、承载能力 1）自由度：是指机器人所具有的独立坐标轴的数目，不包括手爪（末端操作器）的开合自由度。在三维空间里描述一个物体的位置和姿态需要六个自由度。但是，工业机器人的自由度是根据其用途而设计的，也可能小于六个自由度，也可能大于六个自由度。 2）精度：工业机器人的精度是指定位精度和重复定位精度。定位精度是指机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异。重复定位精度是指机器人重复定位其手部于同一目标位置的能力，可以用标准偏差这个统计量来表示，它是衡量一列误差值的密集度（即重复度）。 3）工作范围：是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫工作区域。 4）速度；速度和加速度是表明机器人运动特性的主要指标。 5)承载能力：是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。承载能力不仅取决于负载的质量，而且还与机器人运行的速度和加速度的大小和方向有关。为了安全起见，承载能力这一技术指标是指高速运行时的承载能力。通常，承载能力不仅指负载，而且还包括机器人末端操作器的质量。 6. 机器人手腕有几种？试述每种手腕结构。 答：机器人的手臂按结构形式分可分为单臂式，双臂式及悬挂式按手臂的运动形式区分，手臂有直线运动的。如手臂的伸缩，升降及横向移动，有回转运动的如手臂的左右回转上下摆动有复合运动如直线运动和回转运动的组合。2直线运动的组合2回转运动的组合。手臂回转运动机构，实现机器人手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有叶片是回转缸，齿轮转动机构，链轮传动和连杆机构手臂俯仰运动机构，一般采用活塞油（气）缸与连杆机构联用来实现手臂复合运动机构，多数用于动作程度固定不变的专用机器人。 7. 机器人机座有几种？试述每种机座结构。 答：机器人几座有固定式和行走时2种 1)固定式机器人的级左右直接接地地面基础上，也可以固定在机身上 2)移动式机器人有可分为轮车机器人，有3组轮子组成的轮系四轮机器人三角论系统，全方位移动机器人，2足步行式机器人，履带行走机器人 8. 试述机器人视觉的结构及工作原理 答:机器人视觉由视觉传感器摄像机和光源控制计算器和图像处理机组成原理：由视觉传感器讲景物的光信号转换成电信号经过A/D转换成数字信号传递给图像处理器，同时光源控制器和32 摄像机控制器把把光线，距离颜色光源方向等等参数传递给图像处理器，图像处理器对图像数据做一些简单的处理将数据传递给计算机最后由计算器存储和处理。 9. 工业机器人控制方式有几种？ 四足步行机器人研究现状及展望 (郑州轻工业学院机电工程学院河南郑州) 摘要：文章对国内外四足步行机器人研究现状进行了综述，归纳分析了四足机器人质心距离测量系统研究的关键技术，并展望了四足机器人的发展趋势。 关键词：四足步行机器人；研究现状；关键技术；发展趋势 引言：目前，常见的步行机器人以两足式、四足式、六足式应用较多。其中，四足步行机器人机构简单且灵活，承载能力强、稳定性好，在抢险救灾、探险、娱乐及军事等许多方面有很好的应用前景，其研制工作一直受到国内外的重视。1国内外研究四足步行机器人的历史和现状 20世纪60年代，四足步行机器人的研究工作开始起步。随着计算机技术和机器人控制技术的研究和应用，到了 20 世纪 80 年代，现代四足步行机器人的研制工作进入了广泛开展的阶段。 世界上第一台真正意义的四足步行机器人是由 Frank 和 McGhee 于 1977 年制作的。该机器人具有较好的步态运动稳定性，但其缺点是，该机器人的关节是由逻辑电路组成的状态机控制的，因此机器人的行为受到限制，只能呈现固定的运动形式[1]。 20 世纪 80、90 年代最具代表性的四足步行机器人是日本 Shigeo Hirose 实验室研制的 TITAN 系列。1981～1984年Hirose教授研制成功脚部装有传感和信号处理系统的TITAN-III[2]。它的脚底部由形状记忆合金组成，可自动检测与地面接触的状态。姿态传感器和姿态控制系统根据传感信息做出的控制决策，实现在不平整地面的自适应静态步行。 TITAN-Ⅵ[3]机器人采用新型的直动型腿机构，避免了上楼梯过程中各腿间的干涉，并采用两级变速驱动机构，对腿的支撑相和摆动相分别进行驱动。 浙江大学“海特杯”第十届大学生机械设计竞赛“四足机器人”设计方案书 “四足机器人”设计理论方案 自从人类发明机器人以来，各种各样的机器人日渐走入我们的生活。仿照生物的各种功能而发明的各种机器人越来越多。