目 录
1 引言………………………………………………………………………………… 1
2 本课题的研究现状、目的及意义………………………………………………… 2
2.1 国内外研究现状与成果应用…………………………………………………… 2
2.2 课题目标………………………………………………………………………… 4
2.3 研究意义………………………………………………………………………… 4
2.4 本章小结………………………………………………………………………… 5
3 功能分析与原理设计 …………………………………………………………… 6
3.1 翻滚三角形机器人的功能分析………………………………………………… 6
3.1.1 翻滚三角形机器人的总共能………………………………………………… 6
3.1.2 翻滚三角形机器人的分功能………………………………………………… 6
3.1.3 翻滚三角形机器人的辅助功能……………………………………………… 6
3.1.4 翻滚三角形机器人的控制功能……………………………………………… 6
3.1.5 翻滚三角形机器人的功能结构图…………………………………………… 6
3.2 翻滚三角形机器人伸缩部分的原理设计……………………………………… 7
3.2.1 方案I………………………………………………………………………… 7
3.2.2 方案II………………………………………………………………………… 8
3.2.3 方案对比选取以及初步设计…………………………………………………10
3.2.4 设计优化………………………………………………………………………14
3.3 翻滚三角形机器人其他部分的设计……………………………………………15
3.4 本章小结…………………………………………………………………………16
4 零件设计与运动仿真………………………………………………………………17
4.1 总体结构设计……………………………………………………………………17
4.2 各部分零件结构设计……………………………………………………………17
4.2.1 铰链轴的设计…………………………………………………………………17
4.2.2 滑轨部分的设计………………………………………………………………18
4.2.3 推杆部分的设计………………………………………………………………20
4.3 其他部分的零件设计……………………………………………………………23
4.3.1 止动件的设计…………………………………………………………………23
4.3.2 连接件的设计…………………………………………………………………24
4.4 强度校核…………………………………………………………………………24
4.5 基于机械三维软件SolidWorks的运动仿真……………………………………24
4.6 本章小结…………………………………………………………………………24
结论 ……………………………………………………………………………………25
参考文献 ………………………………………………………………………………26
致谢……………………………………………………………………………………27
1 引言
机器人是一种可以自动执行已事先编辑好的程序的一个执行体，在科学和技术飞速发展的今天里，机器人非常受欢迎的科学家，学者，人们的关注，机器人可以接受和人类智慧控制，而且任何时候都能够很好的运行人编辑前的程序来执行工作，还可以根据人工智能技术，通过编辑系统及设计的仿真制定的原则。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如，可以帮助人类做一些很危险的职业，最常见的工作，建设，生产，化工等所有类型的机器人相关的还有几个驾驶模式例如，直流伺服电机驱动，电机驱动器，交流伺服驱动器，步进电机驱动，气动驱动器等，既包括起动电机和汽缸等，还有很多特殊的驱动器，其中包括超导波电机压电，橡胶状驱动和形状记忆合金等，液压驱动方式，包括液压缸和电动液压步进马达等。机器人被广泛运用在日常生活中，并发挥着越来越重要的作用。不同于传统的几何人形机器人双足，四条腿，多条腿，蛇，和轮式，履带式等广义的机器人。塑造机器人的特征的方法有很多，例如具有多边形，多面体等，或几何形状，缩放型，折叠型，功能更强大的变形能量的机器人，包括用于各种最佳的综合轧制步态特殊模式。同时机器人障碍能力和变形能力的最有力的象征，目前人类对机器人的研究，一些都想把机器人适用于非常复杂的损害环境来尝试它也包括了一些民用救援和其他自然灾害的应用，以及在军事野外作业的动态地形，或者在这个星球上探索一些未知的一些复杂的问题，探索和运输和武装战斗，使机器人技术的发展和应用，严格来说，是一个综合性行业的结果。
