【正文】 及忘我的工作精神對(duì)我產(chǎn)生了深刻的影響，這些影響將使我在以后的 學(xué)習(xí) 中受益匪淺 。 (3)步行機(jī)機(jī)動(dòng)性、靈活性方面，目前的步行機(jī)器人還遠(yuǎn)未達(dá)到像動(dòng)物那樣的步行機(jī)動(dòng)性和靈活性 ,存在步行速度低 ,效率差等問(wèn)題。 3— 8 軀體 圖 用于連接腿部機(jī)構(gòu)，并安裝單片機(jī)以實(shí)現(xiàn)六足行走機(jī)器人的智能化。 3— 3 股節(jié)裝配體 圖 由舵機(jī)通過(guò)一個(gè)四桿 機(jī)構(gòu) A2B2C2D2，帶動(dòng)股節(jié) D2G 上下擺動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)抬腿運(yùn)動(dòng)。 SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。目前市面上流行的三維實(shí)體造型軟件 SolldworkS，Pro/e， UG， Ideas，它們都帶有功能相當(dāng)完善的實(shí)體建模模塊，可以快速準(zhǔn)確的完成復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)體建模。 當(dāng)足端的位置已知，并且 軀干的位置與姿態(tài)都確定時(shí)，足端點(diǎn)在軀干坐標(biāo)系中的位置是已知量，假設(shè)其三個(gè)坐標(biāo)分別為 、 、 ，根據(jù)齊次坐標(biāo)變換矩陣 的幾何意義可以得到 以下 方程組： 方程組中， 分別表示 的正、余弦函數(shù)。其工作原理是由接收機(jī)發(fā)出訊號(hào)給舵機(jī)，經(jīng)由電路板上的 IC 判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再驅(qū)動(dòng)無(wú)核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，透過(guò)減速齒輪將動(dòng)力傳至擺臂，同時(shí)由位置檢測(cè)器送回訊號(hào)，判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。 第二個(gè)自由度，由舵機(jī)通過(guò)一個(gè)四桿機(jī)構(gòu) A2B2C2D2，帶動(dòng)股節(jié) D2G 上下擺動(dòng)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖 2– 7 a)所示，對(duì)應(yīng)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 2– 7 b)所示。 圖 2— 5 機(jī)器人步態(tài)示意圖 在機(jī)器人希望轉(zhuǎn)彎時(shí)其 6 支腳的運(yùn)動(dòng)順序與直行時(shí)基本相同 ,唯一的不同在于在期望轉(zhuǎn)向的那一側(cè)的 3 支腳運(yùn)動(dòng)方向完全逆向。然而，對(duì)于理想的平整地面而言，各腿的運(yùn)動(dòng)周期應(yīng)該是一致的，故而此時(shí)的交替步態(tài)實(shí)質(zhì)上等同于三角步態(tài)，這己在實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)。跟導(dǎo)步態(tài)每次只需要選擇前兩足的立足點(diǎn)，因而具有控制簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性較好，越溝能力強(qiáng)等特點(diǎn)，所以特別適合多足步行機(jī)在不平地面行走時(shí)采用。下面介紹的是目前應(yīng)用較廣的幾種多足機(jī)構(gòu)行走方式。縮放式步行機(jī)構(gòu)的剛性較大，傳動(dòng)誤差較小，腿部末端在機(jī)體下部的運(yùn)動(dòng)空間較大，在機(jī)體上部的運(yùn)動(dòng)空間較小，機(jī)構(gòu)存在死點(diǎn)。縮 放機(jī)構(gòu)由于在其運(yùn)動(dòng)主平面具有運(yùn)動(dòng)解藕性，易于控制，當(dāng)縮放比大 時(shí) ， 能以較小本體實(shí)現(xiàn)較大的空間運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于多足步行機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)。目前市面上有很多諸如此類的爬蟲玩具，如圖 2 一 1 所示為常見的單桿式腿結(jié)構(gòu)的機(jī)器人。 (3)步行機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的研究。到目前為止，盡管多足步行機(jī)器人技術(shù)有了很大的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外研究開發(fā)了很多原理樣機(jī)或?qū)嶒?yàn)?zāi)Ｐ?，但制約多足步行機(jī)器人技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)理論問(wèn)題并沒有得到根本的解決。加拿大 McGill 大學(xué)的 Martin Buehler 本著“功能仿真”的目的，利用電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)研制了 Scout I、 Scout II 四足步行機(jī)器人和 RHex 六足機(jī)器人，如圖 1— 11 所示，雖然這類機(jī)器人的每個(gè)腿中具有較少自由度但能實(shí)現(xiàn)行走、轉(zhuǎn)彎、側(cè)向行走和上下臺(tái)階等運(yùn)動(dòng)。