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1 绪论1.1 课题的研究意义1.2 拟人步行机器人的发展及技术1.3 拟人步行机器人优点及国内外研究概况2 拟人步行机器人的本体结构设计2.1 引言2.2 拟人步行机器人的结构设计2.3 拟人步行机器人的自由度配置2.4 驱动方式的选择3 拟人步行机器人的结构设计3.1 总体结构图3.2 头部的部件图3.3 身体部分部件图3.4 身体腿部部件图35 身体脚部件图结束语 致谢参考文献 1 绪论1.1 课题的研究意义1.2 拟人步行机器人的发展及技术1.3 拟人步行机器人优点及国内外研究概况2 拟人步行机器人的本体结构设计2.1 引言2.2 拟人步行机器人的结构设计2.3 拟人步行机器人的自由度配置2.4 驱动方式的选择3 拟人步行机器人的结构设计3.1 总体结构图3.2 头部的部件图3.3 身体部分部件图3.4 身体腿部部件图35 身体脚部件图结束语 致谢参考文献 拟人步行机器人的设计方案拟人步行机器人的设计方案 双足步行机器人本体的机械结构是研究机器人的基础，结构的好坏直接影响到机器人后续的研究工作。以双足类人结构特征为基础，各研究结构研制的双足机器人在自由度，驱动方式，重量，高度与结构特征等方面都存在很大的差异。机器人结构的不同，其控制的方式也有所不同。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。郑元芳博士从仿生学的角度对类人机器人的腿部自由度配置进行了深入的研究，得出关节扭矩最小条件下两足步行机器人的自由度配置。他认为髋部和踝部设两个自由度，可使机器人在不平地面上站立，骸部再加一个扭转自由度，可改变行走方向，踝关节处加一个旋转自由度可使脚板在不规则表面上落地，这样机器人的腿部需要有 72 个自由度(骸关节 3 个，膝关节 1 个，踝关节 3 个)。但是，无论现在的两足步行机器人还是拟人机器人都还只能在规则路面上行走，所以各研究机构都选择了 62 个自由度(踝关节 3 个，膝关节 1 个，踝关节 2 个)，如:哈尔滨工业大学的 HIT-m、国防科技大的“先行者” 、本田公司的 AsIMO 和索尼公司的 SDR 和 QRIO。具有 62 个自由度的机器人的机械结构和控制都特别的复杂。按照在能完成研究目标的情况下，自由度最少的设计原则，在过去的四十年中，为了不同的研究目标，人们设计了许多具有不同自由度的两足步行机器人，按照行走过程中的稳定方式，两足步行机器人一般分为三类:(1) 静态机器人，这类步行机器人的 COM(Censer of Mass)始终处于支撑多边形(单脚支撑期为支撑脚的轮廓线，双脚支撑期为两只脚的外边沿所围成的凸多边形)内，所以只能实现静态行走；(2) 动态机器人，这类步行机器人有踝关节，依靠踝关节来保证它的 ZMP 点(Zero Momeni Censer)始终处于支撑多边形内，所以可以实现静态行走和动态行走；(3) 全动态机器人，这类步行机器人的踝关节没有驱动，甚至没有踝关节所以，支撑多边形在单脚支撑期缩小成一个点，在双脚支撑期缩小为一条线段，所以，这类机器人不能保持静态平衡，只能实现动态行走8， 9。 自由度数最少的两足步行机器人只有一个自由度，如图 2.1 所示。这类机器人没有躯干，两条腿直接铰链在一起。这类机器人理论上只有一个自由度，实际上，为了防止摆动腿摆动时和地面干涉，这两条腿都必须是可以伸缩的。加上这两个平移自由度，这个机器人实际上有 3 个自由度。它的运动学模型是平面的，没有侧向运动，在径向平面内的运动象一个两脚圆规。在双脚支撑期，没有冗余自由度。这类两足步行机器人不能保持静态平衡，属于完全动态机器人，在仅受重力作用时，可以在斜面上行走。图 1 一个自由度的两足步行机器人双足机器人的自由度配置我们设计了一个双足步行机器人模型，如图 2 所示。显著的结构特征就是采用多关节型结构。行走机构能实现平地前后行、爬斜坡等功能。