作为移动机器平台，步行机器人与轮式机器人相比较最大的优点就是步行机器人对行走路面的要求很低，它可以跨越障碍物，走过沙地、沼泽等特殊路面，用于工程探险勘测或军事侦察等人类无法完成的或危险的工作；也可开发成娱乐机器人玩具或家用服务机器人。四足机器人在整个步行机器中占有很大大比重，因此对仿生四足步行机器人的研究具有很重要的意义。 所以，我们在选择设计题目时，我们选择了“四足机器人”，作为我们这次比赛的参赛作品。 一.装置的原理方案构思和拟定： 随着社会的发展，现代的机器人趋于自动化、高效化、和人性化发展，具有高性能的机器人已经被人们运用在多种领域里。特别是它可以替代人类完成在一些危险领域里完成工作。 科技来源于生活，生活可以为科技注入强大的生命力，基于此，我们在构思机器人的时候想到了动物，在仔细观察了猫.狗等之后我们找到了制作我们机器人的灵感，为什么我们不可以学习小动物的走路呢，于是我们有了我们机器人行走原理的灵感。 为了使我们所设计的机器人在运动过程中体现出特种机器人的性能及其运动机构的全面性，我们在构思机器人的同时也为它设计了一些任务： 1. 自动寻找地上的目标物。 2. 用机械手拾起地上的目标物。 3．把目标物放入回收箱中。 4. 能爬斜坡。 图一 如图一中虚线所示的机器人的行走路线，机器人爬过斜坡后就开始搜寻目 标物体，当它发现目标出现在它的感应范围时，它将自动走向目标，同时由于相关的感应器帮助，它将自动走进障碍物中取出物体。 二.原理方案的实现和传动方案的设计： 机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。 图二 图三 机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。 任务的实现主要是利用单片机来控制机器人的四条腿以及几个传感器的共同工作，并通过它们的协调工作来完成的。如图一中所示，让机器人爬过了斜坡之后，就先进行扫描，如果发现有目标出现在它的视野之内，它就会寻着目标前进。如果没有发现目标，机器人会原地转弯并搜寻在它视野之外的目标。由于目标物有可能正好被障碍物遮住，此时我们会设计相应的程序告诉机器人现在先向右行走一定的距离再进行扫描。又由于尽管已经扫描到了目标物，当机器人走向 附件 B： 毕业设计（论文）开题报告 1、课题的目的及意义 1.1课题研究背景目前，机器人的移动主要是轮式、履带式、步行、爬行、蠕动等。然而，地球上大多数的地面都是崎岖的，不能为传统的轮式或履带式到达，而自然界的很多动物却可以在这些地面行走自如、跨越障碍。它们经历了自然界数百万年间的选择，已经进化出适应各种环境的生理特征，给了研究人员很大的启发。步行是大多哺乳动物的移动方式，对环境有很强的适应性，可以灵活的进入相对狭小的空间，可以自由跨越障碍、上下台阶等等。以此，研究步行机器人有着较强的实际意义。现在的步行机器人的足数分别为单足、二足、四足、六足等等。足的数目多时，机器人比较适合重载和慢速运动；二足或者四足机构的机构相对简单，更加灵活。与二足相比，四足机器人的承载能力强、稳定性能更好，在抢险救灾、探险、娱乐及军事等多个领域有很好的应用前景，其研究工作也备受重视[1]。 2005 年，Boston Dynamics 公司首次公开了其历经十余载研究而成的仿生四足机器人Big Dog[2]，在互联网上引起了全球公众的热议。Big Dog 灵活的机动性、强大的抗干扰能力以及优异的环境适应能力成为当今各国四足机器人研究的典型代表。尽管如此，从生物进化的角度来说，四足动物的体型结构和运动方式产生了以载重-适应性和高速-灵活性两大功能异化的分支[3]。Big Dog 则是环境适应能力和运动稳定性方面世界最高水平，然而，对高速运动方面的四足机器人却鲜见研究。高速运动的哺乳动物（尤其是猎豹）以独特的骨骼结构、步态特征、高效的能量转化效率成了仿生四足机器人高速灵活性研究的新方向。在DARPA 的M3 计划支持下4，Boston Dynamics 公司和MIT 仿生机器人实验室均进行了仿猎豹式机器人的研究，并推出了两款样机。尤其Boston Dynamics 公司的机器人还一举打破了足式机器人奔跑的纪录，达46km/h，使仿猎豹机器人成为新的研究热点。 1.2四足机器人研究现状 1.2.1国外研究现状 早在1899 年，Muybridge 最早借助影像设备，进行了有关家猫、狗、骆驼和马等动物的高速运动研究。然而之后的一个世纪人们对四足机器人的研究都仅仅停留在静稳定步态行走的水平上。