【正文】 。查參考文獻【 14】可得 30SZWT 型永磁直流穩(wěn)速電動機滿足要求，其技術(shù)性能數(shù)據(jù)如下 功率： W 電壓： 26 V 電流： ≤ A 轉(zhuǎn)速： 9000177。179。 的坡行走。這些非技術(shù)因素也是完美方案的一個不可缺少的部分。 電機的負載情況。而一旦有經(jīng)驗的銷售工程師了解到您的傳動機構(gòu)，他可以為您提供整套系統(tǒng)配搭的方案，保證系統(tǒng)的完美組合。 電機與傳動機構(gòu)的配合結(jié)構(gòu)。 電機的選擇 為了滿足四足機器人行走時的各項要求，其驅(qū)動電機的選擇至關(guān)重要，它與機器人運動功能的實現(xiàn)、控制硬件的配置、電源能量的消耗、系統(tǒng)控制的效果都有很大的關(guān)系。而一個產(chǎn)品的設計通過外觀線型的塑造、細節(jié)的刻畫、色調(diào)品味等元素的共性化處理，在人們的心目中會建立起風格和特色鮮明的一個形象 ]12[ 。然而， 為了使機器人在不轉(zhuǎn)彎時也能調(diào)整步長 ，可 用 三 部伺服電機 控制， 一部控制脊柱中的腱 (h h2)， 另外兩部電機分別控制左右兩側(cè)的髖關(guān)節(jié)偏距 E。 假設外側(cè)腿髖關(guān)節(jié)偏距的增量與內(nèi)側(cè)腿髖關(guān)節(jié)偏距的減少量相等，即 012022EeE aBE E e a B???? ???? ? ? ???????????? (9) 其中， E0— 正常行走時髖關(guān)節(jié)偏距； Δ e— 髖關(guān)節(jié)偏距增量。 ， 則： ? ?? ?121 1h r nh r n ??? ? ?? ? ? ?? ??????????????????? (2) 令 β 為轉(zhuǎn)彎角（轉(zhuǎn)彎時機體的圓周角），則 ? ?1n???? ???????????????????? (3) 那么， 脊柱彎曲控制函數(shù)為： ?12hr????? ???????????????????? (4) (2) 步長控制函數(shù) 當機體按圖 5 所示 軌跡轉(zhuǎn)彎時， 有： 聊城大學本科畢業(yè)論文 xxvii 圖 314 機器人機體轉(zhuǎn)彎軌跡 1222aBRaBR ??? ????? ??? ???????????????????? (5) 其中， B— 左右兩腿足端距離（體寬）； θ — 軌跡對應的一節(jié)脊骨的偏角。 聊城大學本科畢業(yè)論文 xxv 由公式（ 6）只能得到膝關(guān)節(jié)凸輪的理論輪廓曲線，實際輪廓曲線是以理論輪廓曲線上各點為圓心、以滾輪半徑為半徑的一族圓的內(nèi)包絡線。 以下將求出主凸輪的輪廓： 由圖 39，根據(jù)平面幾何學的知識，可得凸輪從動件平底的直線方程為： ? ?2 2 1 2 2 1 1( ) c o s ( ) s i n( ) t a n( )? ? ? ? ? ? ? ? ?????ooy r s x r s? ? ? ? ? ? ? ? ? 它是以 為參數(shù)的直線族，而凸輪輪廓線是以該直線族的包絡線。 1? 的控制 —— 髖關(guān)節(jié)凸輪 髖關(guān)節(jié)凸輪控制 1? 的機理如 36， 圖 36 髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)原理圖 根據(jù)平面幾何的知識，凸輪的從動件的運動規(guī)律為 11tan( )sE ???? 所以，凸輪輪廓線上的點的直角坐標值（ X, Y） 聊城大學本科畢業(yè)論文 xxii 1111( ) cos( ) sinoox r sy r s ?????? ??? ??????????????（ 4） 其中，支撐相中的 1? 由公式（ 1）確定（ ），懸空相中的 1? 表 31 確定（見 ）。 參數(shù)選擇 由于 本課題 所設計的機器人是以狗的外形作為參考模型，因此，腿機構(gòu)的尺寸參數(shù)如下： 髖關(guān)節(jié)偏距： E = 50 mm ； 小腿長： mmh 2201 ? ； 大腿長： mmh 1802 ? ； 步長： S = 150 mm 。其特點是功率大、運行平穩(wěn)、系統(tǒng)具有一定的柔性。一般有三種控制方式：電氣控制、液壓控制和純機械控制。 在懸空相中不能通過上述方法求得 ,由于只需對足端進行點位控制，故只需知道一些特殊點的 1? 、 2? 及3?， 有多種方法可以求得這些點的 1? 、 2? 及3?。 運動學正解可以通過平面幾何確定： 1 2 1 2 1 2 1 31 2 1 2 1 2 1 3co s ( ) co s ( )s i n ( ) s i n ( )? