步行四边形机器人结构设计【含11张CAD图纸+文档全套】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览:
编号:156142930
类型:共享资源
大小:8.65MB
格式:ZIP
上传时间:2021-10-19
上传人:好资料QQ****51605
认证信息
个人认证
孙**(实名认证)
江苏
IP属地:江苏
150
积分
- 关 键 词:
-
含11张CAD图纸+文档全套
步行
四边形
机器人
结构设计
11
CAD
图纸
文档
全套
- 资源描述:
-
喜欢就充值下载吧,,资源目录下展示的全都有,,下载后全都有,dwg格式的为CAD图纸,有疑问咨询QQ:414951605 或1304139763========================================喜欢就充值下载吧,,资源目录下展示的全都有,,下载后全都有,dwg格式的为CAD图纸,有疑问咨询QQ:414951605 或1304139763========================================喜欢就充值下载吧,,资源目录下展示的全都有,,下载后全都有,dwg格式的为CAD图纸,有疑问咨询QQ:414951605 或1304139763========================================
- 内容简介:
-
哈尔滨理工大学毕业设计(论文)开 题 报 告学生姓名 张增生 学 号 1630060332 专 业 机械设计制造及自动化 班 级 机械16-3班 指导教师 赵金涛 2020年3月20日课题题目及来源:题目:步行四边形机器人结构设计题目来源: 自拟课题研究的意义和国内外研究现状:1.1课题研究的意义 近年来机器人领域发展迅速,机器人也不再局限于工业生产,各种各样的机器人融入到我们的生活中。现在最广泛被人们使用的是轮式机器人以及履带式机器人,多用于仓库存储、物资运输等地面较为平坦且环境简单的地方,例如某快递仓库所使用的轮式机器人。但是轮式机器人与履带机器人无法适应复杂环境,在野外等环境工作效率大大降低。因此,相比于轮式和履带式机器人,足式机器人对非结构环境具有更强的适应性,能够在复杂的陆地和浅滩地面环境下实现稳定的行走。足式生物因其强大的机动能力与灵活性而遍布全世界的大陆,这种能力也足以支撑其在多种复杂环境之下行动自如。步行四边形机器人则是模仿自然界中灵活性较强的四足生物而来,如典型的犬型机器人,可在山地、丛林、建筑废墟中活动自如,进行物资运输、侦查、搜救等工作。其次,在同等体积的情况下步行机器人的稳定性要强于轮式、履带式机器人,在出错的情况下也具有很强的自我调整能力。步行四边形机器人的结构决定了其质量、灵活度、运动能力等多种重要参数,所以步行四边形机器人机构设计可以优化机器人的各种性能,使其更加适应地形、降低运动时的错误率,从而提高其工作效率,对人类社会进步和发展有着重大意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 国内研究现状 我国对于机器人的研究要晚于美国、德国等技术基础较强的发达国家,而步行机器人复杂程度较高,所以近十几年来我国步行机器人技术才有所发展。我国最初的一些四足机器人,例如由上海交通大学开发的四足机器人Baby Elephant,如图1-1所示。该机器人配备有线性位移传感器和压力传感器,位于作为执行器的液压缸上,主体上的陀螺仪和腿尖上的接触传感器。机器人的平衡和恒定的高度通过控制身体和摆动腿的轨迹来保证。由于步行机器人在某些特定的重要坏境中有着巨大的作用,以及此领域有着巨大的发展空间与潜力,我国多个知名高校对此项技术进行了研究并取得了巨大的成果。例如,2017年5月,浙江大学与南江机器人联合展示了名为“赤兔”的四足机器人,拿下全球学生设计评价最具含金量的Top1桂冠,如图1-2所示。赤兔机器人重约60公斤,高约0.5米,可以实现小跑、小跳等动作,一般运行速度相当于成年人的步行速度,还可以做出爬楼梯、越过障碍物等相对复杂的动作。同样是浙江大学,2018年自主研发出了“赤兔”机器人的升级版“绝影”。在机器人“赤兔”的基础上增加了高效的识别装置,可以识别减速带、台阶、防护栏杆等多种常见障碍物,还可以识别雪地、草地等高度差不均衡的地形,并通过传感系统自动调整落地动作,加强自身的连贯性与平衡性。如图1-3所示。 图1-1上海交通大学四足机器人 图1-2“赤兔”机器人 图1-3“绝影”机器人 图1-4郑州大学四足机器人在设计步行机器人最主要的部分是设计腿部结构,腿部结构决定了机器人的运动方式,也决定了其主要功能。近些年国内很多研宄机构和院校对于机器人腿部结构创新研究的成绩非常可观。例如,中国郑州大学机械工程学院研制出一种新型混合式四足机器人,如图1-4。