人人文库网 > 图纸下载 > 毕业设计 > 双足行走机器人臂部结构部分设计【5张CAD图纸+毕业论文+开题报告+外文翻译+任务书】

外文翻译--独立动力单臂机器人英文版.pdf

双足行走机器人臂部结构部分设计【5张CAD图纸+毕业论文+开题报告+外文翻译+任务书】

资源目录

双足行走机器人臂部结构部分设计【5张CAD图纸+毕业论文+开题报告+外文翻译+任务书】.rar

外文翻译--独立动力单臂机器人英文版.pdf---(点击预览)

外文翻译--独立动力单臂机器人中文版.doc---(点击预览)

双足行走机器人臂部结构部分设计论文.doc---(点击预览)

双足行走机器人臂部结构部分设计开题报告.doc---(点击预览)

任务书.doc---(点击预览)

手.dwg

手臂舵机连接件.dwg

机器人总装图.dwg

臂部装配图.dwg

臂部装配图X.dwg

舵盘连接件.dwg

压缩包内文档预览：

编号：819963 类型：共享资源大小：5.55MB 格式：RAR 上传时间：2016-10-04 上传人：上*** IP属地：江苏

40
积分

版权申诉 word格式文档无特别注明外均可编辑修改；预览文档经过压缩，下载后原文更清晰！ 立即下载

关键词：: 双足行走机器人臂部结构部分设计 cad图纸毕业论文开题报告双足行走机器人臂部结构外文翻译任务书双足行走机器人臂部结构部分

资源描述：

双足行走机器人臂部结构部分设计

29页 15000字数+论文说明书+任务书+5张CAD图纸【详情如下】

臂部装配图X.gif

舵盘连接件.gif

机器人总装图.gif

全部文件.png

手.gif

手臂舵机连接件.gif

任务书.doc

双足行走机器人臂部结构部分设计开题报告.doc

双足行走机器人臂部结构部分设计论文.doc

外文翻译--独立动力单臂机器人中文版.doc

外文翻译--独立动力单臂机器人英文版.pdf

手.dwg

手臂舵机连接件.dwg

机器人总装图.dwg

臂部装配图.dwg

臂部装配图X.dwg

舵盘连接件.dwg

1 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 机器人的发展及技术 2

1.3 双足步行机器人研究概况 3

2 双足机器人本体结构设计 8

2.1 引言 8

2.2 双足机器人的结构分析 8

2.3 双足机器人的自由度配置 11

2.4 驱动方式的选择和舵机工作原理 12

3 双足行走机器人的3D图 15

3.1 总体结构PRO/E图及实物图 15

3.2 臂部结构PRO/E及实物图 17

3.3 部分零件PRO/E图及实物图 18

4 双足行走机器人的制作 20

4.1 机器人舵机的调制 20

4.2 双足行走机器人制作的前期工作 20

4.3 机器人组装 21

结束语 24

致谢 25

参考文献 26

毕业设计说明书（论文）中文摘要

机器人技术代表了机电一体化的最高成就，是二十世纪人类最伟大的成果之一机器人中的两足步行机器人虽然只有近四十年的历史，但是由于它独特的适应性和拟人性，成为了机器人领域的一个重要发展方向。双足步行机器人与轮式、爬行式和履带式等移动机器人相比，有着更好的环境适应性，这种优越性在非结构环境里的表现尤为突出。

步态规划是双足步行机器人研究的关键技术之一，稳定自然的步行是双足步行机器人区别于其它机器人的主要标志，也是其实现基本操作功能的基础。

关键词双足步行机器人拟人性步态规划

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title The Robot Move with Two-leg

- the design of structural elements arm

Abstract

Roboties is the representation of the best aehievement of meehantronies，and Is one of the greatest fruits of humankind in the 20 century.Though the biped robot has only 40 years history,it became one of the most important branches of robotics for its unique fitness anthropomorphism. Biped robot has much better adaptation to environment in human living-space than wheel type, crawl type and pedrail type mobile robots. This advantage is much more obvious under unconstructed environment.

Gait planning is one of the key techniques for the research of biped robot,stable and natural walk is the main sign different biped robot form other robots,and it is the base for robots to realize its essential manipulation.

Keywords Biped Robot anthropomorphism Gait Planing

1 绪论

1.1 引言

机器人是一种典型的机电一体化产品，仿人型机器人是机器人研究领域的热点。研究仿人型机器人需要结合机械、电子、信息论、人工智能、生物学以及计算机等诸多学科知识，同时其自身的发展也促进了这些学科的发展。双足步行机器人是仿人型机器人的一种。

1959年，世界上诞生了第一台工业机器人，开创了机器人发展的新纪元。随着科学技术的发展，仿人型机器人的研究与应用迅猛发展。世界著名机器人专家、日本早稻田大学的加藤一郎教授说过：“机器人应当具有的最大特征之一是步行功能”。其中双足行走是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。伟大的发明家爱迪生也曾说过这样一句话：“上帝创造人类，两条腿是最美妙的杰作”。双足步行系统具有非常丰富的动力学特性，对步行的环境要求很低，既能在平地上行走，也能在非结构性的复杂地面上行走，对环境有很好的适应性。步行功能的具备为扩大机器人的应用领域开辟了无限广阔的前景。

