仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究

仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論〔〕仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論學(xué)號(hào)：專業(yè)：機(jī)械工程與自動(dòng)化系別：機(jī)械與電氣工程系指導(dǎo)教師：20234月i/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論摘要仿生的運(yùn)動(dòng),這種設(shè)計(jì)已確定腳構(gòu)造,使用3自由度的分析實(shí)現(xiàn)向前運(yùn)動(dòng),把運(yùn)動(dòng)的計(jì)的可行性都包含在總設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：仿生；機(jī)器人；機(jī)構(gòu)i/33ABSTRACTThepaperhassummarizedthebackgroundandthegoalofitstopicandhasmadethesimpleintroductionofthebionichexapodrobot.Throughtheresearchofthemotionofthesixfeetoftherobot,Thisdesignhasdeterminedthefootstructure，usingtheanalysisof3degreesoffreedomrealizestheforwardmotionandturningmotionoftherobot.Picturingofthecomponentandassemblymappingofthebionichexapodrobotaswellastheinspectionofrelatedpartswhichensuresthefeasibilityofthemachinerydesignarebothincludedinthetotaldesign.KEYWORDS：bionics；hexapodrobot；machineryii/33目錄\l“_TOC_250027“摘 要 i\l“_TOC_250026“ABSTRACT ii\l“_TOC_250025“目 錄 iii\l“_TOC_250024“緒 論 1課題背景與目的 1\l“_TOC_250023“仿生氣器人爭論現(xiàn)狀與進(jìn)展趨勢 2\l“_TOC_250022“設(shè)計(jì)思路 7\l“_TOC_250021“仿生學(xué)原理分析 7\l“_TOC_250020“仿生蜘蛛機(jī)器人的爭論方法與思路 7\l“_TOC_250019“整體設(shè)計(jì)方案 9\l“_TOC_250018“工作原理分析 9\l“_TOC_250017“三角步態(tài)原理分析 9\l“_TOC_250016“機(jī)器人走動(dòng)步態(tài)分析 9\l“_TOC_250015“機(jī)器人機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 9\l“_TOC_250014“電機(jī)的選擇 13\l“_TOC_250013“舵機(jī)驅(qū)動(dòng)原理 15\l“_TOC_250012“舵機(jī)原理 16\l“_TOC_250011“舵機(jī)掌握方法 16\l“_TOC_250010“零件的設(shè)計(jì) 18\l“_TOC_250009“軀干的設(shè)計(jì) 18\l“_TOC_250008“基節(jié)設(shè)計(jì) 19\l“_TOC_250007“關(guān)節(jié)蓋的設(shè)計(jì) 20\l“_TOC_250006“脛節(jié)片的設(shè)計(jì) 20\l“_TOC_250005“足的設(shè)計(jì) 22\l“_TOC_250004“連接桿的設(shè)計(jì) 22\l“_TOC_250003“固定片的設(shè)計(jì) 23\l“_TOC_250002“結(jié) 論 24\l“_TOC_250001“參考文獻(xiàn) 26\l“_TOC_250000“致 謝 28iii/331緒論課題背景與目的機(jī)器人的消滅是科技不斷進(jìn)展的必定產(chǎn)物，隨著,社會(huì)的不斷進(jìn)展,機(jī)器人的工智能技術(shù)的爭論主要是智能機(jī)器方向,所以如今對智能機(jī)器人的科研程度已經(jīng)是一個(gè)國家科學(xué)以與技術(shù)的競爭的一個(gè)重要方面。一個(gè)國家啊對智能機(jī)器人研發(fā)的程度表達(dá)出國家的綜合的科技實(shí)力，型機(jī)器人的研發(fā)更是表示出一個(gè)國家他的尖端科技?，F(xiàn)在，世界上機(jī)器人在生活中的的應(yīng)用是很普騙的，機(jī)器人更是有方向展現(xiàn)了寬闊前景。一些我們?nèi)祟悷o法到達(dá)的環(huán)境。機(jī)器人卻可以在那里正常工作，人類爭論出的機(jī)器人不僅僅只有動(dòng)物的外行還有更多的其他的功能。更加多元化啊。除了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,人們也關(guān)注生物世界,查找奇特的生物從自然中吸取靈感,他們承受了運(yùn)動(dòng)機(jī)制和行為的運(yùn)動(dòng)和掌握機(jī)器人,使機(jī)器人不僅感到思維有肯定的功能,這些功能掌握行動(dòng),用生物或類似于人類的才智利用仿生學(xué)的相仿生蜘蛛機(jī)器人是仿照多足的動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)的方式的特別一種的機(jī)器人。