从早期的GE 四足电控步行车[5]（图1.1）到具有脊柱环节的BISAM 机器人[6]（图1.2），这些机器人在任 毕业设计说明书 作者：学号： 系：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 题目：四足仿生移动机器人结构设计 指导者：副教授 评阅者： 目次 1 概述 ................................................ 错误！未定义书签。 1.1 绪论........................................... 错误！未定义书签。 1.2 国内外研究现状及关键技术....................... 错误！未定义书签。 1.3 本课题主要研究内容............................. 错误！未定义书签。 2 四足仿生移动机器人的结构设计原则及要求 ............... 错误！未定义书签。 2.1 四足仿生移动机器人的总体方案确定............... 错误！未定义书签。 2.2 机器人机械结构及传动设计....................... 错误！未定义书签。 3 电机的确定 .......................................... 错误！未定义书签。 3.1 各关节最大负载转矩计算......................... 错误！未定义书签。 3.2 机器人驱动方案的对比分析及选择................. 错误！未定义书签。 3.3 驱动电机的选择................................. 错误！未定义书签。 4. 带传动设计 .......................................... 错误！未定义书签。 4.1 各参数设计及计算............................... 错误！未定义书签。 4.2 带型选择及带轮设计............................. 错误！未定义书签。5工作装置的强度校核.................................... 错误！未定义书签。 5.1 轴的强度校核................................... 错误！未定义书签。 5.2 轴承的选型..................................... 错误！未定义书签。结论 ................................................. 错误！未定义书签。参考文献 ............................................ 错误！未定义书签。致谢 ................................................. 错误！未定义书签。 φ700mm-φ1000mm管道机器人结构设计 在工农业生产及日常生活中，管道作为一种重要的物料运输手段，其应用范围极为广泛。管道在使用过程中，由于各种因素的影响，会产生各种各样的管道堵塞与管道故障和损伤。如果不及时的管道进行检测、维修及清理就可能产生事故，造成不必要的损失。然而，管道所处的环境往往是不易直接达到或不允许人们直接进入的，检测及清洗难度很大。因此最有效的方法之一就是利用管道机器人来实现管道内的在线检测、维修和清洗。管道机器人在我国处于发展阶段，具有广阔的市场前景。管道机器人相对于人工操作来说，有无可比拟的优势。管道机器人在计算机控制下，可进行采样、检测等动作。而单片机技术的发展，为管道机器人的方便应用提供了一个良好的基础技术。利用单片机，可以实现管道机器人的控制，是管道机器人设计中较好的选择。 通过对国内外管道机器人研究现状分析，总体看来，国内外已经在管内作业机器人领域取得了大量的成果，主要应用在管道检测、维修及空调通风管道的清洗等方面。但对于金属冶炼厂烟气输送管道中烟灰堆积层的清理这种特殊管内作业的自动化装置研究目前少有报道。因此研制适应于金属冶炼厂烟气管道烟灰清理的管道清灰机器人将具有重大的现实意义。 此次设计的管道机器人主要应用在金属冶炼厂、化工企业等烟气输送管道烟灰堆积层的清理，作为载体，通过安装不同的设备可实现排水管道的监测、清理。 编辑：林冰宁波广强机器人科技有限公司管道检测机器人是由控制器、爬行器、高清摄像头、电缆等组成。在作业的时候主要是由控制器控制爬行器搭载检测设备进入管道进行检测。检测过程中，管道机器人可以实时传输管道内部情况视频图片以供专业维修人员分析管道内部故障问题。 使用管道检测机器人的优势： 1.安全性高。使用广强管道机器人进入管道查明管道内部情况或排除管道隐患，如果是人工作业的话，往往存在较大的安全隐患，而且劳动强度高，不利于工人的健康。