2 本课题的研究现状、目的及意义
2.1 国内外研究现状与成果应用
机器人技术的研究和应用，严格来说它应该说是科学技术发展综合性的结果，同时，同时也是一个国家的国民经济的主体，也直接影响一个国家的整体科技发展，所以说在机器人的领域加大投资与研究是志在必得，世界各国都在经济方面加大了投入研发，都要加强对机器人领域的投入及研发。大家也可以这么样认为推动机器人产业的蓬勃发展也是目前人类必须要执行的一个因素之一也是人类发展到现在，社会驱动及世界引导的一个很大方向，人们在越来越深的不断探讨自然的过程中，在机器人的设计领域中，不光国家需要投入很大精力及财力，各个事业企业单位也应积极配合，大力开发机器人事业产业，更好的促进民族机器人事业发展。
集合目前世界机器人的大趋势来计算与分析，同时根据国内机器人研究人员的分析从实际分析出，目前机器人事业可以分为几大类工业领域使用的机器人，及一个特殊特种的机器人，当然工业领域机器人当然就是广泛使用于工业自动化领域中一些特种的机器人，特种作业的机器人在使用上基本上可以说工业机器人除外以后的都是它的领域，因为没有一个具体的范围来体现出特种机器人到底可以划分为哪几块，可以说明就是工业以外都是特种机器人。
在机器人的研发中主要有以下几种移动特征的应用：
轮式：
轮式移动机 是最为普通的运动方式，轮式机器人结构的移动机构普遍具有诸多优点比如说，重量轻，效率快。结构设计简单的等等优点，同时具有自重轻、不损坏路面、作业循环时间短和效率高等优势，轮式机器人则存在明显的不足，其稳定性和对环境的适应性完全依赖于环境本身的状况，对于进入复杂的环境完成既定任务存在严重的困难。根据轮的数量轮式移动机构可分成两个，三个，四个，六个，八个。该结构有一定的局限性，只能在相对平坦的、表面较硬的路面上行驶，如遇到软性地面容易打滑、沉陷，但可根据具体地面环境采用一些预防措施来缓解该类情况的出现，如图（1）所示。
图（1）轮式移动装置示意图
腿足式：
(1)腿式机器人的地形适应能力强。
(2)具有多个自由度的腿的腿式机器人，动作更加灵活，通过调节支腿的长度可以控制机器人的重心，因此，容易的中心的位置翻倒，稳定性更高；
(3)腿式机器人身体与地面分离，这是在该机器人主体的机械结构可以移动顺利而不管地面的程度是有利的，粗糙与腿播放位置，如图2腿式移动机器人中共有8条腿。
腿式移动机构缺点有：
腿式机器人因腿过多，移动速度很慢，负债性也很差；
针对很多方面如灵活面需要努力提升；
机器人的控制方法及控制起来的复杂程度还需要调整；
该机构未进入实用化阶段。
图（2）八腿机器人
履带式：
履带移动机构被分成L条轨道，两个磁道（磁道可以安排在身体或身体结构之前和之后），三个轨道，四个磁道。 6个磁道，移动的优点是良好的流动性，强的越野性能，缺点是复杂的结构，重量，摩擦，低的机械效率，在其自身重量是相对大的表面会产生一些损坏。履带轮式移动机构相对移动机构具有下列特征：
(1)撑面积大、接地比压小、滚动阻尼小、距地面较高；
(2)在爬山等崎岖地形有着很好的性能；
(3)履带支撑面上有履齿不打滑，牵引附着性能好；
(4)结构较复杂重量大，运动惯性大，减震功能差，零件易损坏。
六履带机器人车体前后各有一对履带鳍，可以辅助翻越障碍，运动十分灵活。如下图（3）所示
几何机器人有别于传统的仿人型两足、四足、多足、蛇形，以及轮式、履带式等广义机器人。通过具有多边形的多面体形状和折叠，缩放变形能力为特征的;其步态特征是一个集成的滚动，行走，爬行和其他移动模式。凭借强大的变形和越障能力强，适用于极端困难由现有的机器人展示最强的功能 - 在很多自然灾害等认为破坏，或者极端的各种地形及天气都会使用到机器人的身影。：
滚动三角机器人
三角形的顶点铰接（在铰链点两个边缘可旋转），每一侧使用电力作为推杆。通过调整电动推杆的长度，机器人的重心被改变时，当超出所述支撑区的底部边缘重心，机器人跌倒。此过程是重复的，轧制三角形机器人可达到的直线运动。如果在三角形机器人的底部安装两个“脚”，那么它可以实现散步。
步行四边形步行机器人