研究双足步行机器人的原因和目的，主要有以下几个方面：希望研制出双足步行机构，使它们能在许多结构和非结构环境中行走，以代替人进行作业或延伸和扩大人类的活动领域；希望更多得了解和掌握人类得步行特性，并利用这些特性为人类服务，例如：人造假肢。双足步行系统具有丰富的动力学特性，在这方面的研究可以拓宽力学及机器人的研究方向；双足步行机器人可以作为一种智能机器人在人工智能中发挥重要的作用。

科幻小说和电影作品中，人们将像人一样行走、思考、行为的机器人作为机器人研究的最高境界。科学工作者也一直将实现类人行为的机器人作为工作的最高目标去追求。步行机器人特别是双足步行机器人的研究是整个类人机器人研究的前奏，是实现类人机器人的必不可少的一个环节。在具有许多优点的步行机器人中，由于双足步行机器人体积较小，所以他们对环境有最好的适应性。这种机器人除结构较简单外，在静、动态稳定步行方面，都是最困难的，但这种困难并不是不能克服。实用的双足步行机器人由两条腿和平台（腰部）组成。腿的作用是为平台提供移动能力，而平台的作用则是提供一个基础，以便安装机械手、CCD摄像机、机载计算机控制系统和电池等。显然，这种带机械手的双足步行机器人外形上更像人，能非常灵活地（6）安装机器人头。先将上肢两个舵机和机器头舵机的数据放在好，这样有利于整体布置数据。然后用4个螺钉紧固住。

（7）组装成一个整体，分别将上肢与躯干连接在一起。注意安装时，大腿是处于并拢状态，胳膊处于伸直状态。

在组装前，首先要有整体的布局，然后再分步组装。

组装好了实物后，此机器人能简单的完成向摇头、前行走、向后行走、甩大臂和甩小臂灯运动，但是还不能在有障碍物的地面、不平整的地面上行走走。机器人在运动时机器人自身的稳定性还不怎么好，还需要更好的优化结构和选择更好的材料，使机器人的稳定性更好。

结束语

两足机器人的研制开始于本世纪60年代末，虽然只有四十多年的历史。然而，两足机器人的研究工作进展迅速，国内外许多学者正从事于这一领域的研究，如今已成为机器人技术领域的主要研究方向之一。

本章首先介绍了两足行走机器人的结构和制作过程，此双足行走机器人能简单的实现前后运动，甩大臂，甩小臂等运动。

在现有工作的基础上，应当继续进行以下研究:

复杂运动的实现:规划出仿人机器人在快速动态步行中拐弯、乃至跑动和起跳的步态。转弯动作的步态规划应考虑两个垂直平面的祸合作用，还应考虑摆动脚的冲击。奔跑时，由于摆动脚离地时速度较高，所以带来的冲击也比较大，可以考虑采取在脚底板加软垫以及减小机器人的质心在竖直方向的变化幅度、快慢等措施来减小冲击。

本文所提出的机器人可以实现几个简单的运动，但考虑到时间紧促，还不是很完善。比如结构方面还不是非常坚固和牢靠，有待进行更加完善；在用软件控制时，软件还不是那么稳定，有时会互相干扰；还有在稳定性方面还不是做的很好，还需改进设计和零件的进一步精确等。在实际制作中，还要根据实际情况修改己有的理论。

在这3个月来我们小组在知道老师刘老师的指导和帮助下，大家齐心协力，共同努力，为了同一个目标奋斗。在这之间我学会了在团队里相互合作，使自己得到了锻炼，我相信会使我受益匪浅。

致谢

在即将完成毕业设计阶段的学习之际，我首先特别感谢导师老师1年来对我的无限关怀和悉心指导。尤其在我最需要帮助的时候，导师给予我方方面面的照顾，使我能够顺利完成学业。留言老师严谨务实的工作作风、精益求精的治学态度、循循善诱的悉心教导，使我受益非浅、能够学有所成;不仅学到了许多知识，更重要的是学到了思考问题、解决问题的方法及严谨的治学态度。论文研究工作的完成，不仅是我的辛劳付出，同时也倾注了导师的心血与关怀。在此向导师留言老师致以衷心的感谢!

同时感谢所有关心、爱护、和帮助我的老师、同学和朋友们，感谢一起共同学习对我的帮助。最后，谨将此文献给养育我健康成长的父母，感谢他们多年来在生活上、精神上、物质上给予我的支持、关心和鼓励，谢谢他们的付出和为我所做的一切。

参考文献

[1] 张永学. 双足机器人步态规划及步行控制研究[D]. 哈尔滨工业大学博士学位论文. 2001. 1～60.

[2] Mae GeerT. Passive Dynamie Walking of Roboties Researeh[D]. 1990，

9(2): 62～82.

[3] 刘志远. 两足机器人动态行走研究[D]. 哈尔滨工业大学博士论文. 1991.

[4] 刘志远，戴绍安，裴润，张栓，傅佩深. 零力矩点与两足机器人动态行走稳

定性的关系[J]. 哈尔滨工业大学学报. 1994，vol.26(1):38～42.

[5] 纪军红. HIT-I双足步行机器人步态规划研究[D]. 哈尔滨工业大学博士论

文，2000:15～71.