經(jīng)過調(diào)人的運(yùn)動(dòng)方式更有著其他不具有的力量優(yōu)勢,仿生氣器人運(yùn)動(dòng)方式流淌性良好,能適應(yīng)各種坎坷路面。仿生蜘蛛機(jī)器人在坎坷和路況極差的地面上的運(yùn)動(dòng)速度仍舊很快，而且能耗較少[2]。揮這些仿生氣器人的最大價(jià)值。讓我們生活更加便捷，我們只能毫不松懈不停的對仿生氣器人進(jìn)展深入爭論。1/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論仿生氣器人爭論現(xiàn)狀與進(jìn)展趨勢國外仿生氣器人爭論現(xiàn)狀2.1LAURONⅡ圖2.2 Hamlet機(jī)LAURON系列六足機(jī)器人德國卡爾斯魯厄大學(xué)是一個(gè)科研機(jī)構(gòu),有著悠久歷史的學(xué)校機(jī)器人的開發(fā)團(tuán)隊(duì)有足夠多的仿生氣器人持續(xù)了數(shù)年的集中爭論和開發(fā)。以下是他們的覺察。團(tuán)隊(duì)(2.1)是一種特定的六個(gè)同樣的肉體,頭和腳。整個(gè)身體機(jī)制設(shè)備不僅具有納米微掌握器,系統(tǒng)處理單元、電源開關(guān)和照相機(jī),和全部組件都安裝在它的身體,32公斤,公斤的重量,不影響其操作,0.5M/s。不僅在它的小身體配備軸角編碼器,壓力傳感器、傾角傳感器、紅外測距傳感器和其他傳感器和攝像機(jī)配備一個(gè)視覺傳感器。六條腿的機(jī)器人主要是依靠各種傳感器和對接收到的信號(hào)分析,反響處理隨便運(yùn)動(dòng)在凹凸的外表。,和正在開發(fā)的步行機(jī)器人(2.2)。它共,每個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)掌握。兩端配備了一個(gè)機(jī)械腿框架構(gòu)造,每個(gè)裝有三維力傳感器的構(gòu)造和每只腳,受碳纖維保護(hù)膜保護(hù)。機(jī)器人使用兩層分布式2/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論,和態(tài)度的傳感信號(hào)處理操作。650mmx500mmx400mm,12.7公斤,可以在簡單的地面勻速0.2米/秒。它有獨(dú)立的行走和攀爬力量。Lobstei機(jī)器龍蝦在美國國防高級爭論打算局部門支持的海上作戰(zhàn)部隊(duì)和波士頓在美國,一個(gè)東北大學(xué)聯(lián)合開發(fā)了一種仿照龍蝦八足步行機(jī)器人。(如圖2.3)它能完成我的檢測和4x8英寸的殼,殼,3自由度的腿,可以完成浮動(dòng)和爬行,頭部設(shè)有兩個(gè)鉗,舵由液壓掌握,8英寸長尾與水流的掌握拉伸,保持飛機(jī)的穩(wěn)定性。,驅(qū)動(dòng)機(jī)聯(lián)合行動(dòng)由外形記憶合金(秦力氣可以人工肌肉)掌握。掌握器包括一套完整的關(guān)于龍蝦的行為數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)庫根本上囊括了全部組織的指令的龍蝦步態(tài)。固然,installedSome炸藥。圖2.3 Lobstei機(jī)器Hexplorer2023六足步行機(jī)器人Hexplorer步行機(jī)器人的爭論和開發(fā)加拿大大學(xué)(2.4),它有六英尺,分布在一個(gè)圓形的身體。每個(gè)機(jī)械腿是由三個(gè)獨(dú)立的掌握上面的三個(gè)關(guān)節(jié)。TIC2023系列DSP掌握系統(tǒng),該系統(tǒng)承受分級掌握7塊DSP芯片,每個(gè)掌握三個(gè)腿的關(guān)節(jié)和其要掌握中心傳輸信號(hào)，就可以掌握單獨(dú)的腿。實(shí)現(xiàn)六條腿的步態(tài)規(guī)劃，通信通過CAN總線接口和大事治理模式。3/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論國內(nèi)仿生氣器人爭論現(xiàn)狀,8090年月初才開頭設(shè)計(jì)這方面的爭論。在上個(gè)世紀(jì)九十年月初,北京航空航天大學(xué)在中國開發(fā)了前四仿照動(dòng)物機(jī)器人。這是一個(gè)重達(dá)兩噸,承受液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人。19893月,沈陽自動(dòng)化爭論所、長春光機(jī)合作進(jìn)展的海蟹,是一個(gè)六英尺,25度極自由的六條腿的機(jī)器人,1500公斤,500米。1980年,中國科學(xué),用四邊形和凸輪的理論制造了八腳蟹步行機(jī),被廣泛的應(yīng)用1989年,已經(jīng)進(jìn)展了四足步行機(jī)器人的設(shè)計(jì)和爭論,而且成功地開發(fā)了一種四足步行機(jī),和步行測試，錢博士在地面,墻兩棲機(jī)器人的愛是特別的,JTUWM91pei-sunpei-sun媽,機(jī)器人承受兩級分布式掌握系統(tǒng),計(jì)算機(jī)模擬電JTUWM-III對角步態(tài),PVDF測力傳感器。