此机器人腿部采用液压驱动杆式联动装置,这种结构更接近于四足动物的腿部结构,其中连杆与人腿部大腿肌的工作方式十分相似,起支撑、调节作用,进一步提高了机器人的稳定性。重庆大学设计了一种电机整周转动驱动腿部实现摆转跨步动作方案,具有切比雪夫机构、五杆机构组成的自由度双曲柄复合连杆机构的机器人腿部结构,如图1-5。其中切比雪夫机构是一种常见的机器人足式结构,运行动作类似于步行,可使机器人脚部抬离地面,大大加强了机器人的越障能力。五杆机构则优化了具体运动轨迹,增强了运动时的稳定性。天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室近期设计研制了一种新型下肢康复机器人机构,该机构的结构模型是两自由度的五杆机构,并在此基础上进行改性,使机构运动轨迹可调,如图1-6。该机构在不同人使用时进行小幅度的微调即可符合使用者的具体要求,并且运行幅度较小、稳定性好,其运动轨迹符合人体腿部运动轨迹。 图1-5连续电驱动腿部五杆机构 图1-6下肢康复机器人机构1.2.2 国外研究现状国外对于步行机器人的研究始于19世纪70年代,首台步行机器人是由美国公司Mosher研发的“Walking Truck”,用来在一些复杂的地形中协助搬运物资。但在那个时期步行机器人的研发受到技术、社会环境等多方面制约,其性能与近十几年的步行机器人相差甚远,并且没有形成一个完善的体系。美国波士顿动力公司于2005年研发了以汽油为燃料的四足机器人“BigDog”,如图2-1。其单足运动主要由三个旋转副和一个移动副完成,整体结构具有12或16个主动自由度,由液压驱动装置提供动力。 图2-1四足机器人“BigDog” 图2-2四足机器人“Cheetah” 同样是波士顿公司,于2015年研发了四足步行机器人“Cheetah”,如图2-2。“Cheetah”与前几代步行机器人最大的优点是其速度远高于前几代机器人,平均时速可达16km/h,最大时速达到48km/h,高于人类速度的极限。在此基础上还可以在奔跑时进行稳定的转弯、急停等动作。“Cheetah”的结构以及运动方式参考了自然界中速度最快的动物猎豹,其动力来源不同于之前的液压驱动装置,而是采用电击的方式作为动力来源,其不同之处在于这种方式反应更加的迅速敏捷。而“Cheetah”能达到高速的最重要原因是其对于每次奔跑时力量的控制,“Cheetah”可通过激光感应器辨别障碍物的属性,通过算法计算得出输出力的大小,增强了其奔跑时的稳定性。 除了四足步行机器人,还有许多根据人体下肢结构研发的双足机器人。例如波兰的波兹南理工大学控制机器人和信息工程学院研制的仿哺乳动物机器人腿部结构设计,如图2-3。Marco Ceccarelli等人提出的一种以平面四连杆机构为基础的机器人腿部模型,如图2-4。这类机器人机构相对于四足步行机器人较为简单,成本低且易于操控,但在稳定性、运行速度以及承载能力上要逊色于四足步行机器人。现阶段对于此类机器人的应用并不广泛,但可预测其未来在服务业等领域有很大前景。 图2-3波兰机器人腿部机构 图2-4平面四连杆机构腿部机构课题研究的内容,拟解决的主要问题:2.1 课题研究的主要内容研究对象:步行四边形机器人结构设计研究内容:1、阐述课题背景,对国内外相关研究现状进行总结和分析;2、根据主要技术指标,在分析国内外研究现状的基础上制定总体设计方案,并阐明方案制定依据;3、选定步行四边形机器人的结构方案,确定整体结构。按照拟定的功能要求,选定各对应的功能单元;4、根据拟定方案确定技术参数,设计主要零部件,并校核;5、利用校核后的数据,加以设计绘制装配图,并依据实际需要,随时改善。6、得出设计结论。2.2课题拟解决的主要问题 步行机器人的腿部结构直接影响了其运动性能以及功能的可行性,因此腿部的结构、腿的数量与腿的布局是设计时最重要的部分。一般满足使用条件的机构不易太复杂,并且腿的数量不易过多,否则会限制机器人腿部的运动轨迹,机器人的整体质量也会随之增大,因此其主要问题有以下几点。1、 机器人步态规划,包括静步态规划、动步态规划;2、确定机构传动方式,在多种传动方式中寻找最优解;3、确定机器人的腿部机构。2.3基本原理及相关参数基本原理:步行机器人实现步行动作的主要结构是曲柄摇杆机构,由一台伺服电机进行驱动,并且采用对角线原则来保证运动的平稳性与一致性。运动传递为电机带动轴运动,轴带动曲柄摇杆机构,曲柄摇杆机构带动足部运动实现步行运动。相关参数:此步行机器人定位是微小型步行机器人,长宽高均不超过0.5m,可在平坦地面或较为崎岖的地面稳定行走,也可以进行爬坡。腿的数量初定为六条。四腿在运动时两条腿抬起两条腿支撑,稳定性不足;八腿会导致整体结构过于复杂,在运动时机动性也会下降并且重量增大,加大电机负担。