两足仿人型机器人总体及臂手部结构设计【优秀机器人全套课程毕业设计含10张CAD图纸】

两足仿人型机器人总体及臂手部结构设计

仿人型机器人总体及臂手部结构设计

两足机器人总体及臂手部设计

仿人型机器人总体及臂手部设计

两足仿人型机器人总体及臂手部结构设计【优秀机器人全套课程毕业设计含10张CAD图纸】

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三维图参考.doc

任务书.doc

前胸板.dwg

参考文献

固定轴套.dwg

外文文献.pdf

大臂电机盒.dwg

实习报告.doc

封面.doc

开题报告.doc

总装图.dwg

摘要.doc

文献资料.doc

电机支撑板.dwg

肘部轴.dwg

肘部连接板.dwg

肩部轴.dwg

肩部连接板.dwg

英文翻译.doc

设计说明书.doc

课题申报表.doc

部装图.dwg

任务书

课题：   仿人型机器人总体及臂手部结构设计

一、设计内容

设计一个仿人型机器人。要求该机器人具有类似于人的各主要关节，能够完成步

行和手臂简单舞蹈等基本动作功能。设计的主要内容有：

1．总体设计

　　1）确定机器人的型式；

2）设计机器人的传动方案；

3）确定机器人的总体结构，绘制总装图。

2．臂、手部分机械结构设计

　　1）选择动力源；

2) 主要零件的设计计算；

3）零部件的结构设计，绘制部装图、零件图。

3、机器人臂手部主要结构三维造型设计

　　绘制主要结构的三维造型图。

二、设计依据

1．课题来源：科研课题；

2．产品名称：仿人型机器人；

3．人体高度范围：60~100cm；

4．按人体各部分比例确定各部分尺寸；

5．用最少的自由度实现人类最基本的动作功能；

6．各关节的运动范围尽可能大；

7．批量：本机器人设计、制造一台。

三、设计要求

1．能满足步行要求，保证行走平稳；

2．结构简单，运动可靠，装卸方便，便于维修、调整；  

3．尽量使用通用件，以便降低制造成本；

4．各动力部件便于控制；

5．设计图样总量：折合成A0幅面在3张以上；工具要求：应用计算机软件绘图；过

程要求：装配图需提供手工草图；

6．毕业设计说明书按照学校规定的格式规范统一编排、打印，字数不少于1万字；

7．查阅文献资料10篇以上，并有不少于3000汉字的外文资料翻译；

8．到相关单位进行毕业实习，撰写不少于3000字实习报告；

9．撰写开题报告。

四、毕业设计物化成果的具体内容及要求

1、设计成果要求

  1）毕业设计说明书                      1   份

2）机器人总装图                        1   张

3）腰部及以上部装图               　　 1   张

4）三维造型图                          1   套

5）其它零件图                        　不少于7张

2、外文资料翻译（英译中）要求

1）外文翻译材料中文字不少于3000字；

2）内容必须与毕业设计课题相关；

3）所选外文资料应是近10年的文章，并标明文章出处。

五、 毕业设计（论文）进度计划

起讫日期工作内容备    注

3月17日～3月18日布置任务

3月19日～4月1日调查研究，毕业实习

4月2日～4月15日方案论证，总体设计

4月16日～4月30日技术设计（部件设计）

5月8日～5月23日工作设计（零件设计）

5月24日～6月7日撰写毕业设计说明书

6月8日～6月10日毕业设计预答辩

6月11日～6月18日修改资料

6月19日～6月21日评阅材料

6月22日～6月24日毕业答辩

6月25日～6月28日材料整理装袋

六、 主要参考文献：

1、龚振邦.机器人机械设计[M].北京:电子工业出版社，1995.

2、马香峰.工业机器人的操作机设计[M].北京：冶金工业出版社，1996.

3、费仁元,张慧慧.机器人机械设计和分析[M].北京：北京工业大学出版社，1998.

4、周伯英.工业机器人设计[M].北京：机械工业出版社，1995.

5、蔡自兴.机器人学[M].北京：清华大学出版社，2000.

6、宗光华,刘海波译.机器人技术手册[M].北京：科学出版社，1996.

7、徐卫良,钱瑞明译.机器人操作的数学导论[M]. 北京：机械工业出版社，1998.

8、孙迪生,王炎.机器人控制技术[M].北京：机械工业出版社，1998.

9、徐灏.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2002.

10、殷际英,何广平.关节型机器人[M].北京:化学工业出版社，2003.

11、叶伟昌.机械工程及自动化简明设计手册[M].北京：机械工业出版社，2001.

仿人型机器人总体及臂手部结构设计

摘要：本文对仿人机器人构型的研究现状进行综述，分析了国内、外现有仿人机器人普遍采用的串联构型的特点；介绍了人体的结构，对关节、肢体构成与运动进行简化，建立人体的简化构型。提出了仿人机器人研究中存在的、需进一步研究的相关问题，针对问题提出了研究重点及未来发展方向。本课题设计的仿人机器人具有9个自由度，包括头部俯仰、肩关节转动与摆动、肘关节摆动和腕关节摆动。机器人关节是机器人的基础部件，其性能的好坏直接影响机器人的性能，本课题设计的仿人机器人关节处，利用步进电机经过一对直齿圆柱齿轮来传递动力，它具有结构简单、紧凑、传动稳定等优点。由于仿人型机器人的运动模型与人体的运动模型是不同的，所以捕获的人体的动作数据不能直接应用于仿人型机器人，需要通过运动学匹配将获取的人体动作数据转化为满足运动学约束的仿人型机器人运动数据。机器人上肢在空中运动，其运动学约束条件只包括关节范围及自由度的数目。该仿人机器人具有类似于人的各主要关节，能够完成步行和手臂简单舞蹈等基本动作功能。