02,guo-zheng燕,徐小云和其他人在同一時(shí)間開頭爭論小型六足仿生氣器人的設(shè)計(jì),如圖1所示,13日步行機(jī)器人毫米,206.3克,3毫,DTWN框架進(jìn)展的三個(gè)三腳機(jī)器人，華中科技大學(xué)“4+2”多個(gè)雙腿行走機(jī)器人和MINIQUAD多足步行機(jī)器人如圖1-15所示,多個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和掌握打算的同時(shí),此外,腿,墻相關(guān)模塊功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)展了具體的設(shè)計(jì)和爭論。國家“863”的支持下,智能機(jī)器人主題,北京航空航天大學(xué)的進(jìn)展更簡潔操作4/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論BH4——承受周密靈活手齒輪構(gòu)造,四個(gè)手指,有16個(gè)節(jié)點(diǎn),每一個(gè)聯(lián)合使,電機(jī),安裝在手指。主要掌握系統(tǒng)多目標(biāo)分層掌握系統(tǒng)。抱負(fù)的軌跡跟蹤和協(xié)調(diào)層四個(gè)手指關(guān)節(jié)位置掌握是完成四個(gè)電腦掌握器。手指掌握器都在一樣的物理掌握器內(nèi)的每一個(gè)關(guān)節(jié),為了提高掌握精度的相互傳遞信息,使掌握誤(孩子)技術(shù)的爭論已經(jīng)取得了,仿生氣器魚”模型是成功的,同時(shí)掌握機(jī)器魚檢測。哈爾濱工業(yè)大學(xué)開發(fā)的仿人手臂和仿人雙足機(jī)器人柔性機(jī)器人。仿人手臂的空間大的特點(diǎn),而沒有,如構(gòu)造緊湊，掌握軟件的整個(gè)過程可以爬,超越障礙等。除了四周的最優(yōu)聯(lián)合功率限制。仿生氣器人通過生物擬態(tài)的性能和行為，將它的構(gòu)造特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)和行為是應(yīng)用在機(jī)器人的設(shè)計(jì)上。,開發(fā)了一些具有生物的外觀或功能的機(jī)器人系統(tǒng)。仿生氣器人的誕生是由于仿生技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的集成,在仿生學(xué)、信息科學(xué)、力學(xué)、微電子掌握、計(jì)算機(jī)科學(xué)、組織、、傳感器技術(shù)、人工智能、和很多其他科目,所以機(jī)器人的優(yōu)勢傳統(tǒng)的機(jī)器人,和生物運(yùn)動(dòng)機(jī)理和行為方式,應(yīng)用于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制理論模型,本質(zhì)上是對數(shù)以百萬年來大自然的進(jìn)展過程的“自然選擇”來提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)力量和效率,使其超越原始理論的障礙,大大提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性和工作效率。仿生氣器人大致可分為仿人機(jī)器人,和仿照人類的生物機(jī)器人，仿人機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)的前沿課題的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)問題,主要是爭論多自由度機(jī)器人機(jī)械臂關(guān)節(jié),指的是結(jié)合兩只腳行走機(jī)器人靈活手的身體,仿照人類的生物,主要爭論了蛇形機(jī)器人,水下機(jī)器人和機(jī)器人、飛行方向和熱門話題的爭論主要涉與到運(yùn)動(dòng)的仿生氣理的仿生氣器人,仿生掌握機(jī)制、信息感知仿生、仿生能量代謝和合成的仿生材料。目前，我國已經(jīng)研發(fā)了幾款比較典型的仿生多足機(jī)器人，像仿壁虎四足機(jī)器[3]。機(jī)器人在農(nóng)業(yè)。國防。消遣和效勞等行業(yè)都得到良好的應(yīng)用，機(jī)器人正朝著智能化的方向進(jìn)展，將人工智能與仿生學(xué)相結(jié)合制造出類生物機(jī)器人。近年來由ASIMO\還有、美國火星探測器等工程的研制成功，智能機(jī)器人的爭論和進(jìn)展，最重要的是是能夠代替人在危急、惡劣等環(huán)境中從事特別工作的特種智能機(jī)器人的爭論和進(jìn)展，已經(jīng)是各國政府制定高技術(shù)打算的一個(gè)重要內(nèi)容，支撐智能機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)——感知與智能掌握技術(shù)已成為機(jī)器人爭論領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一[1]。5/33在1990年月早期,美國麻省理工學(xué)院教授布魯克斯的幫助下學(xué)生,產(chǎn)生一批蚊子機(jī)器人,名叫昆蟲,,僅僅是,深海探測,收集樣本,捕獲海洋生物,海底焊接等，幾年之前。一些科技工作者送給圣地亞哥動(dòng)物園一些鳥電子,長1.32米,是由2843個(gè)零件組成的。通過搖擺身體和尾巴,真的可以像魚游泳,7.2公里每小時(shí)的速度?？梢允褂盟诤Ｉ线B續(xù)工作幾個(gè)月,映射和探測水下海洋污染,您還可以使用它來拍攝,由于它仿照金槍魚。作為一個(gè)軍事偵察和科學(xué)探究的工具,它的進(jìn)展和應(yīng)用前景格外廣泛。