研究的步骤、方法及措施:3.1研究的步骤1、依据功能需要,确定最佳功能解及总体方案;2、进行功能元分析,凭借现有设定和掌握的技术参数,利用动力学反问题求解的方法,完成各个对应功能单元的选择问题;3、借上述求解方案,完成总体结构设计,安排各个单元的初步排布,设定主要零件的技术尺寸,并进行刚度和强度校核;4、通过经校核后确定的技术参数,按照一定比例完成初步装配图,确定总体结构尺寸;5、待初步转配图完成后,进行轴承、减速器等寿命的验算,ANSYS 等力学分析,完成装配图的细化出图工作;6、得出设计结论。3.2方法及措施1、在ADAMS下建立机器人动力学模型,并进行步态仿真;2、使用皮带传动连接相邻两杆件,保持运动的一致性;3、使用常见的曲柄连杆机构,结构简单且运动规律满足要求。工作进度安排:第1-2周:查阅资料,完成开题报告;第3周: 完成总体方案设计、论证和选择;第4-6周:完成总体结构设计;第7-8周:完成主要零部件的设计;第9周: 完成外文翻译(不少于3000字)并准备期中答辩材料;第10-12周:绘制总体结构装配图和主要零件图(至少折合A0图纸2.5张);第13周: 验证设计方案,并完成论文初稿; 第14-16周:完善毕业设计相关资料,准备答辩。课题研究所需的参考文献: 1 韩硕四足步行机器人的平面八杆腿机构设计与步态规划研究D山东大学,2019.2 张金山四足步行机器人的3-5R并联腿机构设计与步态规划D山东大学,2019.3 张洪宾双足步行机器人的步态规划与神经网络控制D华南理工大学,20164 王帅帅四足并联腿步行椅机器人运动规划与控制系统设计D燕山大学,20165 刘明敏,徐方.四足机器人静步态连续行走策略J.机械设计与制造,2018, 卷缺失(7): 263-265.6 范大川并联腿式六足步行机器人的运动学分析和步态设计D长春工业大学,2019.7 李岩四足步行机器人结构设计分析J山东工业技术,2019卷缺失(10): 138.8 于千源一种新型步行机器人用混联腿运动学研究D郑州大学 ,2019.9 唐新星,范大川等六足并联步行机器人工作空间J重型机械,2019,卷缺失(2): 34-37.10 曾显武, 双足机器人设计及步态规划仿真D山东大学,2019.11 濮良贵等机械设计M高等教育出版社,2015.12 左其波,王春玲,欧阳常童两足步行机器人设计J数字技术与应用,2018,36(09):104-105.13 牛建业基于串并混联机构的四轮足步行机器人研究D燕山大学,2018。14 魏可心双足机器人上楼梯动作仿真与设计D石家庄铁道大学,2017.15 孔瑞祥四足机器人轨迹规划与运动学仿真分析D华北水利水电大学,2017.16 Y,Yavin.Modelling and control of a walking four link robotJ, Mathematical and Computer Modelling,2002,35(3).17 Duysens Jacques,Forner-Cordero Arturo.Walking with perturbations: a guide for biped humans and robots,J, Bioinspiration & biomimetics,2018,13(6).18 WANG Hongbo,SANG Lingfeng.Kinematics and Dynamics Analysis of a Quadruped Walking Robot with Parallel Leg MechanismJChinese Journal of Mechanical Engineering,2013, 26(5): 881-891.19 ZHUANG HongChao.A review of heavy-duty legged robotsMScience China(Technological Sciences),2014.20 Hudyjaya Siswoyo,Jo1Nazim Mir-Nasiri.Development of Minimalist Bipedal Walking Robot with Flexible Ankle and Split-mass Balancing SystemsJInternational Journal of Automation and Computing,2013, 10(5): 425-437.指导教师审查意见:1、论题具有(较强的、一定的)现实意义和学术价值;论点(鲜明正确有新意、清楚),表现出一定的独创性。2、该生对课题查阅了一定技术文献,学习态度端正,论文涉及面广,难度适中,工作量适度。3、该生能熟练的综合运用所学理论和专业知识;能较全面的或深入地分析实际问题,表现出较强的独立进行研究的能力。4、开题报告格式(符合
- 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。