仿生机器狗的机构设计-毕业设计.docx

仿生机器人——机器狗的机构设计、八 、-刖S摘要、关键词目录机器狗功能设计机器狗总体设计机器狗的机构设计1头部的机构设计2尾巴的机构设计3腿部的机构设计4躯体的机构设计驱动装置的选择及机器人功率计算步态分析及其实现关键技术分析及实现结论心得，体会&意见，建议参考书目与《附录》专业技术资料翻译身体下 SolidWorks289 KB薄片SolidWorks零件文件68 KBSolidWorks零件文件189 KB零件文件尾巴零件2SolidWorks零件文件199 KB零件文件 零件文件 零件文件 零件文件 装配• • •零件文件 零件文件 零件文件 零件文件 装配• • •SolidWorks零件文件114 KB全身装配SolidWorks 装配...985 KB尾巴1SolidWorks138 KB装配头SolidWorks 装配…318 KB板金电机安放SolidWorks雪件文件320 KBE1脖子Soli dWorks149 KB零件文件如需图纸资料请联系719918229摘要机器人是机构学、运动学、控制理论等学科发展水平的综合体现，是当前国 内外研究的热点问题之一在各高校机器人设计活动也已经很广的开展起来，这 种氛围对我国机器人的研制开发特别以及专业方面人才的培养是具有积极意义 的。

从仿生学的角度，动物的生理构造及行为是比较不易模仿的，“仿生机器狗” 正是在模仿四足行走的动物，该机器人是一个仿生4足行走的机器人，通过对伺 服电机（舵机）的精确控制模拟四足动物的行走步态，实现行走、后退、转弯等 各种步态行为•相应的传感器可以使机器狗在前进过程躲避障碍物顺利，实现 智能化在机器狗内部语音识别技术，当人发出命令是狗狗可以通过判断是哪一个命 令然后执行同时在躯体上安置触摸键，当人触碰到相应的按键时候播放相应的 语音通过控制系统不同的程序可以使机器狗做各种动作就是她具有相应的狗 的功能如，看门，发出汪汪叫声，歌唱，做搞笑的动作，跳舞等……关键词：仿生学，智能玩具，机器人，语音技术，舵机，步态，传 感器八 、-刖S智能化已成为玩具行业的新趋势，让语音技术融入到玩具中，不仅可以赋予玩具 “听” “说”的交流能力，使其更加生动、智能，还有利于在儿童中普及现代科 学技术，推动语音技术产业化的发展一些领先技术被应用于今天的玩具领域如： 无线电、红外通讯、传感器、语音识别等等本文介绍的是基于SPCE061A的一 种具有语音识别功能的玩具产品，不但具备微控制器的功能，还具有DSP运算功 能，可以用来进行数字语音信号处理，实现语音的播放、识别、录制等功能。

本 产品就是利用SPCE061A的该功能设计的一款智能玩具该玩具可以在人的语音 指令下完成“前进”、“后退”、“变速”、“演奏”等动作，和人有良好的互 动性，实现了玩具的智能化机器狗的功能设计项目背景及意义仿生机器人（Humanoid Robot）是先进机器人技术的高级发展阶段，它综合 体现了高级机器人的机构学、运动与动力学、现代设计理论、信息检测和感知、 微电子学、控制理论等诸多方面的研究和发展水平，是一个复杂的综合系统大学生科研训练计划（Student Research Training Program SRTP）是我校大力开展本科教育改革，实施理论教学、实践教学、科学研究三位一体教学 模式的重要组成部分，其目的是组织学生在教师的指导下，通过自主进行课题研 究和探索了解和掌握基本的科学研究方法和手段，培养大学生严谨的科学态度、 创新创业意识和团队合作精神，提高大学生的研究创新能力和综合实践能力总体功能设计：本设计的仿生机器狗具有实用以及智能玩具的特征在一般情况下，机器狗处于房间的某个角落，头部不断检测，发现有人进来 即报警（因为不能马上识别主人或是外人）；但是他能通过语音识别，他内部存储有特定的信号，相当与狗的名字或是秘 密接头暗号。