[6] 麻亮，纪军红，强文义，傅佩深. 基于力矩传感器的双足机器人在线模糊步

态调整器设计[J]. 控制与决策. 2000，Vol.15(6):734～736.

[7] 竺长安. 两足步行机器人系统分析、设计及运动控制[D]. 国防科技大学博

士论文. 1992.

[8] 马宏绪. 两足步行机器人动态步行研究[D]. 国防科技大学博士论文. 1995.

[9] 马宏绪，应伟福，张彭. 两足步行机器人姿态稳定性分析[J]. 计算技术与

自动化. 1997，vol.16(3):14～18.

[10] 马宏绪，张彭，张良起.两足步行机器人动态步行的步态控制与实时时位控

制方法机器人. 2005，vo120(l):10～18.

[11] 绳涛，马宏绪，王越. 仿人机器人未知地面行走控制方法研究[N]. 华中科

技大学学报. 2004年31期:161～163.

[12] 姜山，程君实，陈佳品，包志军. 基于遗传算法的两足步行机器人步态优

化[J].上海交通大学学报. 1999，vo1.33(10): 1280～1283 .

[13] 包志军. 仿人型机器人运动特性研究[D]. 上海交通大学博士论文 .2000:

14-48.

[14] <美> Saeed B,Niku著. 机器人学导论一分析、系统及应用[M]. 孙富春，

朱纪洪，刘国栋等译. 第二版. 北京:电子工业出版社，2004.

[15] 柳洪义，宋伟刚. 机器人技术基础[M]. 北京:冶金工业出版社，2002.

[16] 张志通等. 掌握和精通 matlab[M]. 北京: 北京航天航空大学出版社，

1997.