广强管道机器人智能作业可有效提高作业的安全性能。 2.节省人工。管道检测机器人小巧轻便，一个人即可完成作业，控制器可装载在车上，节省人工，节省空间。 3.提高效率和品质。广强管道机器人智能作业定位准确，可实时显示出日期时间、爬行器倾角（管道坡度）、气压、爬行距离（放线米数）、激光测量结果、方位角度（选配）等信息，并可通过功能键设置这些信息的显示状态；镜头视角时钟显示（管道缺陷方位定位）。 4.防护等级高，摄像头防护等级IP68，可用于5米水深，爬行器防护等级IP68，可用于10米水深，均有气密保护，材质防水防锈防腐蚀，无需担心质量问题，因为广强只做国内 最好的管道机器人。 5.高精度电缆盘，收放线互不影响，可选配长度。 大学“海特杯”第十届大学生机械设计竞赛“四足机器人”设计方案书 “四足机器人”设计理论方案 自从人类发明机器人以来，各种各样的机器人日渐走入我们的生活。仿照生物的各种功能而发明的各种机器人越来越多。作为移动机器平台，步行机器人与轮式机器人相比较最大的优点就是步行机器人对行走路面的要求很低，它可以跨越障碍物，走过沙地、沼泽等特殊路面，用于工程探险勘测或军事侦察等人类无法完成的或危险的工作；也可开发成娱乐机器人玩具或家用服务机器人。四足机器人在整个步行机器中占有很大大比重，因此对仿生四足步行机器人的研究具有很重要的意义。 所以，我们在选择设计题目时，我们选择了“四足机器人”，作为我们这次比赛的参赛作品。 一.装置的原理方案构思和拟定： 随着社会的发展，现代的机器人趋于自动化、高效化、和人性化发展，具有高性能的机器人已经被人们运用在多种领域里。特别是它可以替代人类完成在一些危险领域里完成工作。 科技来源于生活，生活可以为科技注入强大的生命力，基于此，我们在构思机器人的时候想到了动物，在仔细观察了猫.狗等之后我们找到了制作我们机器人的灵感，为什么我们不可以学习小动物的走路呢，于是我们有了我们机器人行走原理的灵感。 为了使我们所设计的机器人在运动过程中体现出特种机器人的性能及其运动机构的全面性，我们在构思机器人的同时也为它设计了一些任务： 1. 自动寻找地上的目标物。 2. 用机械手拾起地上的目标物。 3．把目标物放入回收箱中。 4. 能爬斜坡。 图一 如图一中虚线所示的机器人的行走路线，机器人爬过斜坡后就开始搜寻目 标物体，当它发现目标出现在它的感应围时，它将自动走向目标，同时由于相关的感应器帮助，它将自动走进障碍物中取出物体。 二.原理方案的实现和传动方案的设计： 机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。 图二 图三 机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。 任务的实现主要是利用单片机来控制机器人的四条腿以及几个传感器的共同工作，并通过它们的协调工作来完成的。如图一中所示，让机器人爬过了斜坡之后，就先进行扫描，如果发现有目标出现在它的视野之，它就会寻着目标前进。如果没有发现目标，机器人会原地转弯并搜寻在它视野之外的目标。由于目标物 仿生四足机器人的研究：回顾与展望 摘要：本文侧重于仿生四足机器人。在这一领域的主要挑战是如何设计高动力性和高负载能力的仿生四足机器人。本文首先介绍了仿生四足机器人，尤其是具有里程碑意义的四足机器人的历史。然后回顾了仿生四足机器人驱动模式的现代技术。随后，描述了四足机器人的发展趋势。基于仿生四足机器人的技术现状，简要回顾了四足机器人的技术难点。又介绍了山东大学研制的液压四足机器人。最后是总结和展望未来的四足机器人。 一、导言 代替人类在复杂和危险的环境中工作的移动机器人的需求引起越来越多的关注，如煤矿井下，核电站，以及打击恐怖主义的战争。一般移动机器人可分为三种类型：空中机器人，水下机器人和地面机器人。地面机器人的开发主要是运用轨道或轮子。轮式和履带式机器人可以在平整地面工作，但大多数是无法在凹凸不平的地面上工作。换句话说，现有的地面机器人只能在部分地面工作。与轮式和履带式机器人相比，腿式机器人有可能适应更为广泛的地形，就像如同有腿的动物，几乎可以行走在所有的地形。例如，羚羊具有很强的运动能力，即便在高度复杂的环境中也一样。因此，近些年人们积极地投入腿式机器人的研究中。腿式机器人可以去动物能够到达的地方，应该要构建并运用于实际。尽管机器人技术领域取得了巨大成就，腿式机器人仍然远远落后于它们的仿生学 [1，2]。 基于机械结构，腿式机器人可分为步行机器人和爬行机器人。与爬行动物的机器人相比，步行机器人几乎与躯干垂直的腿被认为更适应载重。步行机器人可以有效地承受更大的载重。