动力源采用舵机直接动，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，而且驱动源全为电机，便于集中控制和程序化控制。图 3 双足步行机器人模型图 3 模仿人类，肩关节三个自由度，前向和侧向自由度，一般不考虑转动的自由度。肘关节两个自由度前向和侧向自由度，腕关节一个自由度。踝关节有两个自由度，前向和侧向自由度:膝关节只有一个前向自由度，髋关节处要模拟人类髋关节行为理论上要求有三个正交的自由度，但在机器人直线前进时只需要正交的前向和侧向自由度，同样不考虑5， 6。 拟人步行机器人的设计方案 双足步行机器人本体的机械结构是研究机器人的基础，结构的好坏直接影响到机器人后续的研究工作。以双足类人结构特征为基础，各研究结构研制的双足机器人在自由度，驱动方式，重量，高度与结构特征等方面都存在很大的差异。机器人结构的不同，其控制的方式也有所不同。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。郑元芳博士从仿生学的角度对类人机器人的腿部自由度配置进行了深入的研究，得出关节扭矩最小条件下两足步行机器人的自由度配置。他认为髋部和踝部设两个自由度，可使机器人在不平地面上站立，骸部再加一个扭转自由度，可改变行走方向，踝关节处加一个旋转自由度可使脚板在不规则表面上落地，这样机器人的腿部需要有72个自由度(骸关节3个，膝关节1个，踝关节3个)。但是，无论现在的两足步行机器人还是拟人机器人都还只能在规则路面上行走，所以各研究机构都选择了62个自由度(踝关节3个，膝关节1个，踝关节2个)，如:哈尔滨工业大学的HIT-m、国防科技大的“先行者”、本田公司的AsIMO和索尼公司的SDR和QRIO。具有62个自由度的机器人的机械结构和控制都特别的复杂。按照在能完成研究目标的情况下，自由度最少的设计原则，在过去的四十年中，为了不同的研究目标，人们设计了许多具有不同自由度的两足步行机器人，按照行走过程中的稳定方式，两足步行机器人一般分为三类:(1) 静态机器人，这类步行机器人的COM(Censer of Mass)始终处于支撑多边形(单脚支撑期为支撑脚的轮廓线，双脚支撑期为两只脚的外边沿所围成的凸多边形)内，所以只能实现静态行走；(2) 动态机器人，这类步行机器人有踝关节，依靠踝关节来保证它的ZMP点(Zero Momeni Censer)始终处于支撑多边形内，所以可以实现静态行走和动态行走；(3) 全动态机器人，这类步行机器人的踝关节没有驱动，甚至没有踝关节所以，支撑多边形在单脚支撑期缩小成一个点，在双脚支撑期缩小为一条线段，所以，这类机器人不能保持静态平衡，只能实现动态行走8， 9。 自由度数最少的两足步行机器人只有一个自由度，如图2.1所示。这类机器人没有躯干，两条腿直接铰链在一起。这类机器人理论上只有一个自由度，实际上，为了防止摆动腿摆动时和地面干涉，这两条腿都必须是可以伸缩的。加上这两个平移自由度，这个机器人实际上有3个自由度。它的运动学模型是平面的，没有侧向运动，在径向平面内的运动象一个两脚圆规。在双脚支撑期，没有冗余自由度。这类两足步行机器人不能保持静态平衡，属于完全动态机器人，在仅受重力作用时，可以在斜面上行走。图1 一个自由度的两足步行机器人双足机器人的自由度配置我们设计了一个双足步行机器人模型，如图2所示。显著的结构特征就是采用多关节型结构。行走机构能实现平地前后行、爬斜坡等功能。动力源采用舵机直接动，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，而且驱动源全为电机，便于集中控制和程序化控制。图3 双足步行机器人模型图3模仿人类，肩关节三个自由度，前向和侧向自由度，一般不考虑转动的自由度。肘关节两个自由度前向和侧向自由度，腕关节一个自由度。踝关节有两个自由度，前向和侧向自由度:膝关节只有一个前向自由度，髋关节处要模拟人类髋关节行为理论上要求有三个正交的自由度，但在机器人直线前进时只需要正交的前向和侧向自由度，同样不考虑5， 6。 