目前,中國科學(xué)院已經(jīng)開發(fā)出類似的仿生氣器魚。爭論制造昆蟲機(jī)器人,,一些人開發(fā)一個(gè)敏捷的機(jī)器昆蟲的腿,大小只有1/3的信用卡,您可以輕松地跳過障礙像蟋蟀,的科學(xué)家在美國,后安裝太陽能電池板和傳感器可以自主飛行很長時(shí)間。這種機(jī)器昆蟲是最特別的地方突破的概念“影響關(guān)節(jié)必需添加引擎”。機(jī)器人是人工智能的方向快速進(jìn)展,仿生氣器人的進(jìn)展格外快。機(jī)器人有價(jià)值是它可以做很多人類不能完成的任務(wù),人是一個(gè)生命體征,動(dòng)物,對生活環(huán)境有很高的要求。盡管機(jī)器人是一種機(jī)器,它沒有生命體征,只有在惡劣的環(huán)境工作將身體材料有更高的要求。所以你可以讓機(jī)器人來完成那些人類無法代替人工任務(wù)。與人類爭論的擴(kuò)大,以與人類生活水平的不斷提高,機(jī)器人的進(jìn)展也越來越重要[3]。所以機(jī)器人確定會(huì)朝著仿生方向進(jìn)展。曾經(jīng)在IEEE機(jī)器人學(xué)與仿生學(xué)國際學(xué)術(shù)會(huì)議上，與會(huì)的機(jī)器人專家就指出：特點(diǎn)工作的仿生氣器人，有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人，成為成為將來機(jī)器人的進(jìn)展方向[1]。6/332設(shè)計(jì)思路仿生學(xué)原理分析仿生式蜘蛛機(jī)器人，顧名思義，我們借鑒自然界當(dāng)中昆蟲的運(yùn)動(dòng)原理。腳是昆蟲的運(yùn)動(dòng)器官。昆蟲有3步行,在胸部,胸部和胸部都有一雙,我們反過25節(jié)和局部:為了便利走路。小完畢還有兩個(gè)堅(jiān)硬和銳利的爪子,它可以用來把握對象。步行是一組三條腿,前后肢的一邊和另一邊的腳set.Thus托架構(gòu)造,形成了一個(gè)三角形的三條腿在地上,往后推,另三條腿舉起來取代。前足后固定對象在它的爪子把昆蟲的身體向前,足以支持和提高身體的一邊,腳后促進(jìn)蟲體之前,同時(shí)使蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)方式使昆蟲可以在什么時(shí)候停頓都可以，由由于中心遺址是不變的。的武器、依靠剩下的四條腿運(yùn)動(dòng)仿生蜘蛛機(jī)器人的爭論方法與思路考慮用合理用材、便捷制造安裝、價(jià)格低廉和牢靠性高等問題。仿生蜘蛛機(jī)器人機(jī)制包括身體和腿兩局部、,首先得打算腿的數(shù)量。以與其他數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有計(jì)算多組機(jī)器人包括三、四、六尺、八尺以上,腳的數(shù)量大,重載和慢鏡頭,和青年的數(shù)量似乎更敏捷的運(yùn)動(dòng)。數(shù)選擇的因素主要包括:穩(wěn)定、節(jié)能、冗余、聯(lián)合掌握性能的要求,生產(chǎn)本錢,質(zhì)量,簡單的傳感器和可能的步態(tài),等等,腿配置指的7/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論是腳的行走機(jī)器人相對于身體的位置和姿勢的安排,確定分布形式,還需要考慮一,比方腿在主平面幾何配置和相對彎曲腿的方向桿,等等。此次設(shè)計(jì)腿的分布如圖1所示。圖1仿生蜘蛛機(jī)器人腿的分布示意圖Fig1Bionicsixfootrobotlegdistributiondiagram另一側(cè)的中足共同組成一組。其他三條足組成另外一組。8/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論3整體設(shè)計(jì)方案工作原理分析的典型步態(tài)。以下主要分析三角步態(tài)原理。三角步態(tài)原理分析體重心比較低，簡潔穩(wěn)定，所以這種行走方案可以得到廣泛運(yùn)用機(jī)器人走動(dòng)步態(tài)分析18由于腿具有水平和垂直平面的運(yùn)動(dòng)自由度，所以需要考慮利用三角步態(tài)來實(shí)現(xiàn)直18〔1-18，如以下圖所示。機(jī)器人機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)六條腿的機(jī)器人六條腿走路運(yùn)動(dòng)過程中分為兩組,昆蟲的身體一側(cè)的前足和后腿在另一邊的腳作為一組,,會(huì)有一組腿,一組腳,三個(gè)降落腿不僅使昆蟲的身體穩(wěn)定,搖擺和驅(qū)動(dòng)力,昆蟲身體能完成直線或旋轉(zhuǎn)群體,2,4,6為另一組腿。六條腿的機(jī)器人通過掌握兩腿交替提高搖擺,實(shí)現(xiàn)步行運(yùn),等效串聯(lián)的手臂,同時(shí)在三條腿或六條腿9/33i和身體成分較為封閉鏈自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。步行機(jī)器人行走在正常狀況下,胎停頓支持腿與地面接觸有摩擦,可以簡化為點(diǎn)接觸,相當(dāng)于3自由度球面副的機(jī)制,加上與關(guān),每個(gè)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)),每條腿有6時(shí)候步行機(jī)器人的腿支撐階段數(shù)n,然后用n模型空間多環(huán)并聯(lián)機(jī)構(gòu)分支機(jī)構(gòu),它的自由度可以計(jì)算下一個(gè)類型:iF

