本科畢業(yè)設計說明書（小論文）第1頁共13頁兩足行走機器人行走結構部分設計機械工程及自動化許峰指導老師劉艷摘要20世紀40年代，伴隨著遙控操縱器和數(shù)控制造技術的出現(xiàn)，關于機器人技術的研究開始出現(xiàn)。經過幾十年的發(fā)展，數(shù)百種不同結構、不同控制系統(tǒng)、不同用途的機器人已進入了實用化階段。目前，機器人大多以輪子的形式實現(xiàn)行走功能階段。真正模仿人類用腿走路的機器人還不多，雖有一些六足、四足機器人涌現(xiàn)，但是兩足機器人還是鳳毛麟角。本課題主要針對兩足機器人的行走進行研究、分析、設計，然后材料加工制作，最后進行組裝和行走調試。關鍵詞研究設計制作1緒論1.1引言目前，機器人已形成一個不同技術層次、應用于多種環(huán)境的“龐大”家族，從天上到地下，從陸地到海洋到處都可以看到機器人的身影。世界著名機器人專家，日本早稻田大學的加藤一郎教授曾經指出“機器人應當具有的最大的特征之一是步行功能”。步行機器人的研究涉及到多門學科的交叉融合，如仿生學、機構學、控制理論與工程學、電子工程學、計算機科學及傳感器信息融合等。仿人形機器人正成為機器人研究中的一個熱點，其研究水平，在一定程度上代表了一個國家的高科技發(fā)展水平和綜合實力。研究仿人形雙足步行機器人，除了具有重要的學術意義，還有現(xiàn)實的應用價值。1.2機器人的發(fā)展及技術1.2.1機器人的發(fā)展20世紀40年代，伴隨著遙控操縱器和數(shù)控制造技術的出現(xiàn)，關于機器人技術的研究開始出現(xiàn)。60年代美國的ConsolidatedControl公司研制出第一臺機器人樣機，并成立了Unimation公司，定型生產了Unimate機器人。20世紀70年代以來，工業(yè)本科畢業(yè)設計說明書（小論文）第2頁共13頁機器人產業(yè)蓬勃興起，機器人技術逐漸發(fā)展為專門學科。1970年，第一次國際機器人會議在美國舉行。經過幾十年的發(fā)展，數(shù)百種不同結構、不同控制系統(tǒng)、不同用途的機器人已進入了實用化階段。目前，盡管關于機器人的定義還未統(tǒng)一，但一般認為機器人的發(fā)展按照從低級到高級經歷了三代。第一代機器人，主要指只能以“示教-再現(xiàn)”方式工作的機器人，其只能依靠人們給定的程序，重復進行各種操作。目前的各類工業(yè)機器人大都屬于第一代機器人。第二代機器人是具有一定傳感器反饋功能的機器人，其能獲取作業(yè)環(huán)境、操作對象的簡單信息，通過計算機處理、分析，機器人按照己編好的程序做出一定推理，對動作進行反饋控制，表現(xiàn)出低級的智能。當前，對第二代機器人的研究著重于實際應用與普及推廣上。第三代機器人是指具有環(huán)境感知能力，并能做出自主決策的自治機器人。它具有多種感知功能，可進行復雜的邏輯思維，判斷決策，在作業(yè)環(huán)境中可獨立行動。第三代機器人又稱為智能機器人，并己成為機器人學科的研究重點，但目前還處于實驗室探索階段1。機器人技術己成為當前科技研究和應用的焦點與重心，并逐漸在工農業(yè)生產和國防建設等方面發(fā)揮巨大作用?？梢灶A見到，機器人將在21世紀人類社會生產和生活中扮演更加重要的角色。1.2.2機器人技術機器人學是一門發(fā)展迅速的且具有高度綜合性的前沿學科，該學科涉及領域廣泛，集中了機械工程、電氣與電子工程、計算機工程、自動控制工程、生物科學以及人工智能等多種學科的最新科研成果，代表了機電一體化的最新成就2。機器人充分體現(xiàn)了人和機器的各自特長，它比傳統(tǒng)機器具有更大的靈活性和更廣泛的應用范圍。機器人的出現(xiàn)和應用是人類生產和社會進步的需要，是科學技術發(fā)展和生產工具進化的必然。目前，機器人及其自動化成套裝備己成為國內外備受重視的高新技術應用領域，與此同時它正以驚人的速度向海洋、航空、航天、軍事、農業(yè)、服務、娛樂等各個領域滲透2。目前，雖然機器人的能力還是非常有限的，但是它正在迅速發(fā)展。隨著各學科的發(fā)展和社會需要的發(fā)展，機器人技術出現(xiàn)了許多新的發(fā)展方向和趨勢，如網絡機器人技術、虛擬機器人技術、協(xié)作機器人技術、微型機器人技術和雙足步行機器人技術等。人們普遍認為，機器人技術將成為緊隨計算機技術及網絡技術之后的又一次重大的技術革命，它很可能將世界推向科學技術的新時代3。本科畢業(yè)設計說明書（小論文）第3頁共13頁1.3本課題的主要工作本課題源于“第一屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽”中兩足行走機器人。目前，機器人大多以輪子的形式實現(xiàn)行走功能階段。真正模仿人類用腿走路的機器人還不多，雖有一些六足、四足機器人涌現(xiàn)，但是兩足機器人還是鳳毛麟角。在機器人研究領域處于國際領先水平的日本，推出了諸如舞蹈機器人等雙足行走機器人，但成千上萬的傳感器和復雜的控制系統(tǒng)使這類機器人造價非常昂貴。我們這個課題，探索設計僅靠巧妙的機械裝置和簡單的控制系統(tǒng)就能實現(xiàn)模擬人類行走的機器人。其分功能有：交替邁腿、轉彎、搖頭、擺大臂、擺小臂410。2雙足機器人本體結構設計分析2.1引言兩足步行機器人是研究兩足步行的實驗對象，不同的兩足步行機器人在自由度、驅動方式、重量、高度、結構特征等方面都存在很大的差異。機器人的結構不同，其控制方式也有所區(qū)別。為了對兩足步行機器人進行深入的研究，使其實現(xiàn)預定的步行功能，必須對其機構有深入的了解和認識。2.2兩足機器人的結構分析兩足步行機器人是對人類自身的模仿，但是人類總共有上肢52對，下肢62對，背部112對，胸部52對，腰部8對，頸部16對，頭部25對之多的肌肉。從目前的科學發(fā)展情況來看，要控制具有400個雙作用式促進器的多變量系統(tǒng)是不可能的，因此，在設計步行機械時，人們只考慮移動的基本功能。例如，只考慮在平地或者具有已知障礙物的情況下的步行11。2.3機器人設計思路由于這個課題是本校的第一次出現(xiàn)，沒有可以借鑒的資料，所以我們這個小組通過各種途徑了解各種兩足機器人，通過模仿其他設計成功的機器人為設計主要思路，來設計我們的兩足步行機器人，如圖2.1，是我們這次設計的主要依據(jù)。本科畢業(yè)設計說明書（小論文）第4頁共13頁圖2.1兩足機器人的雛形2.4機器人設計方案由于我們要求設計的是比較簡單的兩足機器人，所以有關平衡和ZMP等計算全部省略，我們設計時候盡量把兩足機器人整體高度設計的盡量的矮一點，兩面設計的對稱，腳設計盡量的大一點，以此達到兩足步行機器人的平衡1215。通過上面所述和查閱相關兩足機器人行走的視屏，