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 设计设计(论文论文)题目：题目：拟人步行机器人的设计 学生姓名： 指导教师： 二级学院： 专业： 班级： 学号： 提交日期： 年 月 日 答辩日期： 年 月 日 金陵科技学院学士学位论文 目录II目 录摘 要.IIIAbstract.IV1 绪论.11.1 国外仿人机器人的介绍.11.1.1 HODON 仿人机器人.11.1.2 HRP 仿人机器人 .21.1.3 索尼仿人机器人.21.1.4 韩国仿人机器人 KHR.31.2 国内仿人机器人的研究.41.2.1 “先行者”仿人机器人.41.2.2 BHR-01 仿人机器人.52 拟人步行机器人本体结构设计分析.62.1 确定基本技术参数.62.2 拟人步行机器人的结构分析.62.3 拟人步行机器人的自由度配置.92.4 驱动方式的选择和舵机工作原理.112.4.1 驱动方式的选择.112.4.2 舵机的工作原理.123 拟人步行机器人图.133.1 总体结构三维图.133.2 臂部结构三维.153.3 部分零件三维图.15总 结.18参考文献.19致 谢.20金陵科技学院学士学位论文 摘要III拟人步行机器人的设计摘 要机器人属于机电一体化系列产品之一，拟人步行机器人已经成为当今科学家专家们的研究重要对象。拟人步行机器人的设计研究深入到各个领域，比如机械、电子、信息论、人工智能、生物学以及计算机等诸多学科知识，机器人的发展同时也促成了这些学科的发展。本文对一种使用在拟人步行机器人结构进行设计，并完成总装配图和零件图的绘制。要求对机器人模型进行分析，估算各关节所需转矩和功率，完成鸵机的选型。关键词：机械臂，结构设计，拟人步行机器人，鸵机金陵科技学院学士学位论文 AbstractIVAnthropomorphic Walking Robot DesignAbstractRobot is a typical mechatronic products, anthropomorphic robot walking robot is a hot research field. Anthropomorphic walking robot requires a combination of mechanical, electronic, information theory, artificial intelligence, biology and computer knowledge, and many other disciplines, while its own development but also promote the development of these disciplines.This paper, an anthropomorphic walking robot for use in structural design, and complete drawing and part drawing general assembly drawings. Requirements for the robot model is analyzed to estimate the required torque and power of each joint, complete selection of ostrich machine.Keywords: arm, structural design, anthropomorphic walking robot, ostrich machine.金陵科技学院学士学位论文 1 绪论11 绪论1.1 国外仿人机器人的介绍在机器人，美国是机器人的第一项研究中，但日本后来居上，优良的机械技术和半导体结合起来，在这方面，美国是世界上第一台机器人。目前，80的在日本机器人全世界生产。人形机器的发展始于 20 世纪 60 年代末，只有三，四十年本世纪。然而，研究进展迅速人形机器人。