关键词：仿人型机器人；结构设计；三维造型

The Design of Overall and Hand Arm Structure

of Humanoid Robot

Abstract :The current status and development of the mechanismarchitecture of humanoid robots are summarized and the characteristics of the serial architectures used universally in current humanoid robots at home and abroad are analyzed; The structures of human body is simply introduced and joints, the constitution of limbs and its movement are investigated and simplified. The humanoid robots can be applied in the occasion of robots service, popularization of science, entertainment and the research of humanoid robots, especially the biped robots, may be helpful to the intelligent prosthesis development in the future. The topics designed humanoid robot has nine degrees of freedom，including the head pitching，swinging and shoulder rotation，Swing elbow and wrist swinging．Robot joint robot is the basis of components, their performance will have a direct impact on the performance of robots, The topics designed humanoid robot joints，using stepper motor through a spur gear to transfer power, It is simple and compact structure, transmission and stability advantages. The kinematics and dynamics research of a humanoid robot are crucial problem, which must be solved. They affect the walking performance. As the humanoid robot motion model and the human body motion model is different, so capture the movements of human data can not be directly applied to humanoid robots, needs the human body movement data which will gain through the kinematics match to transform for satisfies the kinematics restraint to imitate the human robot movement data. Robot arm in the air campaign, the kinematic constraints only joint scope and the number of degrees of freedom. The humanoid robot is similar to that of the major joints, and walking to complete a simple dance arm basic motor function.

Key words:Humaniod Robot;Structural Design;3D Modeling

目录

1前言1

1.1 仿人机器人的概念1

1.2 课题来源1

1.3 技术要求1

1.4 国内外研究现状及发展状况2

1.4.1 国内研究现状2

1.4.2 国外研究现状2

1.4.3 发展趋势3

1.5 本课题要解决的主要问题及解决方案4

2 总体方案设计6

2.1 仿人机器人臂手部结构的确定6

2.2 仿人机器人上身尺寸的确定6

2.3 结构的设计6

2.4 仿人机器人自由度的确定6

2.5 电机的选择7

3 机器人驱动装置的设计8

3.1 肩部步进电机的选择9

3.2 肘部步进电机的选择9

3.3 腕部及头部电机选择10

4.仿人机器人机械传动件的设计11

4.1 齿轮的设计11

4.1.1 肩部齿轮的设计与校核11

4.1.2 肘腕部齿轮设计13

4.1.3 头部齿轮的设计14

4.2 轴的设计与计算15

4.2.1 轴的结构设计15

4.2.2 轴的强度计算16

5. 仿人型机器人连接板的设计及校核20

5.1 肩部连接板的设计与校核20

5.2 电机支撑板的设计与校核21

6. 仿人型机器人三维造型及运动仿真22

6.1 仿人型机器人三维造型22

6.2 仿人型机器人运动仿真23

6.3 仿人型机器人舞蹈运动分析23

6.4 仿人机器人重力分析23

7 结论25

参考文献26

致    谢27

1前言

1.1 仿人机器人的概念

现阶段，机器人的研究应用领域不断拓宽，其中仿人机器人的研究和应用尤其受到普遍关注，并成为智能机器人领域中最活跃的研究热点之一。

研究与人类外观特征类似，具有人类智能、灵活性，并能够与人交流，不断适应环境的仿人机器人一直是人类的梦想之一。世界上最早的仿人机器人研究组织诞生于日本，1973年，以早稻大学加藤一郎教授为首，组成了大学和企业之间的联合研究组织，其目的就是研究仿人机器人。加藤一郎教授突破了仿人机器人研究中最关键的一步——两足步行。1996年11月，本田公司研制出了自己的第一台仿人步行机器人机P2，2000年11月，又推出了最新一代的仿人机器人ASIMO。国防科技大学也在2001年12月独立研制出了我国第一台仿人机器人。

参考文献

[1] 贾丁.仿人机器人概述[J]．机器人技术与应用,2002,（5）:6-7.

[2] 李允明.国外仿人机器人发展概括[J].机器人,2005.11,（6）:562-568.

[3] 徐锦康. 机械设计[M] .机械工业出版社 2004.4.

[4] 王旭，王积森. 机械设计课程设计[M] .机械工业出版社 2004.6.

[5] 钱志峰,刘苏. 工程图学基础教程[M] .科学出版社 2001.9.

[6] 成大先. 机械设计手册[M]. 化学工业出版社  2002.1.

[7] 徐灏.  机械设计手册[M]. 北京：机械工业出版社  2002.

[8] 周建方. 材料力学[M]. 机械工业出版社  2004.1.

[9] 龚振邦.机器人机械设计[M].北京:电子工业出版社  1995.11.

[10] 费仁元,张慧慧.机器人设计和分析[M].北京工业大学出版社  1998.9.

[11] 周伯英. 工业机器人设计[M]. 北京：机械工业出版社  1995.

[12] 蔡自兴. 机器人学[M].北京：清华大学出版社  1995.

[13] 赵晓军. 基于人体运动的仿人型机器人动作的运动学匹配[J]. 机器人,2005.7,（4）:358-361.