具有联合执行机构的步行机器人具有良好的行走速度和运输能力。因此，基于哺乳类动物的仿生机器人的研究已成为机器人领域的重要发展方向。 现已有一、二、三、四甚至更多条腿的腿式机器人。最普遍的是具有高效率步态和稳定性能的偶数条腿的腿式机器人[3]。在腿式机器人中，四足机器人具 摘要 在微小型履带机器人方面美国走在了世界的前列，代表机器人有Packbot机器人，Talon机器人，NUGV等。 我国微小型机器人的研究和开发晚于西方的一些发达国家，我国是从20世纪80年代开始机器人领域的研究的。其中具有代表性的有中国科学院研制的复合移动机器人“灵晰-B”型排爆机器人，“龙卫士Dragon Guard X3B 反恐机器人”，“JW-901 排爆机器人”等。 此设计的目的设计结构新颖，能实现过坑、越障等动作。通过在机器人机架上加装其他功能的模块来实现不同的使用功能，本研究的意义是为机器人提供一个动力输出平台，为开发各种功能的机器人提供基础平台。 此设计移动方案的选择是采用了履带式驱动结构。结构整体使用模块化设计，以便后续拆卸维修，可以适应于各种复杂的路面，并可主动控制前后两侧摇臂的转动来调节机器人的运动姿态，从而达到辅助过坑、越障等动作。经过合理的设计后机器人将具有很好的环境适应能力、机动能力并能承受一定的掉落冲击，此设计的移动机构主要由四部分组成：主动轮减速机构、翼板转动机构、自适应路面执行机构、履带及履带轮运动机构。 关键词：履带机器人;履带移动机构;模块化设计 Abstract In terms of micro small crawler robots walk in the forefront of the world in the United States, on behalf of the robot has disposal robot, Talon robot, NUGV, etc. Miniature robot research and development in our country later than some developed western countries, our country from the 1980 s began to research in the field of robot. One of the typical composite mobile robot developed by the Chinese academy of sciences \"norm of spirit - B\" type eod robots, \"Dragon Guard Dragon Guard X3B anti-terrorism robot\", \"JW - 901 eod robot\", etc. The design is novel, the purpose of this design can achieve pit, surmounting obstacles. Through in the robot arm with other function modules to realize different use function, the significance of this study is to provide a power output for robot platform, provides the basis for the development of all sorts of function of robot platform. This design is the choice of mobile solutions adopted crawler drive structure. Structure of the overall use of modular design, in order to follow-up maintenance, removal can be adapted to various complicated road, and can turn on either side of the rocker arm before and after active control to regulate the robot's motion, so as to achieve auxiliary pit, surmounting obstacles. After reasonable design robots will have good environmental