许多科学家都参与了这方面的研究已经成为在机器人研究领域中最重要的项目之一。许多国家在国际研究，但每个国家都有其自身的特点：日本倾向于模仿人类的活动，主要是在欧洲，医疗服务，特别是在美国用于军事目的。1.1.1 HODON 仿人机器人根据最有影响力的本田人形机器人人形机器人。 1996 年，当第二代本田类人机器人原型 P2（图 1.1A） ，他的秘密（高度 1820 毫米，宽度 600 毫米的机身重量 210 千克，共出版的成功开发出来后 10 年 30 自由度） ，健身震惊国际机器人。 P2 是世界无限制的楼梯往下走的第一个人形机器人。研究 P2 跳下机器人两足步行推向了高潮，使得本田在这一领域的绝对的世界领先地位。 1997 年 12 月本田（1800 毫米高度 1600 从原来的 210公斤毫米减压 130 千克）发布 P3 型双足机器人（图 1.1B）和 P2 型相差无几，但重量减轻和高度以及使用新材料镁3。2000 年，P2 和 P3 ASIMO（图 1.1C） ，1200 毫米高 450 毫米的机身宽度问世的缩小版，重物 52 公斤，有 26 个自由度，不仅为步行，爬楼梯，各种声音识别，也由摄像机头捕获的图像和预先设计的程序来识别各种手势和身体动作 10 个不同的面。跑步人形机器人，以最新的技术。一旦在一定的时间段的执行，用他的脚关同时地面期间的机器人。目前，ASIMO 的脚从地面到 0.08s，新一代 50 毫米的距离跳投。检查浮动平衡，本田改善四肢和关节体控制和旋转运动腰部的控制的结构，改进的快速流动的控制进行了改进中发挥重要作用3。图 1.1 HODON 仿人机器人金陵科技学院学士学位论文 1 绪论21.1.2 HRP 仿人机器人工业技术日本（METI）研究所于 2002 年在 1998 年开始研究人形机器人项目，经过五年的项目，应用，HRP（图 1.2）机器人系列的开发。的 HRP2155 厘米身高，体重 54 千克有 32 个自由度，特别是 62（腿）+62（ARM）2（腰）2（主要）+2（平均）= 32-2 HRP 臂具有六个自由度（肩 3，第一肘，腕 2） ，和一个较强的工作能力。腰围两个自由度，这使得它可能的上涨后，他的第一个机器人人形下降。两侧连接到大腿悬臂悬垂，从而增加了腿的灵活性，使得两个支路可以外腿之间相对小的碰撞内实现臀部，行走步骤函数模型。图 1.2。图 1.2 HRP 仿人机器人1.1.3 索尼仿人机器人2000 年 11 月，索尼推出了一款仿人机器人 SDR-3X 娱乐公司（索尼梦机器人-3X） ，SDR-3X 是一种小型人形机器人。规格为高度为 500mm，5 公斤，共 24 个自由度的宽度220 毫米包重量。的自由度的分布：二，躯干 2.4 每个臂，每条腿 6. SDR 3X 七动作（1）最多为 15 米/分钟向前/向后/向上横行， （2）促进旋转速度（异步传输 90 度） ，（3）从仰卧位/杨州（4）单腿站立（也做在一个斜坡上）工艺（5） ，走在凹凸不平的地面这个动作; （6）打（7）舞。 2003 年，SDR 机器人 SDR-4X SDR 4XII 最新型的改进版（如图 1.3）出 580 毫米，宽 270 毫米机身，重量为 7 公斤，共有 38 个自由度。现更名为 QRIO。 QRIO 不仅能够行走，还可以躺下，站起，多机器人同步舞蹈。作为一个娱乐机器人，可以与他人共同生活，带来的乐趣和享受。 QRIO 很快就会上市销售。如图 1.3所示。金陵科技学院学士学位论文 1 绪论3图 1.3 索尼仿人机器人1.1.4 韩国仿人机器人 KHRKAIST（韩国科学技术院）于 2002 年 1 月，在智能机器人的发展，今年八月发展吴君浩教授正式开发，智能机器人韩国 KHR-1 的首体，并于 2003 年 1 月运行 khr- 1。然后身体（图 1.4 左）十二月 KHR-2 开发，只能机器人在 2004 年 8 月执行 shutdown 线。 KHR-1 1200 毫米高，体重 48 公斤，共 21 个自由度，下部构件 12，臂 8，腰部。 