内容简介：: 毕业设计（论文）任务书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的：通过本设计，使学生熟悉机械产品开发性设计的一般过程，培养学生综合运用所学基础理论、专业知识和各项技能，着重培养设计、计算、分析和解决问题的能力，进而总结、归纳和获得合理结论，进行较为系统的工程训练，初步锻炼科研能力，提高论文撰写和技术表述能力。为实际工作奠定基础，达到人才培养的目的与要求。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：技术要求：本机器人的总体功能为模拟人体动作。设计两足行走机器人臂部结构，能够实现摆大臂和摆小臂的功能。工作任务：（ 1）查阅资料 15 篇以上，翻译外文资料 3000 字，撰写文献综述和开题报告。（ 2）完成行走结构总体设计，绘制功能原理图 1 份。（ 3）绘制装配图 1 份（ 0 号图纸）；部件图 1 份；零件图若干。（其中，至少有 1 张图纸使用计算机绘制）（ 4）设计说明书字左右。 (打印 ) 毕业设计（论文）任务书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： (1)开题报告 (含文献综述 )； (2)外文资料翻译： 3,000 汉字以上； (3)总体装配图： 1 张； (4)部件装配图 1 张； (5)主要零件图：若干张 (总图数约合 2 张 0 号图 )； (6)毕业设计说明书 ,字数不少于 10,000 字 ,并附有 200300 汉字的中文摘要及相应的英文摘要。所有设计图表、论文撰写、参考文献标记等均应符合本院的规范化要求。 4主要参考文献： 1 马香峰 . 机器人机构学 M. 北京 : 机械工业出版社 , 1991. 2 龚振邦等 . 机器人机械设计 M. 北京：电子工业出版社， 1995 年 6 月 . 3 吴瑞祥 . 机器人技术及应用 M. 北京：北京航空航天大学出版社， 1994. 4 熊有伦 M中理工大学出版社， 1996. 5 王志良 M械工业出版社， 2007. 6 马香峰等 . 工业机器人的操作机设计 M. 北京：冶金工业出版社， 1996 年 9 月 . 7 余达太，马香峰 . 工业机器人应用工程 M. 北京：冶金工业出版社， 1999 年 4 月 . 8 机械设计手册编委会 . 机械设计手册 M. 北京：机械工业出版社， 2007 年 7 月 . 9 . et l. A . 985. 10 . 1985. 11 成大先第 4 版）学工业出版社， 2002. 12 白井良明著 . 王棣棠译 . 机器人工程 M. 北京：科学出版社， 2001 年 2 月 . 13 M京航空航天大学出版社， 2005. 14 费仁元等北京：北京工业大学出版社， 1998. 毕业设计（论文）任务书 5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起迄日期工作内容 2009 年 3 月 9 日 3 月 15 日 3 月 16 日 3 月 22 日 3 月 23 日 3 月 29 日 3 月 30 日 4 月 5 日 4 月 6 日 4 月 12 日 4 月 13 日 4 月 26 日 4 月 27 日 5 月 3 日 5 月 4 日 5 月 10 日 5 月 11 日 5 月 17 日 5 月 18 日 5 月 24 日 5 月 25 日 5 月 31 日 6 月 1 日 6 月 7 日 6 月 8 日 6 月 14 日选题，发放审题表及任务书，熟悉课题完成外文资料翻译完成开题报告 (包含文献综述 ) 查阅相关资料，提出几种可行性方案确定合理方案，进行总体方案论证进行结构部分设计计算相关结构参数，选择标准部件，熟悉相关软件对设计方案进行评价与修改，使之完善绘制总装配图，绘制零件图整理相关资料，撰写并打印设计说明书初步提交设计成果（包括图纸及论文），整改正式提交设计成果和设计说明书准备论文答辩所在专业审查意见：负责人：年月日系部意见：系部主任：年月日毕业设计 (论文 )开题报告学生姓名：学号：专业：机械工程及自动化设计 (论文 )题目：两足行走机器人臂部结构部分的设计指导教师 : 2009 年 3 月 22 日开题报告填写要求 1。开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2。开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3。“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）； 4。有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2009 年 3 月 15 日”或“ 2009 毕业设计（论文）开题报告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述：文献综述摘要本文详细介绍了研究两足步行机器人的组成，机器人的原因，两足步行机器人的应用前景。国内外两足步行机器人的现状及发展趋势。关键词两足机器人组成研究原因前景现状及发展趋势 1 机器人的硬体组成在种类繁多的机械人当中，最让人感兴趣的就是仿人类机械人了。因为人类是最高级的动物，能让机械人各项机能达到人类的高度是每一个从事此工作的科学家不断追求的梦想。人体外形各项器官基本可划分为动作器官、感觉器官、思维器官三部分，机械人套件里的电子模组也是按这三部分来划分的。动作器官包括：可以让我们机械人唱歌的发音模组、可以装饰和指示的发光模组、速度可以调节的马达模组等。感觉器官包括：可以分辨黑白甚至是不同颜色的灰度测量模组、可以检测碰撞的触碰检测模组等。思维器官包括：就是中央控制器，整个机器人的核心模組。当然还有一些辅助功能的拼装配件等等 1。 2 研究两足步行机器人的原因世界著名机器人学专家，日本早稻田大学的加藤一郎教授说过：“机器人应当具有的最大特征之一是步行功能”。步行功能的具备为扩大机器人的应用领域开辟了无限广阔的前景研究两足步行机器人的原因，概括起来有如下 4个： (1)我们希望研制出两足步行机构，使它们能在许多结构性和非结构性环境中行走，以代替人进行作业或延伸和扩大人类的活动领域。 (2)我们希望更多地了解和掌握人类的步行特性，并利用这些特性为人类服务。 (3)两足步行系统具有非常丰富的动力学特性，在这一方面的研究可以拓宽力学及机器人学的研究方向。 (4)两足步行机器人可以作为一种智能机器人在人工智能中发挥重要的作用 2。 3 两足步行机器人应用前景实用的两足步行机器人由两条腿和一个平台 (腰部 )组成。腿的作用是为平台提供移动能力，而平台的作用则是提供一个基础，以便安装机械手、载计算机控制系统和蓄电池。显然，这种带机械手的两足步行机器人能非常灵活地从事较多的工作。但是，对于这种两足步行机器人来说，平台的稳定性对于有效地控制机械手末端操作器的位置和姿态是至关重要的，而两条腿的步态又对平台的稳定性起决定作用。因此，如何规划好腿的步态，协调地控制两条腿的运动以保持平台及整个两足步行机器人的稳定就成为一个主要问题 3 6。目前，两足步行机器人的应用领域主要是康复医学。从长远来看，两足步行机器人在无人工厂、核电站、海底开发、宇宙探索、康复医学以及教育、艺术和大众服务行业等领域都有着潜在而广阔的应用前景。 4 两足步行机器人研究的现状从 8然理论研究和样机研制不象 1985年以前那样丰富，但也颇具特色。重要的是，国内正是在这一时期全面开展了两足步行机器人的研究。下面，首先看看美国的有关情况。 1985年，美国的跑运动和表演体操动作的平面型两足步行机器人，这个机器人有 3个自由度。 1986年，他们用这个机器人进行奔跑实验，着重研究奔跑过程中出现的弹射飞行状态。在实验中，这个机器人的最大速度高达。 1988年和 1990年，他们又用这个机器人进行翻筋斗动作实验。其是两者都具有弹射飞行状态。在美国研究两足步行机器人的科学家中，郑元芳 (Y F 士是一个非常杰出的人物。他在 80年代初由中国去了美国，并于 1984年在俄亥俄州立大学获博士学位，然后一直在克莱姆森大学工作，最近又回到俄亥俄州立大学任职。在克莱姆森大学期间，他主持研制了两台步行机器人，分别命名为和。个自由度，个自由度。其中，是美国第一台真正拟人的两足步行机器人。 1986年，机器人成功地实现了平地上前进、后退以及左、右侧行。 1987年，这个机器人又成功地实现了动态步行。郑元芳博士也因他在机器人领域的突出贡献而获得美国 1987年度“总统青年研究员”奖。 1984年，郑元芳博士对两足步行机器人与环境接触时的碰撞效应进行了研究。 1987年，他提出了一种用于两足步行机器人运动控制的监控系统。 1989年，他研究了两足步行机器人的扰动抑制问题。 1990年他首次提出了使两足步行机器人能走斜坡的控制方案，并利用机器人进行了成功的实验。此外，郑元芳博士还从神经生理学的角度对人类肌肉的多级传感与多级驱动原理进行了研究，并提出了采用这种原理设计两足步行机器人的方法 7。下面我们再看看国内在两足步行机器人方面的研究情况。我国从 80年代中期才开始研究两足步行机器人，当时主要的研究单位是哈尔滨工业大学和国防科技大学。哈尔滨工业大学研制成功的第一台两足步行机器人重 7 10个自由度，采用直流电机经谐波减速驱动，控制系统由一台 1单片机系统组成。 1989年个机器人实现了平地上的前进，左、右侧行以及上、下楼梯的运动，步幅可达 45速为，为静态步行 8 12。最近哈尔滨工业大学又研制了一台正在进行动态步行的实验。我们南京航空学院从 1989年秋天起也开展了一个两足步行机器人的研究计划，现在已研制出一台 8自由度空间运动型的两足步行机器人，命名为 1。目前，这一计划正在实施中。总观起来，两足步行机器人研究的现状是：国外，主要是日本和美国，对两足步行机器人的研究已经达到了相当高的水平，研制出了能静态或动态行走的多种样机。国内由于起步较晚，前一段刚完成静态稳定步行的研究，目前，正处于准动态和动态稳定步行的研究阶段。虽然国内的研究水平还不象国外那样高，但在短短的五六年时间能达到今天的水平，已经是相当惊人的了！ 5 两足步行机器人研究的发展趋势概括起来，两足步行机器人的发展趋势包括如下 (1)能动态稳定地高速步行。 (2)能以自由步态全方位灵活行走。 (3)具有良好的地形适应性。 (4)具有极强的越障和回避能力。 (5)具有很高的载重自重比。 (6)可靠性高、工作寿命长。 (7)具有丰富的内感知和外感知系统。 (8)控制系统和能源装置机载化。 (9)具有完全的自律能力。(10)具有灵活的操作能力 (安装一个或多个机械手 ) 13,14。 6 结束语本文较详细地介绍了国内外两足步行机器人研究的主要情况。我们相信，随着整个机器人技术及相关技术的发展，在不久的将来，两足步行机器人一定能够真正进入实用化阶段，在各行各业中发挥重要作用。参考文献 1 J an to 985. 2 , H of 973 3 白井良明著 . 王棣棠译 . 机器人工程 M. 北京：科学出版社， 4 熊有伦 M中理工大学出版社， 1996. 5 王志良 M械工业出版社， 2007. 6 成大先第 4 版） M学工业出版社， 2002. 7 熊有伦 M中理工大学出版社， 1996. 8 机械设计手册编委会 . 机械设计手册 M. 北京：机械工业出版社， 9 马香峰 . 机器人机构学 M. 北京 : 机械工业出版社 , 1991. 10 龚振邦等 . 机器人机械设计 M. 北京：电子工业出版社， 11 吴瑞祥 . 机器人技术及应用 M. 北京：北京航空航天大学出版社， 1994. 12 熊有伦 M中理工大学出版社， 1996. 13 M京航空航天大学出版社， 2005. 14 费仁元等北京：北京工业大学出版社， 1998. 毕业设计（论文）开题报告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题是设计两足行走机器人臂部结构，能够实现摆大臂、摆小臂的功能。主要设计难点是重心前后移动与身体左右平衡难以协调的问题，尤其是正步行走、身体不倾斜的前提下更难以实现。我们设计小组选择简单的控制系统实现模仿人类行走的机器人，以此提高我们的机械设计创新能力。我们采用以下创新点： (1) 先是用 3D 软件设计出机器人的总体结构和各个零件的结构，直观的展现了我们所设计的双足行走机器人。 (2) 采用了 17 台舵机，腿部共有 8 台舵机每条腿个有 4 个舵机，臂部共有 4 台舵机，每条手臂个 2 个，躯干 4 台舵机还有头 1 台，合理控制，以此解决了简单控制条件下机器人难以实现正步行走的难点问题。（ 3）大小臂均可沿锥面做往复回转运动，可组合出多种姿态。（ 4）充分体现了以机为主、机电结合的特色。毕业设计（论文）开题报告指导教师意见： 1对“文献综述”的评语：该生的文献综述结合所要研究地课题比较紧密，从文中可以看出该生对所要做地工作进行了较深入地学习。 2 对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：本课题要做什么步骤叙述很清楚，设计思路正确，工作量合理，预计该生能顺利并很好地完成该课题。指导教师：年月日所在专业审查意见：负责人：年月日目录 1 绪论 1 引言 4 机器人的发展及技术 5 双足步行机器人研究概况 6 2 双足机器人本体结构设计 11 引言 11 双足机器人的结构分析 11 双足机器人的自由度配置 14 驱动方式的选择和舵机工作原理 16 3 双足行走机器人的 3D 图 18 总体结构图及实物图 18 臂部结构及实物图 20 部分零件图及实物图 21 4 双足行走机器人的制作 23 机器人舵机的调制 23 双足行走机器人制作的前期工作 23 机器人组装 24 结束语 27 致谢 28 参考文献 29 毕业设计说明书（论文）中文摘要机器人技术代表了机电一体化的最高成就，是二十世纪人类最伟大的成果之一机器人中的两足步行机器人虽然只有近四十年的历史，但是由于它独特的适应性和拟人性，成为了机器人领域的一个重要发展方向。双足步行机器人与轮式、爬行式和履带式等移动机器人相比，有着更好的环境适应性，这种优越性在非结构环境里的表现尤为突出。步态规划是双足步行机器人研究的关键技术之一，稳定自然的步行是双足步行机器人区别于其它机器人的主要标志，也是其实现基本操作功能的基础。关键词双足步行机器人拟人性步态规划本科毕业设计说明书（论文）第 3 页共 29 页毕业设计说明书（论文）外文摘要 - of is of of s of of in 0 0 it of of to in is is of of is it is to 本科毕业设计说明书（论文）第 4 页共 29 页 1 绪论引言机器人是一种典型的机电一体化产品，仿人型机器人是机器人研究领域的热点。研究仿人型机器人需要结合机械、电子、信息论、人工智能、生物学以及计算机等诸多学科知识，同时其自身的发展也促进了这些学科的发展。双足步行机器人是仿人型机器人的一种。 1959 年，世界上诞生了第一台工业机器人，开创了机器人发展的新纪元。随着科学技术的发展，仿人型机器人的研究与应用迅猛发展。世界著名机器人专家、日本早稻田大学的加藤一郎教授说过：“机器人应当具有的最大特征之一是步行功能”。其中双足行走是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。伟大的发明家爱迪生也曾说过这样一句话：“上帝创造人类，两条腿是最美妙的杰作”。双足步行系统具有非常丰富的动力学特性，对步行的环境要求很低，既能在平地上行走，也能在非结构性的复杂地面上行走，对环境有很好的适应性。步行功能的具备为扩大机器人的应用领域开辟了无限广阔的前景。研究双足步行机器人的原因和目的，主要有以下几个方面：希望研制出双足步行机构，使它们能在许多结构和非结构环境中行走，以代替人进行作业或延伸和扩大人类的活动领域；希望更多得了解和掌握人类得步行特性，并利用这些特性为人类服务，例如：人造假肢。双足步行系统具有丰富的动力学特性，在这方面的研究可以拓宽力学及机器人的研究方向；双足步行机器人可以作为一种智能机器人在人工智能中发挥重要的作用。科幻小说和电影作品中，人们将像人一样行走、思考、行为的机器人作为机器人研究的最高境界。科学工作者也一直将实现类人行为的机器人作为工作的最高目标去追求。步行机器人特别是双足步行机器人的研究是整个类人机器人研究的前奏，是实现类人机器人的必不可少的一个环节。在具有许多优点的步行机器人中，由于双足步行机器人体积较小，所以他们对环境有最好的适应性。这种机器人除结构较简单外，在静、动态稳定步行方面，都是最困难的，但这种困难并不是不能克服。实用的双足步行机器人由两条腿和平台（腰部）组成。腿的作用是为平台提供移动能力，而平台的作用则是提供一个基础，以便安装机械手、像机、机载计算机控制系统和电池等。显然，这种带机械手的双足步行机器人外形上更像人，能非常灵活地从事较多本科毕业设计说明书（论文）第 5 页共 29 页的工作。但是，对于这种双足步行机器人来说，平台的稳定性对于有效地控制机械手末端操作器的位置和姿态是至关重要的，而两条腿的步态又对平台的稳定性起决定作用。因此，如何规划好腿的步态，协调地控制两条腿的运动以保持平台及整个双足步行机器人的稳定就成为一个主要问题。双足步行机器人可以是很复杂的系统，当然也可以是构造简单的系统。机器人的发展及技术机器人的发展 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 年代美国的司研制出第一台机器人样机，并成立了司，定型生产了器人。 20 世纪 70 年代以来，工业机器人产业蓬勃兴起，机器人技术逐渐发展为专门学哈尔滨工程大学硕十学位论文。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。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。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。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。机本科毕业设计说明书（论文）第 6 页共 29 页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。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。