f

f F 〔1〕i p 1 i p 1 式中：p 運(yùn)動(dòng)副數(shù)，p=4n；i i f----第i個(gè)運(yùn)動(dòng)副具有的自由度數(shù)，f=1〔i=1~3n〕,f=3(i=3n+1~4n)，L 獨(dú)立封閉環(huán)數(shù)，i i ----第i=6；i ip f----f=0p F1和0 分別為局部自由度數(shù)和重復(fù)約束數(shù)，F(xiàn)1=0，0=0。將以上參數(shù)代入式〔1〕，可得：F=3n+3n-(n-1)6=6干在肯定范圍內(nèi)都可敏捷的到達(dá)任意位置，而且呈現(xiàn)要求的姿勢。仿生蜘蛛機(jī)器人腿分布示意圖如圖3所示。10/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論圖3仿生蜘蛛機(jī)器人腿分布示意圖Fig3Bionicsixfootrobotlegdistributiondiagram仿生氣器人蜘蛛六腿機(jī)身的盤上均勻分布,依據(jù)設(shè)計(jì)要求:一條腿有三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng),因此每條腿組裝三個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。電機(jī)裝配位置腿和關(guān)節(jié),,關(guān)節(jié),膝蓋和腳踝,每個(gè)都有相應(yīng)的自由度,以確保正常的運(yùn)動(dòng)。脛骨關(guān)節(jié)連接,以保證良好的能動(dòng)性,六條腿的機(jī)器人腳后通常使用昆蟲腳設(shè)計(jì)的一局部,好的,優(yōu)越的有用性和良好的敏捷性。腿交替來支持身體的質(zhì)量在行走的過程中,和推動(dòng)身體向前移動(dòng)在負(fù)重條件,因此必需適應(yīng)整個(gè)剛度和承載力的質(zhì)量。工程設(shè)計(jì)的仿生氣器人蜘蛛,三個(gè)自由度的腿在一個(gè)類似的機(jī)構(gòu),包括膝蓋和腳踝是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)和錐齒輪,為了使用簡潔的機(jī)構(gòu)來獲得更大的工作空間和敏捷性。電機(jī)通過掌握相應(yīng)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)使機(jī)器人具有多個(gè)自由度,可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人走在任何時(shí)候自由的領(lǐng)域。在構(gòu)造上,以確保它可以更有效地模擬昆蟲走路的方式來完成相對簡單的運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)器人仿生蜘蛛等效生物肌肉的作用,轉(zhuǎn)變它,把腿關(guān)節(jié)機(jī)器人的姿勢。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必需擁有足夠的功率對關(guān)節(jié)進(jìn)展加、減速并帶動(dòng)負(fù)載，而且自身必需輕松、經(jīng)濟(jì)、精準(zhǔn)、靈敏、牢靠且便于維護(hù)六足機(jī)器人的腿生物構(gòu)造示意圖4所示[8]。11/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論圖4仿生蜘蛛機(jī)器人腿的生物構(gòu)造示意圖Fig4Bionicsixfootrobotlegbiologicalstructurediagram2舵機(jī)安裝示意圖Fig2Steeringgearinstalledscheme行走步態(tài)分析56101112161718BDF狀態(tài)也保持全都。當(dāng)一個(gè)三角形內(nèi)的三條腿支撐時(shí)，另三條腿正在搖擺。支撐的三條腿使身體前進(jìn)，搖擺的腿對身體沒有力以與位移作用，只使小腿向前運(yùn)動(dòng)，做好接下來支撐的預(yù)備。步態(tài)函數(shù)，的占空系數(shù)為0.5，支撐相還有搖擺相經(jīng)過調(diào)整，滿足平坦地形時(shí)行走步態(tài)要求以與穩(wěn)定裕量要求[7]12/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論轉(zhuǎn)彎步態(tài)分析先E,C,A,號(hào)腿先抬起，然后C,A號(hào)腿向前搖擺，E腿保持不動(dòng)。此時(shí)B、D、F腿支撐。然后A、C、EB、D、FA、CB、D、E、F電機(jī)的選擇選擇電機(jī)時(shí)需要考慮機(jī)器人地質(zhì)量以與最大扭矩。必需要有機(jī)器人的腿的質(zhì)量以與尺寸，通過查閱然后預(yù)算可以得出：上腿〔股節(jié)〕有效長度是34mm，中〔脛節(jié)的有效長度是34mm,〔足的有效長度是90mm1901401505如下圖5仿生蜘蛛機(jī)器人腿的受力簡圖Fig5Bionicsixfootrobotlegforcediagramxoy平面，仿生蜘蛛機(jī)器人地重心在xoy平面上O，z軸和機(jī)身垂直。3個(gè)自由度，每條腿都是由上腿和中腿以與下腿通過舵機(jī)連接形成。在本次設(shè)計(jì)中，上腿的長度是34mm，中腿地長度是34mm，13/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論下腿地長度為90mm。機(jī)體和上腿由A號(hào)舵機(jī)連接，上腿和中腿是B號(hào)舵機(jī)連接，C舵機(jī)連接。腿著地的時(shí)候，上腿和中腿間的夾角為135°，中腿與135°，抬腿的時(shí)候，B舵機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30°。在仿生蜘蛛機(jī)器人行走的過程中，要避開腿與腿會(huì)遇到，所以腿搖擺的時(shí)候需要選擇適宜的角度，在本設(shè)計(jì)中運(yùn)動(dòng)掌握的時(shí)候選擇的搖擺角度為30°。ix首先用q1q2qn表示質(zhì)點(diǎn)系的廣義坐標(biāo)，即有ix2xxiq2