KHR-2 1200mm 高度，秤砣 54 公斤，有 41 个自由度，其蔓延：前六，八臂，手和腿 14 12. 2004 年 12 月 22 日，韩国科学技术院已成功开发出新型智能机器人“HUBO” ，新的智能机器人高度 1.250 毫米，体重宣布 300 mm 的前 55 千克类型，可以运行识别和语音 1.2 公里，距离眼睛能转动的一个小时，合成，并具有良好的功能视觉。 41 连接器，轻轻打开五指分开的活动，与人握手， “石头，剪子，布”游戏，会跳布鲁斯舞。图 1.4 KHR-2 和 Hubo 仿人机器人1.2 国内仿人机器人的研究中国在“六五”计划，以解决机器人列国家重大研究计划的内容，拨巨款在全国第金陵科技学院学士学位论文 1 绪论4一个机器人的研究示范项目的沉阳，展开了全面的理论和基本组件机器人基地。在过去的十年中，已经开发了教学和演奏治疗，点焊，弧焊的类型，生产喷涂，装配工业机器人和水下作业，军事和特种机器人的完整范围。此时，教学和机器人技术的类型的播放已经变得成熟，以及促进在植物中使用的。长春第一辆车的作品，自己的油漆生产线操作机器人东风汽车工厂。国家发展计划 863 高科技始于 1986 年 3 月，被列入研究，智能机器人内容的开发。现在，我们必须加快生产和应用，与中国国情相结合，生产出结构简单，成本低，实用机器人和特种机器人。这项研究还支持国家人形机器人 863 和自然科学基金项目时，连续多年，如国防科技大学，哈尔滨工业大学，北京理工大学，清华大学，上海交通大学，理工大学和永久的一部分中国已建立了一个原型人形机器人开始4。1.2.1 “先行者”仿人机器人在中国，国防，科学技术是机器人的第一发展。科技部和国防科技大学于 1988 年研制成功的联合计划 6 英尺，1990 年，1210，系统空间公共关节机器人，人类行走的基本任务开发的。2000 年 11 月 30 日，先进的机器人在国防科技大学研制成功。 “先锋”的高度 140厘米，体重 20 公斤，上肢和下肢模仿简化，旋转 15 度，可以是在地面上。向前，向后，向左，右，左，右移动;手臂旋转头可以左右旋转的权利，可以证明所有的目光闪烁。和某些语言技能;动态频率步骤 2 秒散步迅速在小的偏差，在一个不确定的环境中运行。在机械结构，控制系统，规划和协调运动控制的整体结构提出了一些进展。但“先锋”的机器人的原型，在交通，特别是人的肢体语言的类似要求。如图 1 所示。图 1.5 “先行者”仿人机器人1.2.2 BHR-01 仿人机器人目前的结果是一个新的发展，成功的在 2002 年 12 月，北京工业学院，我们的第一个真正的人形机器人 BHR01 中， “惠童”一个中国名字。金陵科技学院学士学位论文 1 绪论5身高 158 厘米和 BHR 01，体重 76 公斤，33 度，特别是 62（的）72（ARM）+（工具）+（22）+（BHR）33。- 01 可以模仿。前进，后退，边，角，上楼梯，太极，整个行动。与视觉、语音对话、力量、平衡等；1 英里每小时的步伐走路，33 厘米；此外，空载运行。根据自己的高度平衡，实现稳定的步行道不明。太极拳，BHR - 01 的部署，这些特点研制成功，标志着我国已经有机器人机构、控制、传感器、电源，在一个高度集成的技术，如图 1.6 所示。 。 图 1.6 BHR 仿人机器人金陵科技学院学士学位论文 2 拟人步行机器人本体结构设计分析62 拟人步行机器人本体结构设计分析2.1 确定基本技术参数为实现全面自由的制度空间位置的 19，可以结合不同的体育项目，根据本课题的设计可以为以下五种方案：这是一个圆柱状的旋转运动通过两个移动，共有三个自由运动，工作空间图形是圆柱形的。类型和协同工作的身体条件在同一空间，体积小，而大的运动。（b）直角坐标直角坐标系下的工业机器人的运动，是由三个正交的空间组成的，图形是一种梁在轴向位移轴距离，可直接读出，简单，方便的位置、姿态规划，定位精度。一个简单的身体结构，但空间的体积和灵活性较差。