假如是主人或是亲密朋友就会反馈给机器狗一个语音信号，比如是: 爱狗狗！特定的名字或是句子机器狗通过判断正确的话就停止叫声，随即发出： 亲爱的主人，您回来了，请休息一下吧！或者其他亲切柔和的语音（事先通过语 音录制存储好的句子）假如主人说：过来！机器狗就开始启动行走功能随着主人的移动，搜索到 感应信号，反馈到控制系统，跟随主人前进并能自动避过障碍物来到主人身边接下来根据主人的命令做相应的动作逗主人开心摇尾巴、点头、摇头、唱 歌以及跳舞等同时机器狗身上布置好多感应器，触碰到相应的开关就回发出相 应的声音比如，抚摸头部就回播放轻音乐，摸肚子会发出咕咕叫声，假装肚子 饿了……仿生功能：具有四足动物的共同特征：如，行走（前进、后退，转弯）具 有狗的部分特征：如看门，汪汪叫，肢体语言如摇头、点头、摇尾巴看门功能：在睡眠状态下，头部不断检测周围的移动物体，当发现什么动静 时候会报警，汪汪叫，吸引主人注意当主人反馈某个信号表示来者是朋友是就 停止报警开始友善的表示如发出亲切的问候，摇尾巴 娱乐功能：当狗狗静止状态时，在狗狗的身上不同部位安装触摸键，当人触摸到相应的 按键时候狗狗会发出不同的语音如：背部按键，脸部触摸键，肚部触摸键等。

通过一个开关控制玩具的启动、停止，首次下载程序后或按下重录键可以进 行语音命令训练训练内容有：前进、后退、转弯、变速、唱歌、跳舞等用户发出“变速”的命令时，小狗可以做出相关响应，将电机的转度改变用户发出“前进”或“后退”的命令时，小狗会做出前进或后退的动作在 前进过程中如果遇到障碍物，会自动转弯躲避障碍物继续前进用户发出“唱歌”命令时，小狗会进行乐曲播放用户发出“跳舞”命令时，小狗会开始翩翩起舞等机器狗的总体设计设计理论方案自从人类发明机器人以来，各种各样的机器人日渐走入我们的生活仿照生 物的各种功能而发明的各种机器人越来越多作为移动机器平台，步行机器人与 轮式机器人相比较最大的优点就是步行机器人对行走路面的要求很低，它可以跨 越障碍物，走过沙地、沼泽等特殊路面，用于工程探险勘测或军事侦察等人类无 法完成的或危险的工作；也可开发成娱乐机器人玩具或家用服务机器人四足机 器人在整个步行机器中占有很大大比重，因此对仿生四足步行机器人的研究具有 很重要的意义一.装置的原理方案构思和拟定：随着社会的发展，现代的机器人趋于自动化、高效化、和人性化发展，具有 高性能的机器人已经被人们运用在多种领域里。

特别是它可以替代人类完成在一 些危险领域里完成工作科技来源于生活，生活可以为科技注入强大的生命力，基于此，我们在构思 机器人的时候想到了动物，在仔细观察了猫.狗等之后我们找到了制作我们机器 人的灵感，为什么我们不可以学习小动物的走路呢，于是我们有了我们机器人行 走原理的灵感为了使我们所设计的机器人在运动过程中体现出特种机器人的性能及其运 动机构的全面性，我们在构思机器人的同时也为它设计了一些任务:如前所述的，看门功能、娱乐功能等二.原理方案的实现方案流程：机器狗的方案主要考虑的是他的自由度的问题，因为自由度直接关系着运动 的稳定性和协调性，以及运动的花样多少其中，最主要的的腿部的自由度问题 设计是从4足机器人的一个肢体开始的，因为4个肢体的设计是非常相似的为 了能够充分利用伺服电机的输出转矩，我把电机输出的轴直接作为转臂，或者输 出轴上齿轮直接就和机器人的关节处轴上齿轮直接啮合，这样就大大提高了输出 功率的利用率想到四足动物的步行状态，即做前后摆动前后，左右转动于是 原理方案设计如下：单纯的考虑走路，而且要求协调性不高的时候，四足动物可以采用两条腿一 起移动迈步，即左前和右后可以一起行动，这样可以共用一个电机，节省费用。