adaptability, mobility and can absorb a certain amount of drop impact, this design of the mobile mechanism is mainly composed of four parts: the driving wheel deceleration institutions, wing rotating mechanism, adaptive pavement actuators, track and track wheel motion mechanism. Keywords: tracked robot; tracked mobile mechanism;the modular design 河工大 毕业设计说明书 作者：学号： 系：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 题目：四足仿生移动机器人结构设计 指导者：张副教授 评阅者： 2013年 5月 29日 目次 1 概述 ................................................ 错误！未定义书签。 1.1 绪论........................................... 错误！未定义书签。 1.2 国内外研究现状及关键技术....................... 错误！未定义书签。 1.3 本课题主要研究内容............................. 错误！未定义书签。 2 四足仿生移动机器人的结构设计原则及要求 ............... 错误！未定义书签。 2.1 四足仿生移动机器人的总体方案确定............... 错误！未定义书签。 2.2 机器人机械结构及传动设计....................... 错误！未定义书签。 3 电机的确定 .......................................... 错误！未定义书签。 3.1 各关节最大负载转矩计算......................... 错误！未定义书签。 3.2 机器人驱动方案的对比分析及选择................. 错误！未定义书签。 3.3 驱动电机的选择................................. 错误！未定义书签。 4. 带传动设计 .......................................... 错误！未定义书签。 4.1 各参数设计及计算............................... 错误！未定义书签。 4.2 带型选择及带轮设计............................. 错误！未定义书签。5工作装置的强度校核.................................... 错误！未定义书签。 5.1 轴的强度校核................................... 错误！未定义书签。 5.2 轴承的选型..................................... 错误！未定义书签。结论 ................................................. 错误！未定义书签。参考文献 ............................................ 错误！未定义书签。致谢 ................................................. 错误！未定义书签。 工业机器人内部结构及基本组成原理详解 工业机器人详解你对工业机器人有着什么样的了解？关于工业机器人，我们过去也反反复复推送了很多的文章，在这一次，我们将尝试解决有关--- 在工业环境中使用的最常见的机器人和作业时经常会遇到的问题。关于工业机器人定义什么可以被认为是一个工业机器人?什么不能被称为工业机器人？工业机器人直到最近才能避开这种混乱。不是在工业环境中使用的每个机电设备都可以被认为是机器人。根据国际标准组织的定义，工业机器人是一种可编程的三自由度或多轴自动控制的可编程多用途机械手。这几乎是在谈论工业机器人时被接受的定义。工业机器人自中年以来发生了什么变化？越来越多的工程师和企业家正在寻找越来越多的机器人技术，帮助在工业环境中优化工作流程的方式。随着时代的发展和机器人技术的进步，机器人手臂必须为诸如仓储中使用的群组AGV 等新手铺路。我们经常说典型的工业机器人由工具，工业机器人手臂，控制柜，控制面板，示教器以及其他外围设备组成。