蜘蛛機(jī)器人設(shè)計(jì)

1、蜘蛛機(jī)器人設(shè)計(jì)Design of the spider robot2013年5月摘要在自然界中，蜘蛛因其獨(dú)特的爬行機(jī)理可以在垂直的墻壁甚至倒立在天花 板上進(jìn)行行走。本文介紹了一個(gè)運(yùn)用仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)制作的八足蜘蛛仿生機(jī)器人 系統(tǒng)。它以自然界中的蜘蛛為模仿對(duì)象，采用仿蜘蛛爬行機(jī)理設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種八 足爬行機(jī)器人。具體來(lái)講，就是在盡量滿足蜘蛛的仿生學(xué)生理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，吸 取其與接觸面高強(qiáng)附著力的特點(diǎn)，基于這種機(jī)器人功能和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，用最簡(jiǎn)單 的結(jié)構(gòu)和加工工藝及材料設(shè)計(jì)出了相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，電路，及控制程序。本文中 從機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)機(jī)理、電路設(shè)計(jì)、控制等四個(gè)方面完整闡述了八足仿生機(jī) 器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過

2、程。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，詳細(xì)描述了從概念到最終三維圖的設(shè) 計(jì)全過程，其中包括：圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，二維、三維圖的繪畫三個(gè)部分內(nèi)容。在電路設(shè) 計(jì)方面，詳細(xì)闡述了該機(jī)器人系統(tǒng)電路板的設(shè)計(jì)全過程，其中包括：電路原理， “Protel DXP”制圖以及電路板的焊制三個(gè)部分內(nèi)容。控制方面闡述了控制的構(gòu)建 過程，其中包含有：總體流程圖及單片機(jī)程序編制與仿真兩部分內(nèi)容。最終的蜘 蛛機(jī)器人可模仿現(xiàn)實(shí)當(dāng)中蜘蛛的爬行方式在平地進(jìn)行爬行運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、 轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作，為進(jìn)一步研究爬壁機(jī)器人提供了一個(gè)基礎(chǔ)測(cè)試平臺(tái)。關(guān)鍵詞：機(jī)器人；仿生學(xué)；機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；控制系統(tǒng)。目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookma

3、rk27 o Current Document 1緒論5 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 1.1機(jī)器人發(fā)展史5 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 1.2仿生機(jī)器人的研究現(xiàn)狀61.2.1跳躍機(jī)器人61.2.2足式機(jī)器人錯(cuò)誤!未定義書簽。1.2.3爬壁機(jī)器人錯(cuò)誤!未定義書簽。1.2.4管道機(jī)器人錯(cuò)誤!未定義書簽。1.3仿生機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)錯(cuò)誤!未定義書簽。1.4本課題提出的背景和要求錯(cuò)誤!未定義書簽。1.5蜘蛛機(jī)器人研發(fā)的目的和意義錯(cuò)誤!未定義書簽。1.6結(jié)束語(yǔ)錯(cuò)誤!未定義書簽。2機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未

4、定義書簽。2.1仿生蜘蛛整體結(jié)構(gòu)確定錯(cuò)誤!未定義書簽。2.2蜘蛛機(jī)器人電機(jī)的選擇錯(cuò)誤!未定義書簽。2.3蜘蛛機(jī)器人具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書簽。2.3繪圖總結(jié)錯(cuò)誤!未定義書簽。3運(yùn)動(dòng)機(jī)理分析錯(cuò)誤!未定義書簽。3.1蜘蛛機(jī)器人行走步態(tài)選擇錯(cuò)誤!未定義書簽。相關(guān)參數(shù)描述錯(cuò)誤!未定義書簽。八足步態(tài)形式分析錯(cuò)誤!未定義書簽。結(jié)論錯(cuò)誤!未定義書簽。3.2蜘蛛機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)理分析錯(cuò)誤!未定義書簽。4硬件電路設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書簽。4.1電路原理錯(cuò)誤!未定義書簽。4.1.1主控芯片的選擇錯(cuò)誤!未定義書簽。4.1.2主控芯片ATmega16單片機(jī)簡(jiǎn)介：錯(cuò)誤!未定義書簽。4.1.3各個(gè)模塊電路原理錯(cuò)誤!未定義書簽

