仿生蜘蛛机器人的设计及研究报告.doc

毕业设计〔论文〕仿生蜘蛛机器人的设计与研究姓 名：寇艳虎学 号：12151109专 业：机械工程及自动化系 别：机械与电气工程系指导教师：孔繁征11/29/2021. z.-摘要本文总结了背景和目标,仿生蜘蛛机器人的简单介绍通过研究机器人的六足仿生的运动,这种设计已确定脚构造,使用3自由度的分析实现向前运动,把运动的机器人想象的组件和装配映射仿生蜘蛛机器人以及相关部件的检查,确保机械设计的可行性都包含在总设计关键词：仿生；机器人；机构. z.-ABSTRACTThe paper has summarized the background and the goal of its topic and has made the simple introduction of the bionic he*apod robot. Through the research of the motion of the si* feet of the robot, This design has determined the foot structure，using the analysis of 3 degrees of freedom realizes the forward motion and turning motion of the robot . Picturing of the ponent and assembly mapping of the bionic he*apod robot as well as the inspection of related parts which ensures the feasibility of the machinery design are both included in the total design.KEYWORDS：bionics ；he*apod robot ；machinery . z.-目 录摘要iABSTRACTii目录iii1绪 论11.1课题背景及目的11.2仿生机器人研究现状及开展趋势12设计思路72.1仿生学原理分析7仿生蜘蛛机器人的研究方法及思路73整体设计方案93.1工作原理分析9三角步态原理分析9机器人走动步态分析93.2机器人机构总体设计93.3电机的选择133.4舵机驱动原理15舵机原理16舵机控制方法164零件的设计184.1躯干的设计184.2基节设计194.3关节盖的设计204.4胫节片的设计204.5足的设计224.6连接杆的设计224.7固定片的设计23结论24参考文献26致28. z.-1 绪论1.1 课题背景及目的机器人的出现是科技不断开展的必然产物，随着,社会的不断开展,机器人的不断应用也将会推动生产力的开展,同时为也人类文明的进步做出了巨大奉献。

人工智能技术的研究主要是智能机器方向,所以如今对智能机器人的科研程度已经是一个国家科学以及技术的竞争的一个重要方面一个国家啊对智能机器人研发的程度表达出国家的综合的科技实力，新型机器人的研发更是表示出一个国家他的尖端科技现在，世界上机器人在生活中的的应用是很普骗的，机器人更是有各种各样的种类机器人已经更加的多元化啊不想以前则单一研究机器人的构造环境定点操作的非构造化环境的转变,在军事侦察、太空探索、救灾、抢险救灾、行星等方向展示了广阔前景一些我们人类无法到达的环境机器人却可以在那里正常工作，人类研究出的机器人不仅仅只有动物的外行还有更多的其他的功能更加多元化啊除了传统的设计方法,人们也关注生物世界,寻找神奇的生物从自然中汲取灵感,他们采用了运动机制和行为的运动和控制机器人,使机器人不仅感到思维有一定的功能,这些功能控制行动,用生物或类似于人类的智慧利用仿生学的相关知识与设计相结合使得仿生机器人的研究更加多样化仿生蜘蛛机器人是模仿多足的动物的运动的方式的特殊一种的机器人经过调查显示,在地球上有大约二分之一的陆地那些常规的载具，像汽车火车履带式的载具都无法到达自然界中却有很多生物却可以自由的活动在那里。

因此,仿生机器人的运动方式更有着其他不具有的能力优势,仿生机器人运动方式流动性良好,能适应各种崎岖路面仿生蜘蛛机器人在崎岖和路况极差的地面上的运动速度仍然很快，而且能耗较少[2]这些仿生机器人有着难以超越的优势，如果我们想在我们生活中推广普及发挥这些仿生机器人的最大价值让我们生活更加便捷，我们只能毫不松懈不停的对仿生机器人进展深入研究1.2 仿生机器人研究现状及开展趋势图2.2 Hamlet机器人国外仿生机器人研究现状〔1〕LAURON系列六足机器人德国卡尔斯鲁厄大学是一个科研机构,有着悠久历史的学校机器人的开发团队有足够多的仿生机器人持续了数年的集中研究和开发以下是他们的发现团队领导是右侧的六足仿生机器人(如图2.1)是一种特定的六个同样的肉体,头和脚整个身体机制设备不仅具有纳米微控制器,系统处理单元、电源开关和照相机,和所有组件都安装在它的身体,这样我们就能完全满足要求的自主权的总重量是32公斤,宽度是0.7米,可以携带15公斤的重量,不影响其操作,运动速度最高可达0.5 M / s不仅在它的小身体配备轴角编码器,压力传感器、倾角传感器、红外测距传感器和其他传感器和摄像机配备一个视觉传感器。