〔2〕1ni q1n

1 q

q ns3 2，，，x lcoss3 2

1l2 23

)，s3x22 3 qx2

sin1lsin()，，2 2 23 2 3xp22lcosxp22

lcos(

)，pl3x2q23x2

sin

lsin(

，，則仿生仿生蜘322323蛛機(jī)器人步行足的廣義平衡方程為：322323M2-

122m2gl2

sin

-2 m3gl2-

sin

1

sin(

2323

Pl

sin

l sin(

-)0222323〔3〕222323M 1mgl3 2 3 3

sin(

)Pl

sin(

)0

23323其中M2、M3為膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)所需扭矩，l2、l3、m2、m3為脛節(jié)、足的長度和質(zhì)量。23323“三角步態(tài)”以得到足的反力為：仿生蜘蛛機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中，存在45135,30302 2 32222323據(jù)此，可推算出各關(guān)節(jié)所需的扭矩為：2222323

212M ml2122 2

gsin

sin

1l23

sin(

)Pl3 3

sin

lsin(

)〔6〕M 1mgl3 2 3 3

sin(

)Plsin(

〔7〕)2323當(dāng)2=90°，2-3=30°時(shí)，由公式得，關(guān)節(jié)需輸出扭矩最大值為：)232314/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論M2max

1mgl2 2 2

m3gl2

1l23

sin30

P(l

lsin30)1.58Nm 〔8〕331 〔9〕33M3max

mgl2 3

sin30Pl

sin30 0.8Nm計(jì)算得出，電機(jī)的最大輸出扭矩要大于1.58Nm。依據(jù)得到的數(shù)據(jù)；來選用的伺服馬達(dá)是TowProSG303。主要技術(shù)參數(shù)如下：轉(zhuǎn)速：0.23秒／30度。力矩：1.8Nm。40.4mm×19.8mm×36mm。重量：37.2g。5V電源供電。舵機(jī)的構(gòu)造如圖6所示圖6舵機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造圖Fig6Internalstructureoftheactuator仿生蜘蛛機(jī)器人的質(zhì)量以與腿部的尺寸，為后面的零件設(shè)計(jì)做了充分預(yù)備。舵機(jī)驅(qū)動(dòng)原理伺服電動(dòng)機(jī)〔舵機(jī)〕15/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論舵機(jī)原理舵機(jī)是一種擁有的簡潔的構(gòu)造的、集成化的直流的的伺服系統(tǒng)，它的內(nèi)部構(gòu)造由直流電的機(jī)和減速齒輪和電位計(jì)和的制電路組成。掌握信的號(hào)線提的的供肯定0°位置，那電機(jī)只能朝著一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。舵機(jī)所承受地驅(qū)動(dòng)信號(hào)為脈沖比例調(diào)制信號(hào)變化的脈沖寬180°，脈沖寬度和轉(zhuǎn)角為線性關(guān)系。所90°位置。機(jī)器人和關(guān)節(jié)連接的的舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸是水平轉(zhuǎn)動(dòng)，掌握腿部的前進(jìn)和后退。舵機(jī)掌握方法最標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)是有3條導(dǎo)線，分別為：地線，電源線，掌握線。輸出轉(zhuǎn)軸電源地線圖7標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)FigFig7Standardsteeringgear電源和地線用開陽于供給內(nèi)部直流伺服電開陽動(dòng)機(jī)和能量所需的掌握電路,電壓之間通常是4到6v,這里用5v。操舵裝制置的電開陽源應(yīng)當(dāng)能夠供給足夠的電力。行輸入是一個(gè)開陽周期的寬度可調(diào)方波脈沖信號(hào),方波脈沖信號(hào)的周期角度轉(zhuǎn)變脈沖寬度成正比。你可以看到從舵機(jī)掌握方法的角度,舵機(jī)的掌握信號(hào)在本質(zhì)上是一個(gè)可調(diào)寬FPGA本錢16/33為掌握舵機(jī)。這是主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),單片機(jī)電子零件臨時(shí)不去做更多的爭論。輸入信號(hào)脈沖寬度0.5m〔20ms〕0.5m