5、。4.2 Protel制圖錯(cuò)誤!未定義書簽。4.3電路面板的制作錯(cuò)誤!未定義書簽。4.4電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)錯(cuò)誤!未定義書簽。5程序控制及仿真錯(cuò)誤!未定義書簽。5.1控制設(shè)計(jì)總體流程錯(cuò)誤!未定義書簽。5.2單片機(jī)控制程序的編寫錯(cuò)誤!未定義書簽。ICCAVR簡(jiǎn)介錯(cuò)誤!未定義書簽?？刂瞥绦虻木帉戝e(cuò)誤!未定義書簽。5.3 控制程序的仿真和實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書簽。6結(jié)束語(yǔ)錯(cuò)誤!未定義書簽。致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書簽。 TOC o 1-5 h z 附錄一蜘蛛機(jī)器人結(jié)構(gòu)三維圖 51附錄二總體電路圖52附錄三PCB板53附錄四PCB三維圖541緒論1.1機(jī)器人發(fā)展史機(jī)器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一

6、臺(tái)工業(yè)機(jī)器人的問世都是近幾十年的事。然 而人們對(duì)機(jī)器人的幻想與追求卻已有3 000多年的歷史。人類希望制造一種像人 一樣的機(jī)器，以便代替人類完成各種工作。西周時(shí)期，中國(guó)的能工巧匠偃師就研 制出了能歌善舞的伶人，這是中國(guó)最早記載的機(jī)器人，體現(xiàn)了中國(guó)勞動(dòng)人民的聰 明智慧。1738年，法國(guó)天才技師杰克-戴瓦克遜發(fā)明了一只機(jī)器鴨，它會(huì)嘎 嘎叫，會(huì)游泳和喝水，還會(huì)進(jìn)食和排泄。瓦克遜的本意是想把生物的功能加以機(jī) 械化而進(jìn)行醫(yī)學(xué)上的分析。1893年摩爾制造了 “蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驅(qū)動(dòng) 雙腿沿圓周走動(dòng)。進(jìn)人2O世紀(jì)后，機(jī)器人的研究與開發(fā)得到了更多人的關(guān)心與 支持，一些適用化的機(jī)器人相繼問世，1927年

7、美國(guó)西屋公司工程師溫茲利制造了 第一個(gè)機(jī)器人“電報(bào)箱”，并在紐約舉行的世界博覽會(huì)上展出。1959年第一臺(tái)工 業(yè)機(jī)器人（可編程、圓坐標(biāo)）在美國(guó)誕生，開創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。隨著計(jì)算 機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，使機(jī)器人在功能和技術(shù)層次上有了很大的提 高，移動(dòng)機(jī)器人和機(jī)器人的視覺和觸覺等技術(shù)就是典型的代表。由于這些技術(shù)的 發(fā)展，推動(dòng)了機(jī)器人概念的延伸。20世紀(jì)，將具有感覺、思考、決策和動(dòng)作能力 的系統(tǒng)稱為智能機(jī)器人，這是一個(gè)概括的、含義廣泛的概念。這一概念不但指導(dǎo) 了機(jī)器人技術(shù)的研究和應(yīng)用，而且又賦予了機(jī)器人技術(shù)向深廣發(fā)展的巨大空間， 地面機(jī)器人、微小型機(jī)器人、水下機(jī)器人、空中機(jī)器人等各種用

8、途的機(jī)器人相繼 問世，許多夢(mèng)想成為了現(xiàn)實(shí)。仿生科學(xué)以仿生學(xué)為核心的相關(guān)學(xué)科進(jìn)行研究，其中運(yùn)動(dòng)仿生、感知仿生、 控制仿生、能量仿生、材料仿生等諸多基礎(chǔ)仿生技術(shù)的深入研究為仿生機(jī)器人的 發(fā)展提供了一定的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持.仿生機(jī)器人是指模仿生物、從事生物特 點(diǎn)工作的機(jī)器人。仿生機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域中一個(gè)新興的發(fā)展分支，是當(dāng)前 機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。過去、現(xiàn)在甚至未來(lái)，對(duì)仿生機(jī)器人的研究，都是多方 面的。近些年，國(guó)內(nèi)外有諸多學(xué)者開始對(duì)仿生機(jī)器人進(jìn)行深入細(xì)致的研究。仿生 機(jī)器人的種類有很多種，有天上飛的，地上走的，甚至還有水里游的。而地上走 的，根據(jù)仿生機(jī)器人行走方式的不同，可以將機(jī)器人分為跳躍機(jī)器人、輪式機(jī)器 人、足式機(jī)器人以及爬行機(jī)器人等。在下面一節(jié)中我將具體描述各類型機(jī)器人的 發(fā)展現(xiàn)狀及成果。1.2仿生機(jī)器人的研究現(xiàn)狀1.2.1跳躍機(jī)