那么这些是什么？这些部分通常都在一起，控制柜类似于机器人的大脑。控制面板和示教器构成用户环境。工具（也称为末端执行器）是为特定任务设计的设备（例如焊接或喷涂）。机器人手臂基本上是移动工具的 东西。但并不是每个工业机器人都像一个手臂。不同机器人有不同 类型的结构。控制面板--- 操作员使用控制面板来执行一些常规任 务。（例如：改变程序或控制外围设备）。应用“机器人工人” --------------- 什么时候应该使用工业机器人而不是 人工？相信这个问题大家思考的次数并不少了。理想情况下，这应该是双赢的。想快速看到效果，你需要知道什么是别人最不喜欢的工作。想得最多的是那些重复的，乏味的工作，需要从工作人员那边进行大量单调的行动，这个思考是正确的，因为正是如此，例如从一个输送机到另一个输送机。如果总是相同的任务，您可以使用专门针对您的需求量身定制的自动化解决方案。工厂的工作处理需要越来越灵活，在这些情况下，正确的解决方案是：可以试用用于不同任务的可重新编程的机器人进行任务操作。此外，就是那些对人类工作有害的任务。（例如：用危险化学品进行表面处理，这是在有害环境中工作。在许多情况下，长期使用机器人比聘用工人更聪明和便宜。）当然，还有的是人类难以操作的工作。（例如：举或搬运重物或在不适合人类生活的条件下工作。）同样，在许多这些情况下，可以应用特定的自动化解决方案。然而，如果任务需要灵活性处理，还需要考虑要用到的机器人。以下是最常见的机器人应用程序列表：电弧焊、部件、涂层、去毛刺、压铸、造型、物料搬运、选择、码垛、打包、绘画、点焊、运输，仓储关于工 业机器人的结构-- 如何构建机器人手臂？（这很重要）在 本文中，将只列出工业机器人中使用的最常见的机器人结构类型。（详细内容公众号历史记录在“机器人类型”部分深入介绍这些类 毕业设计（论文） 四足步行机器人腿的机构设计 学生姓名： 学号： 所在系部： 专业班级： 指导教师： 日期： 摘要 本文介绍了国内外四足步行机器人的发展状况和三维制图软件SolidWorks的应用，着重分析了设计思想并对行走方式进行了设计并在此软件基础上四足步行机器人腿进行了绘制，对已绘制的零部件进行了装配和三维展示。展示了SolidWorks强大的三维制图和分析功能。同时结合模仿四足动物形态展示出了本次设计。对设计的四足行走机器人腿进行了详细的分析与总结得出了该机构的优缺点。本文对四足机器人腿的单腿结构分析比较详细，并结合三维进行理性的理解。 关键词：SolidWorks；足步行机器人腿 Abstract In this paper, fouth inside and outside the two-legged walking robot and the development of three-dimensional mapping of the application of SolidWorks software, focused on an analysis of design concepts and approach to the design of walking and the basis of this software quadruped walking robot legs have been drawn on components have been drawn to the assembly and three-dimensional display. SolidWorks demonstrated a strong three-dimensional mapping and analysis functions. At the same time, combined with four-legged animal patterns to imitate the design show. The design of four-legged walking robot legs to carry out a detailed analysis and arrive at a summary of the advantages and disadvantages of the institution. In this paper, four single-legged robot more detailed structural analysis, combined with a rational understanding of three-dimensional. Keywords: SolidWorks; four-legged walking robot 龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/7f1136545.html, 四足机器人的结构设计 作者：王丽君 来源：《中国新技术新产品》2016年第18期 摘要：随着机器人技术的不断发展，我国发明的步行机器人的应用得到了广泛地应用， 步行机器人属于一种集仿生学、机械工程学以及控制工程学等多种学科为一体的一项研究实体，是一个典型的多变量、飞翔性以及结构复杂的动力学系统，在四足机器人的研究过程中，姿态结构的不稳定以及产生稳定步行的运动已经成为了必须解决的动态平衡问题。