角

90450111圖8舵機(jī)輸入信號(hào)脈沖寬度和輸出轉(zhuǎn)角的關(guān)系1Fig8ActuatoroutputangleandinputsignalpulsewidthFig8Actuatoroutputangleandinputsignalpulsewidth17/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論4零件的設(shè)計(jì)軀干的設(shè)計(jì)以把機(jī)身做成了圓片外形，直徑：150mm。上下各有一個(gè)，中間又通過加工的內(nèi)螺紋地金屬圓柱做支撐，從上到下用螺釘把它固定。在主板上鉆出六組通孔，每組兩個(gè)，以用來安裝仿生蜘蛛機(jī)器人的腿。通孔M3的開槽圓柱頭螺釘?shù)拇髲剑员懵葆斈艽┻^通孔?？追植荚诎霃綖?5mm的圓上，同組兩個(gè)孔相距為25mm。由于要減輕重量，在不會(huì)影響構(gòu)造的安全的狀況下，對圓片做鉆孔，十二個(gè)孔都均布在半徑為50mm的圓上面，中心也同樣去一個(gè)半徑為40mm的圓形。這樣以來就可大幅降低零件的質(zhì)量。機(jī)身主板是整個(gè)機(jī)構(gòu)最中心的地方，它承載輕松化地設(shè)計(jì)還得要強(qiáng)調(diào)它本身與部件牢靠性和便于維護(hù)的特點(diǎn)。機(jī)身主板如圖9。圖9機(jī)身主板Fig9 Motherboard18/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論基節(jié)設(shè)計(jì),應(yīng)考慮舵機(jī)的安裝。這兩個(gè)表的局部是用來構(gòu)成一個(gè)根本局部。節(jié)片分為上層節(jié)片和基地。圖10為上基節(jié)片圖10基節(jié)片F(xiàn)ig10Coxalplate做髖生長板的安裝位置腿向前伸,使腿部空間增加,可以避開兩條腿受傷,它的長度是65毫米,前面是25毫米寬度后端根底32mm.Consists兩個(gè)街區(qū),基地節(jié)片上中心鉆一個(gè)直徑4毫米的洞,留給轉(zhuǎn)向齒輪軸。在圓的中心為中心的圓半徑7.5毫米統(tǒng)3毫米。通過與固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的圓片連接，當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，舵機(jī)的機(jī)身就會(huì)帶動(dòng)與它緊固的局部轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)位置可稱為仿生蜘蛛機(jī)器人的跟關(guān)節(jié)。下根本節(jié)片舵機(jī)與聯(lián)合平臺(tái),放置在前面的中心半圓的半徑10毫米晶片,晶片11為下基節(jié)片圖11下基節(jié)片F(xiàn)ig11Basesegment下基節(jié)片和上基節(jié)片在其構(gòu)造上只有一個(gè)直徑是4mm的通孔的區(qū)分，其根本19/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論尺與上基節(jié)片一樣，厚度都為3mm。關(guān)節(jié)蓋的設(shè)計(jì)聯(lián)合掩蓋函數(shù)是用來連接關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)。剪輯與關(guān)節(jié)舵機(jī)在后面,前面的膝關(guān),由于對兩個(gè)舵機(jī)負(fù)載這局部,考慮到穩(wěn)定性,〔圖12即關(guān)節(jié)蓋〕圖12關(guān)節(jié)蓋Fig12Jointcover前端處理長42毫米寬21毫米方孔,方孔用于修復(fù)膝關(guān)節(jié)操舵裝置由聯(lián)合封面圖,后面操舵裝置的聯(lián)合,通過兩個(gè)螺絲。多在洞前略大于操舵裝置的大小與位置和大小,舵機(jī)方孔,之前和之后的每一個(gè),兩個(gè)聯(lián)合掩蓋20的固定局部。所以成四個(gè)M4螺釘,通過兩個(gè)洞,和關(guān)節(jié)封面是固定的。聯(lián)合掩蓋的根本尺寸85毫米長,60毫米,厚度3毫米寬。后面是40毫米寬。綜合兩個(gè)舵機(jī)安裝位置,膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)向齒輪軸和聯(lián)合轉(zhuǎn)向齒輪軸的距離是30mm.The30mm的線段的長度,由于腿的長度30mm腿之間的碰撞,使每條腿可以熬煉在一個(gè)安全的區(qū)域。便于操控與行走，確保了機(jī)構(gòu)的可行性。脛節(jié)片的設(shè)計(jì)Shin20/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論上部的柄節(jié)片和連接到膝關(guān)節(jié)的操舵裝置,當(dāng)膝關(guān)節(jié)操舵裝置,脛骨底部連接到腳踝和腳,可以促進(jìn)腳,腳。從下往上,當(dāng)腳腳踝舵機(jī)旋轉(zhuǎn),地面接觸由于腳與地面接觸局部相當(dāng)?shù)哪_是固定的,踝關(guān)節(jié)脛骨上轉(zhuǎn)向扭矩傳遞節(jié)片上升。傳遞上去的扭矩使仿生蜘蛛機(jī)器人的軀體運(yùn)動(dòng)。片的設(shè)計(jì)。傳動(dòng)的脛節(jié)片地構(gòu)造圖如圖13所示圖13傳動(dòng)脛節(jié)片F(xiàn)ig13Femurplatetransmission傳動(dòng)脛節(jié)片的尺寸為長75mm22mm3mm。在兩端的半圓的圓心位4mm的通孔用于與舵機(jī)相連接。在中間中心線兩邊分布有兩個(gè)直2.245mm。圖14脛節(jié)片F(xiàn)ig14Tibiaplate為圖14所示腿。21/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論足的設(shè)計(jì)了可以減小與地面的摩擦，足前端做成了尖的圓頭狀。如圖15所示圖15足Fig15Foot90mm，這個(gè)長度是從足尖到裝在足上地舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸長度，實(shí)際足的零件的設(shè)計(jì)長度是108mm，要保證90mm后還需要有舵機(jī)的裝配空間。足寬為30mm。連接桿的設(shè)計(jì),需要添加支持。體積小和桿連接器質(zhì)量成為首選的設(shè)計(jì)。首先,六條腿的機(jī)器人身體機(jī)身主板,兩塊板之間的距離需要推動(dòng)的大小關(guān)節(jié)舵機(jī),結(jié)果說明連桿上的箱子應(yīng)當(dāng)是44毫米長。通過兩頭的螺釘緊固。圖16即軀干上的連接桿。圖16軀干連接桿Fig16Trunkconnectingrod節(jié)片的連接，使得通過脛節(jié)把足和股節(jié)連接起來如：如圖17所示。22/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論固定片的設(shè)計(jì)