外形为平行四边形，主要由两足和两个曲柄组成闭合的四杆机构。该机构通过控制电机带动曲柄转动使机器人两足交替前进而实现机器人的步行运动。提供了一个对几何形体及步行机构的认识。如下图（4）所示：
六边形机器人
与几何学中的六边形类似，在每个顶点处设置转动铰链，使它获得变形能力。从中不难发现，随着边数的增加，机器人的变形能力也在逐渐增强。六边形机器人可变形为：三角形、四边形、五边形，甚至可以模仿履带的方式进行滚动运动。继续增加边数，我们可以获得更为复杂多变的多边形机器人，如模拟六角或八角雪花形状的雪花型多边形机器人等。以立体几何中的空间多面体为基础，可以构造多面体机器人，包括四面体机器人、五面体机器人、六面体机器人，以及削楞截角多面体机器人等。此外，将折叠缩放技术与几何机器人结合，还可构造出各种外形可以变大或变小的机器人。下面的六变形机器人由六个长度相等的连杆首尾通过转动副连接而成，通过控制交错的3个转动副，可以实现几何变形，如：三角形、四边形、五边形、六边形；也可以实现滚动移动的步态。控制部分舵机进行驱动。如图（5）所示：
雪花机器人
从“雪花机构”，即呈现雪花状连杆机构基本上为六边形的配置，也通过改变方法来创建一个角落八角，十角，十二角序列化机制雪花的多边形的数量。电动马达驱动的“链接机制”，已成为一个“棒机”，“几何机构”变成了“机床几何。”在机器存在的几何各个环节，选出一个极点作为一个固定的框架，被称为“固定链接”，参照彼此棒杆架的相对运动。由于“雪机”无拘无束的架杆，地面整个地方和运动的计算机控制，“雪机”变成了可移动的“雪花机器人”。雪机器人还具有另一大亮点 - 机械情报：首先，传统的智能机器人为遇到的障碍，第一传感器检测的障碍的信息到控制器的传输方向，则控制器发出的有关回避的命令。通过自身的结构和意义的障碍物的存在，以实现主动回避机械性能雪花机器人;其次，雪机器人行走，在没有安装电机，能自动沿着缓坡走，其步态优雅灵慧，非常美丽的一个被动的能力。四个轮子取代了传统的机构雪花轮式机器人，你可以得到变形机器人的轮子。在传统的路面变形轮机器人在一个圆形的轮子快速移动的路障在爬大轮直径。致命的变化，障碍，如地面。
2.2 课题目标
本毕业设计的目标是设计一种外形为三角形的连杆机构，该机构由三个伸缩单元和相应的接头组成，通过接头将三个伸缩单元连接成一个闭合的三角形机构。伸缩单元由三个不同的螺杆组成。该机构可以以三个构件中的任意一个为支撑实现三角形机构的滚动步行运动。
研究内容包括：
（1）功能分析与方案设计；
（2）结构设计与三维造型；
（3）运动仿真；
驱动方式：电动或气动；
运动速度：按常用参数选取；
设计要求：功能分析，工作原理、结构设计、调节方式、运动仿真等。
2.3 研究意义
目前国内的经济飞速发展，直接影响着各行各业的竞争极为残酷与激烈，事业各国的机器人制造商也云集与中国。都在中国纷纷投资建厂，都为了加入中国的机器人市场，在中国的机器人市场上分的一席之位。
在我国，工业机器人市场的大部分份额都被国外工业机器人企业占据着。在国际强手面前，我国的工业机器人企业都面临着巨大的竞争压力。由于国产工业机器人的功能已经与国外相差不大，只要有批量，一定能够造就一个或几个中国品牌的工业机器人。如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的问题，这既是机遇又是巨大的挑战，对我国工业自动化技术水平以及自动化机器应用率的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给工业机器人产业发展注入新的动力。
对于几何机器人来说，几何机器人因其与数学知识和物理学中运动学和力学知识的紧密联系，以及具有前沿性和趣味性，非常适合青少年科技教育，所以他还投入大量时间和精力推广几何机器人在青少年科技教育方面的应用。姚燕安及其团队开发了基于视频手势识别技术的几何机器人，人们可以通过手势控制机器人的动作，使多个机器人排列成不同的队形。这种人机协作表演的方式，显著提高了互动娱乐性，增加了学生学习的兴趣。同时，结合青少年的知识结构，开发出一批'几何故事'表演剧目，包含如“会走路的三角”、“翻跟头的四面体”等故事情节，增加了文化内涵。
2.4 本章小结
本章主要介绍了有关机器人方向相关研究与应用现状特别是几何机器人的各类相关的研究状况，梳理了课题的要求与目的，针对机器人不同的应用做出了分类，并结合当前国情对该课题的研究意义做出了分析。
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