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两足行走机器人行走部分的设计小论文.doc

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两足行走机器人行走部分的设计小论文.doc

本科毕业设计说明书(小论文)第1页共13页两足行走机器人行走结构部分设计机械工程及自动化许峰指导老师刘艳摘要20世纪40年代,伴随着遥控操纵器和数控制造技术的出现,关于机器人技术的研究开始出现。经过几十年的发展,数百种不同结构、不同控制系统、不同用途的机器人已进入了实用化阶段。目前,机器人大多以轮子的形式实现行走功能阶段。真正模仿人类用腿走路的机器人还不多,虽有一些六足、四足机器人涌现,但是两足机器人还是凤毛麟角。本课题主要针对两足机器人的行走进行研究、分析、设计,然后材料加工制作,最后进行组装和行走调试。关键词研究设计制作1绪论1.1引言目前,机器人已形成一个不同技术层次、应用于多种环境的庞大家族,从天上到地下,从陆地到海洋到处都可以看到机器人的身影。世界著名机器人专家,日本早稻田大学的加藤一郎教授曾经指出机器人应当具有的最大的特征之一是步行功能。步行机器人的研究涉及到多门学科的交叉融合,如仿生学、机构学、控制理论与工程学、电子工程学、计算机科学及传感器信息融合等。仿人形机器人正成为机器人研究中的一个热点,其研究水平,在一定程度上代表了一个国家的高科技发展水平和综合实力。研究仿人形双足步行机器人,除了具有重要的学术意义,还有现实的应用价值。1.2机器人的发展及技术1.2.1机器人的发展20世纪40年代,伴随着遥控操纵器和数控制造技术的出现,关于机器人技术的研究开始出现。60年代美国的ConsolidatedControl公司研制出第一台机器人样机,并成立了Unimation公司,定型生产了Unimate机器人。20世纪70年代以来,工业本科毕业设计说明书(小论文)第2页共13页机器人产业蓬勃兴起,机器人技术逐渐发展为专门学科。1970年,第一次国际机器人会议在美国举行。经过几十年的发展,数百种不同结构、不同控制系统、不同用途的机器人已进入了实用化阶段。目前,尽管关于机器人的定义还未统一,但一般认为机器人的发展按照从低级到高级经历了三代。第一代机器人,主要指只能以示教再现方式工作的机器人,其只能依靠人们给定的程序,重复进行各种操作。目前的各类工业机器人大都属于第一代机器人。第二代机器人是具有一定传感器反馈功能的机器人,其能获取作业环境、操作对象的简单信息,通过计算机处理、分析,机器人按照己编好的程序做出一定推理,对动作进行反馈控制,表现出低级的智能。当前,对第二代机器人的研究着重于实际应用与普及推广上。第三代机器人是指具有环境感知能力,并能做出自主决策的自治机器人。它具有多种感知功能,可进行复杂的逻辑思维,判断决策,在作业环境中可独立行动。第三代机器人又称为智能机器人,并己成为机器人学科的研究重点,但目前还处于实验室探索阶段1。机器人技术己成为当前科技研究和应用的焦点与重心,并逐渐在工农业生产和国防建设等方面发挥巨大作用。可以预见到,机器人将在21世纪人类社会生产和生活中扮演更加重要的角色。1.2.2机器人技术机器人学是一门发展迅速的且具有高度综合性的前沿学科,该学科涉及领域广泛,集中了机械工程、电气与电子工程、计算机工程、自动控制工程、生物科学以及人工智能等多种学科的最新科研成果,代表了机电一体化的最新成就2。机器人充分体现了人和机器的各自特长,它比传统机器具有更大的灵活性和更广泛的应用范围。机器人的出现和应用是人类生产和社会进步的需要,是科学技术发展和生产工具进化的必然。目前,机器人及其自动化成套装备己成为国内外备受重视的高新技术应用领域,与此同时它正以惊人的速度向海洋、航空、航天、军事、农业、服务、娱乐等各个领域渗透2。目前,虽然机器人的能力还是非常有限的,但是它正在迅速发展。随着各学科的发展和社会需要的发展,机器人技术出现了许多新的发展方向和趋势,如网络机器人技术、虚拟机器人技术、协作机器人技术、微型机器人技术和双足步行机器人技术等。人们普遍认为,机器人技术将成为紧随计算机技术及网络技术之后的又一次重大的技术革命,它很可能将世界推向科学技术的新时代3。本科毕业设计说明书(小论文)第3页共13页1.3本课题的主要工作本课题源于第一届全国大学生机械创新设计大赛中两足行走机器人。目前,机器人大多以轮子的形式实现行走功能阶段。真正模仿人类用腿走路的机器人还不多,虽有一些六足、四足机器人涌现,但是两足机器人还是凤毛麟角。在机器人研究领域处于国际领先水平的日本,推出了诸如舞蹈机器人等双足行走机器人,但成千上万的传感器和复杂的控制系统使这类机器人造价非常昂贵。我们这个课题,探索设计仅靠巧妙的机械装置和简单的控制系统就能实现模拟人类行走的机器人。其分功能有交替迈腿、转弯、摇头、摆大臂、摆小臂4~10。2双足机器人本体结构设计分析2.1引言两足步行机器人是研究两足步行的实验对象,不同的两足步行机器人在自由度、驱动方式、重量、高度、结构特征等方面都存在很大的差异。机器人的结构不同,其控制方式也有所区别。为了对两足步行机器人进行深入的研究,使其实现预定的步行功能,必须对其机构有深入的了解和认识。2.2两足机器人的结构分析两足步行机器人是对人类自身的模仿,但是人类总共有上肢52对,下肢62对,背部112对,胸部52对,腰部8对,颈部16对,头部25对之多的肌肉。从目前的科学发展情况来看,要控制具有400个双作用式促进器的多变量系统是不可能的,因此,在设计步行机械时,人们只考虑移动的基本功能。例如,只考虑在平地或者具有已知障碍物的情况下的步行11。2.3机器人设计思路由于这个课题是本校的第一次出现,没有可以借鉴的资料,所以我们这个小组通过各种途径了解各种两足机器人,通过模仿其他设计成功的机器人为设计主要思路,来设计我们的两足步行机器人,如图2.1,是我们这次设计的主要依据。本科毕业设计说明书(小论文)第4页共13页图2.1两足机器人的雏形2.4机器人设计方案由于我们要求设计的是比较简单的两足机器人,所以有关平衡和ZMP等计算全部省略,我们设计时候尽量把两足机器人整体高度设计的尽量的矮一点,两面设计的对称,脚设计尽量的大一点,以此达到两足步行机器人的平衡12~15。通过上面所述和查阅相关两足机器人行走的视屏,我们设计了一个17自由度的双足步行机器人模型,如图2.2所示。显示的结构特征就是采用多关节型结构。动力源采用舵机直接驱动。这样不但可以实现结构紧凑、传动精度高以及大大增加关节所能达到的最大角度,而且驱动源全为干电池,便于集中控制和程序化控制。图2.2双足步行机器人模型

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