圖17脛節(jié)連桿Fig17Femurrod如何使轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)矩效應(yīng)的幾個(gè)關(guān)節(jié),腿需要相關(guān)和固定,以確保機(jī)器人走路腳穩(wěn)定和良好的敏捷性。需要設(shè)計(jì)特別的局部。鑒于前面設(shè)計(jì)局部設(shè)計(jì)一塊晶片固傳遞扭矩。關(guān)節(jié)連接件通過中心孔和操舵裝置板固定圓柱銷連接,用于修復(fù)操舵裝置的位置,和機(jī)構(gòu),以確保穩(wěn)定的仿生蜘蛛機(jī)器人。另外連接片還通過四個(gè)螺釘與基節(jié)片或脛節(jié)片相連接。在跟關(guān)節(jié)與股節(jié)片相連的過程中以與在膝關(guān)節(jié)與脛關(guān)節(jié)的連接過程中，加上一條腿的過程中連接到腳踝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)和足根的過程中需要連接定子和連接件,關(guān)鍵局部看似簡潔,實(shí)際上在確保穩(wěn)定的機(jī)構(gòu)行走的狀態(tài),它的作用。計(jì)時(shí)敏捷運(yùn)用如圖18和1923/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論圖18 傳動(dòng)連接片 圖19關(guān)節(jié)連接片F(xiàn)ig18Drivingconnectingpiece Fig19Jointconnectingpiece結(jié)論,參考書籍和大量的機(jī)器人設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),,確定仿生氣器人的總體方案、構(gòu)造設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和編程。這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我一個(gè)獨(dú)立的分析問題,解決問題,同時(shí)進(jìn)一步理解和穩(wěn)固熬煉自己的實(shí)踐力量,為將來的工作是極大的幫助。還覺察了設(shè)計(jì)中的一些缺乏,仍有一些有待改進(jìn),總結(jié)如下:1〕.目前我的設(shè)計(jì),掌握機(jī)器人的速度、方向,實(shí)現(xiàn)良好的掌握,但在轉(zhuǎn)向步態(tài),轉(zhuǎn)換的步態(tài)是不夠敏感。因此需要進(jìn)一步爭論掌握系統(tǒng),完善的數(shù)學(xué)模型。2〕.為了實(shí)現(xiàn)仿生氣器人的功能,如障礙、避障或障礙,傳感器就足夠了?？?共同完成的功能仿生氣器人的性能,以便實(shí)現(xiàn)真正意義上的仿生氣器人。3〕.建立機(jī)器人的實(shí)體模型六邊連接連接結(jié)實(shí)力量尚且缺乏局部我通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì),材料,加工、裝配、單片機(jī)與接口技術(shù)有更深入的理24/33仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論仿生蜘蛛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與爭論,最重要的是我的設(shè)計(jì)的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)展的想法,我受益匪淺!畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)在一個(gè)大的學(xué)問培訓(xùn),次設(shè)計(jì)