（c）协调型球和极性，包括两个旋转和直线运动，即旋转，俯仰和伸展运动，空间的一个球，可以上下移动和地面运动可以爬行或工作相对较低；结构紧凑，大尺寸的特征空间，但结构复杂。D。也被称为综合协调，机器人的上肢前臂前三个关节，其中以共同的、普遍的支柱和规模，这些机器人臂之间形成后，肩、臂和小臂之间形成的大臂肘，回臂和小臂开口。与波的特征。规模较大的灵活性，工作场所，通用性强，可以通过一个对象的把握。E 面有两个共同关节；两个联合检查之前和之后，从左到右，共同执行移动是移动的，空间的横截面的转动轨迹图形，矩形，高移动连接长度，共同形成的两个角决策的截面尺寸的大小，形状，在一个方向的刚度较大的灵活性，在垂直方向。很简单，动作灵活，用于装配组件，特别是小规格的会议。超过五个方案，方案不能完全实现所需的行动方案；第二，复杂结构的方案，三种方案；五不到这个问题的基础上，采取行动。研究的四个方案：决定考虑机器人。这些节目的小空间，空间，动作灵活，加工精度。为了深入研究所奉献的机器人，从而实现目标函数的机构运行，必须深入认识和理解。2.2 拟人步行机器人的结构分析其他人模仿短机器人的人类，再加上一共有 52 对上下肢，双下肢 62，在后面的112，胸 52，8 从腰部，颈部 16，比头部的肌肉 25 个。按目前的发展在科学判断，有400 双重作用来控制推广多变量系统是不可能的，因此，在步行机，人们只考虑基本功能的运动的设计。例如，只有平面或具有屏障15的已知周期。郑元方博士仿生学角度出发做了全面检查人形双腿配置自由度机械手，关节力矩短仿人机器人的配置最低标准的条件下生产。他认为，髋关节和踝关节的两个自由度，在不平的地面上，臀部和反向自由足机器人，你可以改变行程，踝关节和一定程度的自由旋转的方向可以使表面凹凸不平在你的脚下的土地，一个机器人销 72 个自由度（3 髋，膝，1,3 脚踝） 。金陵科技学院学士学位论文 2 拟人步行机器人本体结构设计分析7但现在，一个机器人或机器人只能在运行规则，所以在不同的机构有选择的自由度（62 髋关节，膝关节，3，1，2） ，如：大学“击中三大防御先锋”因此，本田和特别提款权（SDR）和索尼公司可利欧一起。机械结构和机器人的控制 62 个自由度是非常复杂的。调查的结论，根据目标，至少对于设计自由度，在过去 40 年中，其它的目的的原则，有很多人有不同程度的机器人的自由度，根据工艺稳定性，机器人它们被分为三类：（1）本机器人静态机器人，COM（中心的支持一直在哈尔滨工程大学（大量）多边形内部的支持和支撑腿的脚的轮廓，支持两个脚的边缘包围多边形） ，所以只是默默的走着。（2）动态的机器人，机器人依靠，只有确保 ZMP（零 Momeni 一直在支持中心）的多边形，从而实现静态和动态步态。（3）完全动态的机器人，它的踝关节上没有驱动，基本无踝关节。因此，在支持多边形的内部支持减少到一个点上，以减少支撑线，所以这类机器人的静态平衡，可以实现动态行走。然后，根据自由至少能够实现类似人行走机器人多个参考模型，行走的人形机器人的功能结构的原理。要计算自由度，我们采用了以下原则：因为机器人一端固定在机器人单腿支撑结构开放，自由连锁。机器人而腿关闭冗余自由度的链结构分析。的自由度的数目，至少一个人行走机器人只有一个自由度，如图 2.1。图 2.1 这些机器人不干直接源于两双腿并拢。这种类型的机器人的，在理论上，自由的只有一个度，事实上，介入，以防止摆动腿和地板，腿必须是可伸缩的。两个平移自由度，机器人实际上三个自由度。它的运动学模型是像两只脚的圆运动的径向平面平，侧向运动。在腿上，没有冗余自由度。此行走人形机器人不能保持静平衡是一个完全动态的机器人，当时只有靠重力，可以去的山坡上。 图 2.1 一个自由度的拟人步行机器人图 2.2 是一个四自由度机器人简图。这种机器人结构，是由两条腿和一个躯干组成的。这个机器人的模型飞机，没有横向移动，以避免对倾销的定义，两个脚，腿上的径向垂直的平面。的方向上的表面的运动方案。在五个离合器（包括船体和结构变化的两个腿）和四个自由度的机器人。