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? c O Bc O Bx l O O B h O O By l O O B h O O B? ? ?? ? ? …………（ 1） 根據(jù)余弦定理 2 2 21 1 1 22 c o s? ? ? ?OBl h E h E O O B 根據(jù)正弦定理 2 1 1 2si n si n??OBl O O B h ? 運動學逆解就是給定（ cX ， cY ），求解 1? 和3?。 求 1? 、 2? 及3? 的函數(shù)關(guān)系，是機器人運動學求逆解問題 ]9[ 。對圖 33所示的機構(gòu)進行分析，可知只需知道 1? 、 2? 及3? 的函數(shù)，即可對足端 C 的空間位置進行控制， 1? 、 2? 及3? 的函數(shù)即為控制函數(shù) ]7[ 。 從仿生學的角度來說，我們可以將圖 33 中的 BC 為稱為小腿， 2O B 為大腿，稱 21OO 為髖骨；稱 B 為膝關(guān)節(jié)，稱 2O 為髖關(guān)節(jié)。 5. 在要求 1 中，足端通過直線段的時間是通過曲線段的時間的 3 倍，即支撐相的相位角 ① 為 3π/2，懸空相的相位角為 π/2。直線段對應的就是足支撐機體的運動軌跡（支撐相），曲線段對應的是腳掌離開地面部分的足端運動軌跡（懸空相）。 四足動物行走的特點 四足動物（如狗）正常行走（非奔跑狀態(tài)）時，四條腿的協(xié)調(diào)動作順序一般按對角線原則， 即如左前腿 → 右后腿 → 左后腿 → 右前腿 → 左前腿 →…… 如 此循環(huán)下去。當前進運動和轉(zhuǎn)向運動均由腿的運動完成時，腿機構(gòu)應不少于三個自由度，并且足端具備一個實體的工作空間。在行走機器人研究中，人們多是著力于讓機器采用類似于動物的腿的機構(gòu)，即關(guān)節(jié)式機構(gòu)。 前后兩腿通過聯(lián)軸節(jié) 6聯(lián)接。 此外，與一般機械的設計相比，機器人的機械設計在結(jié)構(gòu)的靈巧性、緊湊性等方面有更高 的要求。一般機械設計主要是強度設計，機器人的機械設計既要滿足強度要求，又要考慮剛度和精度設計。 首先，從機構(gòu)學的角度來分析，機器人的機械結(jié)構(gòu)可以看作有一系列連桿通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（或移動關(guān)節(jié)）連接起來的開式運動鏈。同時四足機器人在機構(gòu)設計除了需要滿足系統(tǒng)的技術(shù)性能外，還需要滿足經(jīng)濟性要求，即必須在滿足機器人的 預期技術(shù)指標的同時，考慮用材合理、制造安裝簡單以及可靠性高等問題。通過內(nèi)部傳感器（光電編碼器等）將這三部分有機地結(jié)合在一起。 控制系統(tǒng)： 控制系統(tǒng)由計算機系統(tǒng)及相應的軟件組成。 環(huán)境： 機器人的移動機構(gòu)形式取決于移動環(huán)境。 四足機器人研發(fā)流程 四足行走機器人的研發(fā)流程如圖 21 所示。 計算機控 制系統(tǒng)： 各關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動的指令值由主計算機計算后在每個采樣周期給出。腿處于支撐狀態(tài)時，足端與地面接觸支持機體重量，并且推動機體前進 ，這種狀態(tài)稱為支撐相。 本課題的主要任務是提供一個比較完善的行走機器人機械系統(tǒng)，為開發(fā)完整的行走機器人系統(tǒng)提供硬件支持。 課題簡介 本課題所設計的是一種四足行走機器人。 仿生機構(gòu)技術(shù) 機器人作為一種擬人（動物）的自動機械裝置，就應該像人（動物）一樣有手 腳，而且實現(xiàn)像人或動物一樣以步行方式行走是機器人學研究領(lǐng)域最重要的一個方向。 傳感技術(shù) 這是涉及很多學科領(lǐng)域的技術(shù)。 人工智能 人工智能的研究，采用計算機科學的觀點和方法，撇開人腦的細微結(jié)構(gòu)，單純進行人腦宏觀功能的模擬。不足之處是腿運動時的協(xié)調(diào)控制比較復雜，而且承載能力較小。該機器人采用開式鏈腿機構(gòu)，每條腿有 3 個自由度，它采用力和位置混合控制，腳底裝有 PVDF測力傳感器，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡和 模糊算法相結(jié)合，實現(xiàn)了對角線動態(tài)行走。該機器人機動性和反應能力都很強，平衡能力極佳。 目前最具代表的四足步行機器人是美國 Bostondynamics 實驗室研制的BigDog，如圖 1—4 所示。它的每個關(guān)節(jié)安裝了一個光電碼盤、陀螺儀、傾角計和觸覺傳感器。 1981～ 1984 年 Hirose 教授研制成功腳部裝有傳感和信號處理系統(tǒng)的 TITANIII。