但是如果有稳定性要求，及其要使机器狗具备更做的功能和娱乐性质的话，最好 采用单腿单独控制，这样它就能够拥有更多的功能本设计采用单腿单独电机驱动，走路时候由3条腿同时着地，1条腿迈步 这样稳定性和协调性比较好同时可以每条腿可以单独拥有自己的动作实现 智能化单腿单独驱动时候，自由度方案如下：6自由度：尾巴、颈部各一个电机控制，腿部四个自由度，两个电机控制 肩膀处一个电机放在下身躯壳内，带动腿部做前后摆动，腿部和脚部设计为一 个整体，按照狗的腿部曲线设计这样一条腿就由单个电机控制向前行走，同时 走路时候，左前脚可以和右后脚一起用一个电机比较简单，控制起来方便但 是行走起来比较机械，10自由度：由于6自由度8电机机构的运动比较单一，而且在运动的协调 性上不易控制通过改进小腿处关节再安装一个电机，小腿饶着小腿关节的轴前 后转动这样大小腿各有自己的转动自由度度通过两个电机的独立转动带动肢 体关节转动，这样在机器人行走的过程中就可以比较协调，而且我们的机器人的 自由度也增加了 4个，电机增加了 4个，协调性已经稳定性都得到了提高15自由度：机器狗能够进行基本的行走还不够，为了使其能够具有娱乐性 质，要求它具备更多的自由度，从而行动起来更优美、可爱。

比如跳舞时候要求 它的关节出自由度尽可能的多，这样动作才更好看，所以，在此，把每一条腿肩 膀关节处再增加一个自由度可以向外边左右扩展运动这样总共增加4个自由度 4个电机同时，头部只有一个左右转动的自由度还不够，在颈部再增加一个上 下转动自由度，小狗能够表达的感情就更加丰富了于是在颈部再安装一个电机, 控制颈部带动头部上下转动这样一个既能够行走，又能够表达感情，做可爱动 作的智能玩具就诞生了 -具体的协调性分析及其行走的步态分析将在下面作详细 介绍最终方案为：15自由度15电机15个伺服马达分别位于：4条腿，每条腿有3个自由度；颈部，2个自由度; 尾部，1个自由度通过15个伺服马达的协调动作，可令机器狗具备前后行走、 转弯、趴下、倒立、直立、舞蹈等千变万化的动作每条腿分别各有3的电机控制它的两条腿的抬伸和大腿的外伸根据每只腿 的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它 也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明图：机器狗的整体布置图任务的实现主要是利用单片机来控制电机的转动从而控制机器人的四条腿 以及几个传感器的共同工作，并通过它们的协调工作来完成的如图中所示, 让机器人不断进行扫描，如果发现有目标出现在它的视野之内，它就会做出相应 的动作。

机器狗机构设计机器狗的头部机构设计机器狗头部有左右转动自由度，一个电机控制，实现检测移动物体，表达她 的情绪在娱乐的时候可以做为运动的部位协调身体运动机器狗头部在一定角度不段旋转，相隔数秒改变一次头的转向，检测有无移 动物体当发现运动物体时候立即点亮报警灯，同时发出汪汪的叫声，类似真实 的狗一样机器狗头部的左右摆动采用电机直接驱动机构，定期的给电机发射极短的脉 冲，以便改变机器狗头部角度颈部设计机器狗颈部有上下转动自由度，带动头部上下转动，表达她的情绪，在做动 作的时候可以做为运动的部位协调身体运动颈部一个电机控制实现上下转动 在这为了方便，我采用大腿部的结构用做颈部通过轴与躯体上壳联接内部结构与腿部完全一样，内部有电机，电机输出轴上的齿轮与关节轴齿轮 啮合通过电机旋转带动齿轮旋转从而带动颈部围绕轴上下转动只不过转动角 度稍微改变大了，控制不同罢了颈部如图所示:,通过控制电机转动。