这个机器人属动态型的，可以在水平面内直线走了几步，金陵科技学院学士学位论文 2 拟人步行机器人本体结构设计分析8然后双腿，因为有一个很大的影响。图 2.2 四个自由度的拟人步行机器人这是一个图 2.3 八度的机器人。图 2.3 显示了人形机器人行走八度的自由。这些包括躯干和两条腿，臀部和膝盖关节是最高的自由和踝度横向转动自由度由报头和一个自由度。倒立摆模型作为刚性脚踝从侧缝自由的只有一个程度的横向移动，使外侧平衡。包括 7 连杆 6，并在运动的径向方向上的关节。该型机器人的行走在平坦的山坡上和地板上，上下楼梯。但因为只有一个踝关节的侧面，以使共同驱动马达的性能方面，并且需要控制的更大的精确度，往往转储输出侧。图 2.3 八个自由度的拟人步行机器人该机器人是在图 2.4 示出的真正的自由机器人 12，这三个自由度漫游器髋关节和膝关节有一定的自由度，只有两个度。运动的表面，包括五道杠，四自由度，包括在酒吧土壤运动和 76 度。由于髋关节周围的垂直轴自由转动，因此，这些机器人可以弯曲期间。六个这样的机器人，这些机器人的冗余，是一个动态的机器人，可以在一般的水平地面（塑料瓦，地面或草原）和斜坡走也可以走楼梯，旋转和这些机器人可以很容易的。在手臂和脖子上更普遍的接受。金陵科技学院学士学位论文 2 拟人步行机器人本体结构设计分析9图 2.4 具有十二个自由度的拟人步行机器人从上面的分析我们可以看出，这类机器人是从完全动态机器人到动态机器人。大多数人在脚支撑期可作为重心脚到另一只脚，但相对的，在某些时期，有很多问题，无论机器人结构的腿，在巨大的冲击，因此不保证不平衡在膝关节，特别是机器人。2.3 拟人步行机器人的自由度配置总之，我们设计了称为 XW（XW 机器人机械手） ，或脚模式，在图 2.6 中普通的结构清除所示的结构特征。该机构可以在地面行走，边坡等直接与电源驱动，所以不仅结构紧凑，精度与大量增加的最大的角落，如果发动机的控制规律，并对控制系统中的应用。图 2.6 双足步行机器人模型图 2.6 经过三次自由人，肩膀和一般自由，无论两自由度旋转。肘部和自由，脉冲的自由。自由之前只有两个自由度，自由只是一个膝，髋模拟的三个垂直要求彼此的行为，而是自由的在机器人前面的程度可以由没有。考虑。如表 2.1。金陵科技学院学士学位论文 2 拟人步行机器人本体结构设计分析10表 2.1 机器人关节编号“两条腿”走路。其中一个在稳定性和灵活性的内在动力足站立不稳的主要问题，你可以步行到模仿的动作，机器人的设计和规划是非常重要的。在设计时必须考虑的机器人关节力矩的问题的一个主要的限制机构的刚度，铅的腿，如果税会导致损坏的机器人重量栏之间的连接材料，操作简便，维修方便等优点。等。基于仿生学原理，设计长度比四肢和人类肢体的长度，以提高机器人的稳定性是更大的模型。为了简化动力计算和运动和髋，踝啮合双缝结构，削弱和非线性的，并能适应的解离飞机的水平运动。材质，重量轻，刚性的选择原则。为韧性断裂铝，重量，材料主要原料的机器人。2.4 驱动方式的选择和舵机工作原理2.4.1 驱动方式的选择驱动机构的联合运动的推动力量。目前，特别是气动、液压、伺服电机驱动，两条腿走路。人的作用相当于肌肉中，当连杆和关节的机器人提出了骨头，然后开车在肌肉、移动或改变轮胎通过机器人的构型。必须有加速或减速税足够的流量。同时，驾驶员必须准确，灵敏且易于光，经济性，操作和维护。现在已经有很多驱动器，常用的有如下：（1）电机的转向，电机，电机直接；（2）液压传动；（3）驱动程序；（4）形状记忆合金； （5）超磁致伸缩驱动器。金陵科技学院学士学位论文 2 拟人步行机器人本体结构设计分析11刚度和液压驱动活塞精密一起做。刚性固定的活塞和汽缸油，促进气缸活塞的内部压力的调节结束时，液压缸的另一端可以控制活塞油的移动量。早在大型工业机器人，液压系统的广泛应用，大重量的转矩、功率高、稳定可靠、响应速度快、力量、速度、驱动自动控制等；在工业机器人广泛用于大规模，液压，重扭矩，高功率，稳定和可靠，快速反应，强度，速度，驱动器和在开始自动控制，但该方法的成本高，重量和复杂性可倾倒甚至爆炸，VA 和由于其固有的脚大，缺点不可行驶。