隨著計算機技術(shù)和機器人控制技術(shù)的研究和應用，到了 20 世紀 80 年代，現(xiàn)代四足步行機器人的研制工作進入了廣泛開展的階段。其中，四足步行機器人機構(gòu)簡單且靈活，承載能力強、穩(wěn)定性好，在搶險救災、探險、娛樂及軍事等許多方面有很好的應用前景，其研制工作一直受到國內(nèi)外的重視。 1962 年，美國的 General Motors 公司在壓鑄件生產(chǎn)線上安裝了第一臺工業(yè) Unimate 機器人 ,標志著第一代機器人的正式誕生。 1920 年，捷克作家卡雷爾178。 參考文獻 ..................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 聊城大學本科畢業(yè)論文 iii ............................................... 錯誤 !未定義書簽。 ............................................... 錯誤 !未定義書簽。 轉(zhuǎn)彎機構(gòu)的設計 ................................ 錯誤 !未定義書簽。 機器人機械設計的內(nèi)容及特點 .................... 錯誤 !未定義書簽。 ............................. 錯誤 !未定義書簽。 ................. 錯誤 !未定義書簽。 control system 。在此基礎(chǔ) 上，論文采用主從式控制方式設計了四足機器人的控制系統(tǒng)， 重點討論了 以 8051 單片機為控制器的行走機構(gòu)和轉(zhuǎn)向機構(gòu)的控制系統(tǒng)設計。聊城大學本科畢業(yè)論文 i 摘 要 四足機器人作為仿生機器人的一種，得到了廣泛的研究。 為此 ， 項目 將四足機器人本體作為一個柔性整體，采用三維建模軟件 Pro/ 設計了四足機器人的機械系統(tǒng)，提出了一種新穎的凸輪控制驅(qū)動式行走機構(gòu)，設計了一種腿機構(gòu)以及相應的凸輪控制驅(qū)動機構(gòu)，并初步設計了柔性轉(zhuǎn)彎機構(gòu)。 cam drive。 ....................... 錯誤 !未定義書簽。 ............................................... 錯誤 !未定義書簽。 ................... 錯誤 !未定義書簽。 行走機構(gòu)的設計計算 ............................ 錯誤 !未定義書簽。 驅(qū)動系統(tǒng)的設計 ................................ 錯誤 !未定義書簽。 ....................................... 錯誤 !未定義書簽。 總結(jié) ............................................................................. 錯誤 !未定義書簽。機器人的誕生和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，成為二十世紀人類科學技術(shù)的重大成就之一。 1960 年，美國 Unimation 公司根據(jù) Devol 的專利技術(shù)研制出了第一臺工業(yè)機器人樣機，并定型生產(chǎn) Unimate 工業(yè)機器人。 國內(nèi)外四足行走機器人得研究概況 目前，常見的步行機器人以兩足式、四足式、六足式應用較多。 20 世紀 60 年代，四足步行機器人的研究工作開始起步。 20 世紀 80、 90 年代最具代表性的四足步行機器人是日本 Shigeo Hirose 實驗室研制的 TITAN 系列。 20212021 年，日本電氣通信大學的木村浩等人研制成功了具有寵物狗外形的機器人 TekkenIV，如 1—3 所示。它的另一特點是利用了激光和 CCD 攝像機導航，可以辨別和避讓前方存在的障礙，能夠在封閉回廊中實現(xiàn)無碰撞快速行走。同時，腿部連有很多傳感器，其運動通過伺服電機來控制。 1996 年該研究所研制成功了 JTUWM— III ]3[ ，如 15 所示。它采用開環(huán)關(guān)節(jié)連桿機構(gòu)作為步行機構(gòu)，通過模擬動物的運動機理，實現(xiàn)比較穩(wěn)定的節(jié)律運動，可以自主應付復雜的地形條件，完成上下坡行走、越障等功能。 機器人學主要涉及的學科內(nèi)容 機器人學主要涉及控制論、仿生機構(gòu)學和人工智能三大基礎(chǔ)學科。另外，大容量晶體管、柵控閘流晶體管、場效應管 等電子元件的開發(fā)，促進了機器人伺服驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展。小型高強度機械