双足步行机器人研究概况国外研究现状分析最早系统地研究人类和动物运动原理的是发明了电影用的独特摄像机，即一组电动式触发照相机，并在 1877年成功地拍摄了许多四足动物步行和奔跑的连续照片。后来这种采用摄像机的方法又被本世纪 30年代到 50年代，苏联的就步行运动作了非常形象化的描述。真正全面、系统地开展两足步行机器人的研究是始于本世纪 60年代迄今，不仅形成了两足步行机器人一整套较为完善的理论体系，而且在一些国家，如日本、美国和苏联等都已研制成功了能静态或动态步行的两足步行机器人样机。这一部分，我们主要介绍队 60年代到 1985年这一时期，在两足步行机器人领域所取得的最重要进展。在 60年代和 70年代，对步行机器人控制理论的研究产生了 3种非常重要的控制方法，即有限状态控制、模型参考控制和算法控制。这 3种控制方法对各种类型的步行机器人都是适用的。有限状态控制是由南斯拉夫的 961年提出来的，模型参考控制是由美国的 975年提出来的，而算法控制则是由南斯拉夫米哈依罗鲍宾研究所著名的机器人学专家 969年至 1972年问提出来的。这 3种控制方法之间有一定的内在联系。有限状态控制实质上是一种采样化的模型参考控制，而算法控制则是一种居中的情况 1。在两足步行机器人的发展史上，在整个 70年代就两足步行机器人的理论研究和假肢的设计发表了很多有影响的论文。他提出了用欧拉角描述两足步行系统的通用数学模型；指出了由于步行系统的动态性能和控制性能的特殊性，用一般控制理论不能满意地解决人工实现步行的问题，并相应地提出了算法控制的概念；研究了类人型两足步行系统在单脚和双脚支撑期机构的特本科毕业设计说明书（论文）第 7 页共 29 页点，并建立了从运动副组合到关节力矩计算等各项运算的析了类人型两足步行系统的姿态稳定性，并提出了相应的姿态控制算法；对类人型两足步行系统进行了能量分析和频率分析此外，他还与合作者一起为截瘫病人和小儿麻痹症患者设计了一系列半动力型和动力型辅助行走装置。特别重要的是，他和 972年提出了“零力矩点概念有效地控制两足步行机器人的运动开辟了一条崭新的途径 2。在步态研究方面，苏联的优步态”，两种步态不仅适应于两足而且也适应于多足步行机器人。其中，自由步态是相对于规则步态而言的。如果地面非常粗糙不平，那么步行机器人在行走时，下一步脚应放在什么地方，就不能根据固定的步序来考虑，而是应该象登山运动员那样走一步看一步，通过某一优化准则来确定，这就是所谓的自由步态。在两足步行机器人的稳定性研究方面，美国的倒摆 )，从而可以将两足步行的前进运动解释为使振子直立移动的问题。此外，从减小控制的复杂性考虑，阶模型”问题进行了研究。在步行模式这方面的研究中，日本加藤一郎教授及其合作者 1980年提出了“准动态步行的概念，这是一种介于静态步行和动态步行之间的步行方式。它既具有静态步行的特点又具有动态步行的特点，其步速要比静态步行快，而实现起来又不象动态步行那样困难。最早采用最优理论来研究类人型两足步行系统是美国的们在1971年发表的论文中，具有约束条件的力学模型和性能最优准则作为两足步行优化问题的核心，而以一种简化模型作为研究对象。但最后，他们仅是以局部耗能最少为基础得出了一个优化结果。前面我们曾指出他仅限于导出各关节及整个步行系统的功率随时间的变化关系，并没有过多地涉及能耗最优这个问题但在他的研究中，用的结论，即步行姿态越平滑，类人型两足步行系统所消耗的功率就越少。下面介绍一下样机研制方面的主要情况。早在 50年代中期，美国通用电气公司就制造了一台名为“ 步行车，但当时的驱动和伺服控制技术显然还不足以本科毕业设计说明书（论文）第 8 页共 29 页使 1986年至 1971年间，牛津大学的时他们的主要目的是为瘫痪者和下肢残疾者设计实用的辅助行走装置。这个机器人在平地上走得非常好，步速为 s，功率消耗约 4瓦。 1972年，日本早稻田大学的加藤一郎教授及其合作者设计的身为迄今为止最上象的一个两足步行机器人，它除有两条腿之外，还具有许多其它拟人的特征 973年，它具有一定的自律性，能完成低速度的静态稳定步行。后来，加藤他们又制造了一系列两足步行机器人，这些机器人一般都是液压驱动的，每条腿上一般具有 5个自由度，典型的步长和步行周期分别是 15厘米和且它们都能实现静态和准动态步行。特别值得一提的是，这些科学家在 1984年成功地使他们研制的幅为 4公斤，在其本体上安装了一台来控制它的步行运动。在 80年代初，东京大学的种类型的两足步行机器人，它们依次被命名为有这些机器人都不能保持静态稳定，但在适当的控制作用下都能实现动态步行。与地面以点状接触，它既能侧行，也能前进、后退；计算机等，都安装在其本体上。 1982年，东京理工学院的该机器人的连杆机构上安装有重力和惯性力补偿装置。在 1985年的实验中，该机器人实现了高速步行。此外，日本还有很多科学家和技术人员在 8中有的采用最优调节器和数字控制理论来控制两足步行机器人的运动，有的用形状记忆合金作为关节驱动器，而有的则是研究轨迹产生算法或试将神经网络理论用于步行机器人运动控制。在 1985年以前，样机的研制主要是日本的科学家做出了突出的贡献。本科毕业设计说明书（论文）第 9 页共 29 页国内研究现状分析国内双足步行机器人的研制工作起步较晚，我国是从 20 世纪 80 年代开始双足步行机器人领域的研究和应用的。 1986 年，我国开展了“七五”机器人攻关计划， 1987年，我国的“ 863”高技术计划将机器人方面的研究开发列入其中。目前我国从事机器人研究与应用开发的单位主要是高校和有关科研院所等。最初我国进行机器人技术研究的主要目的是跟踪国际先进的机器人技术，随后取得了一定的成就。哈尔滨工业大学自 1986 年开始研究双足步行机器人，先研制成功静态步行双足机器人 110 70 10 个自由度，实现平地上的前进、左右侧行以及上下楼梯的运动，步幅 45速为 10 秒 /步，后来又相继研制成功了 42 103 12 个自由度，实现了步长 24速每秒的步行。目前正在研制的器人，全身可有 52 个自由度，其在运动速度和平衡性方面都优于前三型行走机器人 3 7。