六条腿的机器人主要是依靠各种传感器和对接收到的信号分析,反应处理随意运动在凹凸的外表图2.1 LAURONⅡ〔2〕哈姆雷特是一个由坎特伯雷大学的学生和教授的研究小组开发出了一个在2000年底模仿昆虫六条腿走路的机器人它也是一种微型伺服机器人哈姆雷特是基于竹节虫是一个全方位步态模仿,和正在开发的步行机器人(如图2.2)它共有六十三关节行走的脚,每个关节运动控制两端配备了一个机械腿框架构造,每个装有三维力传感器的构造和每只脚,受碳纤维保护膜保护机器人使用两层分布式控制框架、硬件和两个综合控制板驱动信号和力信号,和态度的传感信号处理操作机器人的大小是650 mm*500mm*400mm,总重量12.7公斤,可以在复杂的地面匀速运动的速度0.2米/秒它有独立的行走和攀爬能力3)Lobstei机器龙虾在美国国防高级研究方案局部门支持的海上作战部队和波士顿在美国,一个东北大学联合开发了一种模仿龙虾八足步行机器人如图2.3)它能完成我的检测和引爆在海底作业它有4 * 8英寸的壳,壳,由八3自由度的腿,可以完成浮动和爬行,头部设有两个钳,舵由液压控制,8英寸长尾与水流的控制拉伸,保持飞机的稳定性龙虾肌肉类型驱动器,驱动机联合行动由形状记忆合金(力量可以人工肌肉)控制。

控制器包括一套完整的关于龙虾的行为数据,数据库根本上囊括了所有组织的指令的龙虾步态当然,它还可以消除的鱼雷传感器和installedSome炸药图2.3 Lobstei机器龙虾(4) He*plorer 2000六足步行机器人He*plorer步行机器人的研究和开发加拿大大学(如图2.4),它有六英尺,分布在一个圆形的身体每个机械腿是由三个独立的控制上面的三个关节TI C2000系列DSP控制系统,该系统采用分级控制7块DSP芯片,每个控制三个腿的关节和其他中央控制器,其他6件发送和接收指令每一条腿都是独立的存在的子系统只要控制中心传输信号，就可以控制单独的腿实现六条腿的步态规划，通信通过CAN总线接口和事件管理模式图2.4 He*plorer 2000国仿生机器人研究现状对于仿生学的研究在我国起步较晚,我国从上个世纪的80代末和90年代初才开场设计这方面的研究在上个世纪九十年代初,航空航天大学在中国开发了前四模仿动物机器人这是一个重达两吨,采用液压驱动机器人1989年3月,自动化研究所、光机合作进展的海蟹,是一个六英尺,25度极自由的六条腿的机器人,总重量约1500公斤,下降到500米。

1980年,中国科学,用四边形和凸轮的理论创造了八脚蟹步行机,被广泛的应用在水下涵虚博士1989年,已经进展了四足步行机器人的设计和研究,而且成功地开发了一种四足步行机,和步行测试，钱博士在地面,墙两栖机器人的爱是特殊的,和一个六足步行机器人的步态运动学的研究等兴旺JTUWM系列91年pei-sun马四足步行机器人是由pei-sun妈,机器人采用两级分布式控制系统,计算机模拟电路JTUWM - III对角步态,配备了PVDF测力传感器02,guo-zheng燕,徐小云和其他人在同一时间开场研究小型六足仿生机器人的设计,如图1所示,13日步行机器人的尺寸分别是:30毫米,40毫米,20毫米的重量只有6.3克,平均散步可以保持约3毫米/秒的速度,以一个恒定的速度移动此外,清华大学DTWN框架开展的三个三脚机器人，华中科技大学"4 + 2〞多个双腿行走机器人和MINIQUAD多足步行机器人如图1 - 15所示,多个机器人运动和控制方案的同时,此外,腿,墙相关模块功能的实现进展了详细的设计和研究国家"863〞的支持下,智能机器人主题,航空航天大学的开展更简单操作灵巧的手BH4——采用精细灵巧手齿轮构造,四个手指,有16个节点,每一个联合使用直流电机驱动,电机,安装在手指。

主要控制系统多目标分层控制系统理想的轨迹跟踪和协调层四个手指关节位置控制是完成四个电脑控制器手指控制器都在一样的物理控制器的每一个关节,为了提高控制精度的相互传递信息,使控制误差小除了北航机器人微小型仿生机器鱼的研究团队(孩子)技术的研究已经取得了突破性的进展,仿生机器鱼〞模型是成功的,同时控制机器鱼检测工业大学开发的仿人手臂和仿人双足机器人柔性机器人仿人手臂的空间大的特点,而没有奇异位置的关节,如构造紧凑，控制软件的整个过程可以爬,超越障碍等除了附近的最优联合功率限制仿生机器人通过生物拟态的性能和行为，将它的构造特点、运动和行为是应用在机器人的设计上开发了一些具有生物的外观或功能的机器人系统仿生机器人的诞生是由于仿生技术和机器人技术的集成,在仿生学、信息科学、力学、微电子控制、计算机科学、组织、、传感器技术、人工智能、和许多其他科目,所以机器人的优势传统的机器人,和生物运动机理和行为方式,应用于机器人的运动控制理论模型,本质上是对数以百万年来大自然的开展过程的"自然选择〞来提高机械手的运动能力和效率,使其超越原始理论的障碍,大大提高机器人的运动特性和工作效率仿生机器人大致可分为仿人机器人,和模仿人类的生物机器人，仿人机器人是机器人技术的前沿课题的一个具有挑战性的技术问题,主要是研究多自由度机器人机械臂关节,指的是结合两只脚行走机器人灵巧手的身体,模仿人类的生物机器人行走机器人,主要研究了蛇形机。