仿生蜘蛛机器人的设计与研究

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2020年3月i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,这种设计已确定脚结构,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iiABSTRACTThepaperhassummarizedthebackgroundandthegoalofitstopicandhasmadethesimpleintroductionofthebionichexapodrobot.Throughtheresearchofthemotionofthesixfeetoftherobot,Thisdesignhasdeterminedthefootstructure，usingtheanalysisof3degreesoffreedomrealizestheforwardmotionandturningmotionoftherobot.Picturingofthecomponentandassemblymappingofthebionichexapodrobotaswellastheinspectionofrelatedpartswhichensuresthefeasibilityofthemachinerydesignarebothincludedinthetotaldesign.KEYWORDS：bionics；hexapodrobot；machineryiii目录摘要...........................................................iABSTRACT......................................................ii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发展趋势.............................22设计思路......................................................72.1仿生学原理分析...........................................72.1.1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.............................................93.1.1三角步态原理分析...................................93.1.2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............................................153.4.1舵机原理..........................................163.4.2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致谢..........................................................28北京交通大学海滨学院毕业设计（论文）11绪论1.1课题背景及目的机器人的出现是科技不断发展的必然产物，随着,社会的不断发展,机器人的不断应用也将会推动生产力的发展,同时为也人类文明的进步做出了巨大贡献。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体现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。不想以前那么单一。,研究机器人的结构环境定点操作的非结构化环境的转变,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。一些我们人类无法达到的环境。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行深入研究。北京交通大学海滨学院毕业设计（论文）21.2仿生机器人研究现状及发展趋势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0.5M/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,反馈处理随意运动在凹凸的表面。（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结构,每个装有三维力传感器的结构和每只脚,受碳纤维保护膜保护。机器人使用两层分布式图2.1LAURONⅡ图2.2Hamlet机器人北京交通大学海滨学院毕业设计（论文）3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650mmx500mmx400mm,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计划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4x8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(秦力量可以人工肌肉)控制。控制器包括一套完整的关于龙虾的行为数据,数据库基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。(4)Hexplorer2000六足步行机器人Hexplorer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。TIC2000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2.3Lobstei机器龙虾北京交通大学海滨学院毕业设计（论文）4国内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年代初才开始设计这方面的研究。在上个世纪九十年代初,北京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,沈阳自动化研究所、长春光机合作进行的海蟹,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发明了八脚蟹步行机,被广泛的应用在水下。涵虚博士1989年,已经进行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。等发达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始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框架发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