国防科技大学在 1988 年春成功地研制了一台平面型 6 自由度的双足机器人能前进、后退和上下楼梯，最大步幅为 40速为 4 步每秒， 1989 年又研制出空间型 10 个自由度，高 69 13现进退、上下台阶的静态稳定步行以及左右的准动态步行。 1990 年在平台上增加两个垂直关节，发展成 12 个自由度，具备了转弯功能，实现了实验室环境的全方位行走。1995 年实现动态行走，步速每秒，步长为 2022大斜坡角度达 13 度。2000 年底在基础上研制成功我国首台仿人形机器人“先行者”，动态步行，可在小偏差、不确定的环境行走，周期达每秒两步，高 20头、眼、脖、身躯、双臂、双足，且具备一定的语言功能 8 13。上海交通大学于 1999 年研制的仿人形机器人部和手臂分别有 12 和 10个自由度，身体上有 2 个自由度。共有 24 个自由度，实现了周期长 10器人本体上装有 2 个单轴陀螺和一个三轴倾斜计，用于检测机器人的姿态信息，并配备了富士通公司的主动视觉系统，是研究通用机器人学、多传感器集成以及控制算法良好的实验平台。北京理工大学在归国博士黄强教授的带领下，高起点地进行仿人形机器人研究，于 2002 年 12 月通过验收的仿人形机器人 158 7632 个自由度，步幅速每小时 1 公里。能够根据自身力觉、平衡觉等感知机器人自身的平衡状态和地面高度的变化，实现未知地面的稳定行走和太极拳表演，使中国成为继日本科毕业设计说明书（论文）第 10 页共 29 页本之后，第二个研制出无外接电缆行走，集感知、控制、驱动、电源和机构于一体的高水平仿人形机器人国家。此外，清华大学正在研制仿人形机器人 13032 个自由度，在清华大学 985 计划的支持下，项目也在不断取得进展。南京航空航天大学曾研制了一台 8 自由度空间型双足步行机器人，实现静态步行功能 13,14。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。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、摇头、摆大臂、摆小臂。本科毕业设计说明书（论文）第 11 页共 29 页 2 双足机器人本体结构设计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。双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 15。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，髋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7 2 个自由度 (髋关节 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 6 2 个自由度 (髋关节 3 个，膝关节 1 个，踝关节 2 个 )，如 :哈尔滨工业大学的防科技大的“先行者”、本田公司的索尼公司的具有 6 2 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，这类步行机器人的终处于支撑哈尔滨工程大学硕士学位论文多边形 (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 ( 本科毕业设计说明书（论文）第 12 页共 29 页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）完全动态机器人，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。下面，我们按照自由度数从少到多的原则，参考曾经成功实现的两足步行机器人模型，分析不同结构的两足步行机器人的特点。为了计算机器人的自由度，我们将采用以下原则：假设机器人固定于一端，考虑单脚支撑机器人开链结构情况下的自由度。同时就机器人双脚支撑闭链结构情况下的冗余自由度进行分析。自由度数最少的两足步行机器人只有一个自由度，如图示。图类机器人没有躯干，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。图一个自由度的两足步行机器人图示的是有四个自由度的两足步行机器人的结构。这类机器人由一个躯干和两条变结构的腿组成。这个机器人的运动学模型也是平面的，没有侧向运动，为了防止侧向倾倒，两只固定在小腿上的脚在和径向面垂直的方向上排列。径向面内的运动包括 5 个连杆 (躯干和两条变结构的腿 )和 4 个自由度。这类机器人属于完全动态机器人，它可以在水平面上沿直线行走几步，然后就会因为摆动腿着地时的冲击过大而跌倒。本科毕业设计说明书（论文）第 13 页共 29 页图四个自由度的两足步行机器人图示的是具有八个自由度的两足步行机器人。这类机器人由一个躯干和两条腿组成，髋关节和膝关节各有一个前向自由度，踝关节有一个前向自由度和一个侧向旋转自由度。它在侧向面的运动是一个倒立摆模型，像一个只有踝关节一个自由度的刚体，这个侧向关节使它可以侧向平衡。在径向面的运动包括 7 个连杆和 6 个关节。这类机器人可以在水平地面和斜坡上行走，并且可以上下楼梯。但是由于只有踝关节处的一个侧向关节，所以对侧向关节驱动电机的性能和控制精度都要求较高，往往会侧向倾倒。图八个自由度的两足步行机器人真正实现拟人行走的机器人是具有十二个自由度的两足步行机器人，如图示，这类机器人艘关节有 3 个自由度，膝关节有 1 个自由度，踝关节有 2 个自由度。在侧向面内的运动包括 5 个连杆和 4 个自由度，在径向面内的运动包括 7 个连杆和 6个自由度。由于髋关节有绕竖直轴转动的自由度，所以这类机器人可以转弯。在双足支撑期，这类步行机器人具有 6 个冗余自由度。这类两足机器人属于动态机器人，可以在普通的平整地面 (塑料瓷砖、铺砌地面或者草地 )上和平整的斜坡上行走，还可以上下楼梯，侧向行走，后退和转弯。并且这类机器人可以方便地在上体增加胳膊和头颈，已经为研究者广泛接受。本科毕业设计说明书（论文）第 14 页共 29 页图具有十二个自由度的两足步行机器人通过上面的分析，可以看出，

温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。