气动，成本低，控制简单。气动装置作品和液压系统的压缩空气的供应时，气缸和工程大学哈尔滨手动控制阀或电磁的线性或旋转运动。精密阀门要求不高气动液压元件，快速控制，无污染，但由于位置很难控制，只能免费使用（1/2 关节限制，定义为各种可能的联合执行类型） ，在一个简单的操作，运输和稳定性。除了需要压缩空气，水，液压与气动驱动更大的能量是不可能实现的，很难直接应用到双足机器人系统的行为。机器人各关节的旋转。出现在电脑前，主要的问题是低成本电脑来控制大量的旋转，因此，最好的线路单元时。今天的成本，电机和控制显著减少，有效利用晶体管构成，可以驱动的强大动力。价格越来越便宜的微型计算机，总成本的比例大大降低了计算机机器人，甚至在每个自由或微处理器关节。根据以上分析，可以得出结论，廉价的电机驱动，精确且易于管理，可靠，易于使用，机器人是比较常见的。直接由发动机，一直是记忆形成尚处于研究开发阶段，在不久的将来，这将是有帮助的。步行两条腿。直接驱动。转向系统是运动中的核电厂的应用模式中，信号是调制信号的脉冲宽度，所以很容易用数字系统的标准接口。虽然可以使用的数字设备的信号来控制，如 PLC 安装，SCM，转向系统，体积小，输出扭矩，稳定，控制简单，转向齿轮箱，以便广泛用于该领域机器人。2.4.2 舵机的工作原理机器人的电源是研究对象划船机，机器人控制系统，管理和控制系统有一个栅栏清华知识管理是一个有效的玉驾驶员座椅，广角需要改变时，维护控制，原理划船机的工作是：从信号控制马达电路，齿轮传动轴系列，车轮减速度输出接收的信号。输出轴和连接到旋转电位器的位置反馈控制电路和一个信号到控制室节气门位置的电位器，并根据该决定和旋转速度以停止。片材接收的接收信号的调制路径，只留下激励。这是一个内部参考，为期 20，参考信号宽度为 1.5ms，用于与电位器输出接收 DC 电压。最后，在马达片的正面和负面的结果之间的张力，是相反的决定。读取电机，齿轮，使级联电压你，0，马达停止旋转，其结构如下。最后，之间的电压积极的和消极的结果，在电机芯片，决定是相反的。（1）发动机。（2）减速器：降低高速度，获得的扭矩。（3）主轴系统：提供你的反馈。（4）电子控制板： 金陵科技学院学士学位论文 3 拟人步行机器人图123 拟人步行机器人图3.1 总体结构三维图拟人步行机器人由 42 个铝合金材质的零件，19 台舵机，145 个螺母螺栓，若干导线，和 AVR 控制板等组成，理论高约 385mm，宽约 242mm。自由度，在最广泛的意义上说，是在一个特定的方向转动或移动。这是一个重要的机器人性能参数、转向连接。通常伺服多少自由度的数量。通过设计机器人的机械结构，在顾及到机器人类似于人类。建立的每个相互自由类似于动作来完成。头是旋转自由度的自由的只有一个程度。肩关节三个自由度，并提前度侧无论旋转自由度。两个自由度，自由的在肘部和脉自由度。调节踝关节有两个自由度，向前和自由度侧：膝盖只是一个自由前进，髋关节，以模拟人类行为髋理论需要三个正交的自由，但只有当也不是正交度机器人前进，直边考虑。模型和图 3.1，3.2 和 3.3 所示的那种。(a) 拟人步行机器人正面三维图 图 3.1 拟人步行机器人正面金陵科技学院学士学位论文 3 拟人步行机器人图13图 3.2 拟人步行机器人反面图 3.3 拟人步行机器人侧面金陵科技学院学士学位论文 3 拟人步行机器人图143.2 臂部结构三维一个机器人臂包括六个部分，两个和理论的线程数，约 195 毫米，50 毫米高。顶部具有 6 个自由度，一定程度的三个自由度是肩和肘。二自由度控制臂前肩和旋转后，和摆动，手肘，自由度控制上下。初始角度之前安装舵机 90，这样的摆动间的上端。致动器的最大角度为 180。当设置为 90 安装角度与配件不会释放干扰可以完成简单的摆臂和左手臂动作兼容。参见图 3.4。(a) 拟人步行机器人臂部三维图3.3 部分零件三维图“辉盛”MG945 舵机。如图 3.5 所示。图 3.5