本文首先对四足机器人的本体结构设计进行了分析；其次针对现有的步行机器人在实际研究和应用中存在的一些问题进行了分析。 关键词：四足；步行机器人；结构设计 中图分类号：TP391 文献标识码：A 在现阶段中，机器人的主要的移动方式包括轮式、履带式和足式，其中采用轮式和履带式的机器人在穿越障碍的能力方面是相对较弱的，因此运动方面的灵活性也就不能进行充分地展示。在此基础上，四足机器人的步行腿就可以具有多个自由度的特点，在落足点方面是比较分散的，因此可以在足尖点可以控制的范围之内进行灵活调整行走的步态，在穿越障碍和规避障碍的能力方面是相对较强的。 一、四足机器人的本体结构设计 1.机构模型的建立和简化 在四足哺乳动物中，腿部是由5个部分来共同组成的，利用和躯干之间的有效连接，实现对腿部的控制，从而完成行走的活动，在每一个关节当中都拥有1～3个之间的自由度，可以使其在运动的时候进行灵活和敏捷地运行。在机械的控制和复杂方面，要想完全模仿四足生物来进行机器人的行走，是有一定程度的难度的。只能在保证机器人可以灵活运动的前提下，最大程度地降低机械控制的复杂程度。四足机器人由步行腿和侧摆、大腿和小腿3个部分构成，躯体和侧摆、侧摆和大腿、大腿和小腿之间由于需要转动进而形成关节的连接，在每一个关节处都需要有一个自由度。 2.自由度的确定 四足机器人在进行的过程中，步行腿的运行可以分为两种状态，分别是摆动状态和支撑状态。在进行摆动状态的时候，步行腿就和连杆之间就会形成一种在串联基础上的空间开链式的结构，此时的步行腿的自由度和关节数量是一致的。在支撑状态中，地面就成为了并联机构的机架，可以简单地认为是和地面组成的一种球关节的状态。 教案首页 课程名称农业机器人任课教师李玉柱第2章机器人的基本结构原理计划学时 3 教学目的和要求： 1.弄清机器人的基本构成； 2.了解机器人的主要技术参数； 3.了解机器人的手部、腕部和臂部结构； 4.了解机器人的机身结构； 5.了解机器人的行走机构 重点： 1.掌握机器人的基本构成 2.弄清机器人都有哪些主要技术参数 3.机器人的手部、腕部和臂部结构 难点： 机器人的手部、腕部和臂部结构 思考题： 1.机器人由哪些部分组成？ 2.机器人的主要技术参数有哪些？ 3.机器人的行走机构共分几类，请想象未来的机器人能 否有其它类型的行走机构？ 第2章概论 教学主要内容： 2.1机器人的基本构成 2.2机器人的主要技术参数 2.3人的手臂作用机能初步分析 2.4机器人的机械结构构成 2.5机器人的手部 2.6机器人的手臂 2.7机器人的机身 2.8机器人的行走机构 本章介绍了机器人的基本构成、主要技术参数，人手臂作用机能，在此基础上对机器人的手部、手腕、手部、。机身、行走机构等原理及相关的结构设计进行讨论，使学生对机器人的机构和原理有较为清楚的了解。 2.1机器人的基本构成 简单地说：机器人的原理就是模仿人的各种肢体动作、思维方式和控制决策能力。 不同类型的机器人其机械、电气和控制结构也不相同，通常情况下，一个机器人系统由三部分、六个子系统组成。这三部分是机械部分、传感部分、控制部分；六个子系统是驱动系统、机械系统、感知系统、人机交互系统、机器人-环境交互系统、控制系统等。如图2-1所示。 图2-1 机器人的基本构成 ● 机械系统．．．． 是由关节连在一起的许多机械连杆的集合体，形成开环运动学链系。连杆类似于人类的小臂、大臂等。关节通常分为转动关节和移动关节，移动关节允许连杆做直线移动，转动关节仅允许连杆之间发生旋转运动。由关节-连杆结构所构成的机械结构一般有3个主要部件，即手、腕、臂，它们可在规定的范围上运动。 ● 驱动系统．．．． 是使各种机械部件产生运动的装置。常规的驱动系统有气动传动、液压传动或电动传动，它们可以直接地与臂、腕或手上的机械连杆或关节连接在一起，也可以使用齿轮、带、链条等机械传动机构间接传动。智能四足机器人结构设计
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