麻省理工的 Raibert利用相對(duì)自由度數(shù) 較少的簡(jiǎn)單腿部機(jī)構(gòu)建造了一些機(jī)器人，利用簡(jiǎn)單的控制，這些機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)走、跑、跳等動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)平衡，如圖 1— 7 所示。但從步態(tài)規(guī)劃及控制的角度來(lái)說(shuō)，這種要人跟隨操縱的步行機(jī)并沒有體現(xiàn)步行機(jī)器人的實(shí)質(zhì)性意義，只能算作是人操作的機(jī)械移動(dòng)裝置。 圖 1— 3 Scorpion 和 Tarry Tarry（如圖 14）由德國(guó)杜伊斯堡大學(xué)機(jī)械工程部機(jī)械學(xué)院研制，項(xiàng)目始于 1998 年。它的控制器在場(chǎng)外的計(jì)算機(jī)中。它的設(shè)計(jì)重量和尺寸受系統(tǒng)復(fù)雜程度的制約，為了保證其在太空運(yùn)行的可靠性，采用了冗余設(shè)計(jì)：從機(jī)械角度看，六條腿行走時(shí)，一旦有某條腿失效，余下的腿仍然可以行走；從傳感器的角度看，這種冗余可以讓來(lái)自不同位置的傳感器將信號(hào)傳給主控制器，以更有效地分析地形。由于六足機(jī)器人的所具有的這方面優(yōu)點(diǎn)，使其早在上世紀(jì)八十年代就已被列入資助研究計(jì)劃。輪行機(jī)器人的不足之處在于對(duì)于未知的復(fù)雜自然地形，其適應(yīng)能力很差，而步行機(jī)器人可以在復(fù)雜的自然地形中較為容易的完成探測(cè)任 務(wù)。理論上，足式機(jī)器人具有比輪式機(jī)器人更加卓越的應(yīng)對(duì)復(fù)雜地形的能力，因而被給予了巨大的關(guān)注，但到目前為止，由于自適應(yīng)步行控制算法匱乏等原因，足式移動(dòng)方式在許多實(shí)際應(yīng)用中還無(wú)法付諸實(shí)踐。在眾多步行機(jī)器人中，模仿昆蟲以及其他節(jié)肢動(dòng)物們 的肢體結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)控制策略而創(chuàng)造出的六足機(jī)器人是極具代表性的一種。采用遞歸控制結(jié)構(gòu)，可以使 Genghis 在復(fù)雜路面上行走，包括橫越陡峭的地勢(shì)，爬過(guò)高大的障礙，避免掉下懸崖。 Ariel（如圖 1– 2 左）由美國(guó) isrobots 公司于 1995 年研制。通過(guò)將仿昆蟲反射與步態(tài)控制器結(jié)合，它可以在復(fù)雜的路面上行走。 六足行走運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 步行機(jī) 器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外研究現(xiàn)狀 對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的專門研究始于 60 年代末期。其采用多種標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)行走、轉(zhuǎn)彎、側(cè)移及跨越較小的障礙 物，計(jì)算機(jī)的任務(wù)為對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行計(jì)算以協(xié)調(diào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)的 18 個(gè)六足行走運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 電機(jī)，從而保證機(jī)器人的質(zhì)心落在支撐多邊形內(nèi)；為更好的適應(yīng)地形 ， 在以后的發(fā)展中又為其增加了力傳感器和視覺傳感器。 Boston Dynamics 公司的 Big Dog 四足機(jī)器人用于為軍隊(duì)運(yùn)輸裝備，其高 3 英尺，重 165 磅，可以以 英里的速度行進(jìn) ，其采用汽油動(dòng)力。 1989 年，北京航空航天大學(xué)孫漢旭博士進(jìn)行了四足步行機(jī)的研究，試制成功一臺(tái)四足步行機(jī)，并進(jìn)行了步行實(shí)驗(yàn)；錢晉武博士對(duì)地、壁兩用六足步行機(jī)器人進(jìn)行了步態(tài)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的研究。 (2)機(jī)器人步態(tài)的研究。 六足行走運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 第二章 六足機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu) 多足機(jī)器人的機(jī)構(gòu)類型 一般來(lái)說(shuō)，腿的構(gòu)造形式可分為昆蟲類和哺乳動(dòng)物類兩種不同形式。 圖 2— 1 單桿式腿結(jié)構(gòu)機(jī)器人 六足行走運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 四連桿式 (埃萬(wàn)斯機(jī)構(gòu) ) 該機(jī)構(gòu)有 各種衍化形式，是可用連桿曲線軌跡作為足端軌跡的一種步行機(jī)構(gòu)，如圖 2— 2。其中 AC//EO， EB//CF，當(dāng) E 點(diǎn)固定時(shí)， A 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)將以 KI=FD/OC 的比例傳到 F 點(diǎn) 。此外 ，開環(huán)關(guān)節(jié)式機(jī)構(gòu)的末端操作點(diǎn)無(wú)論是在機(jī)體的上部還是下部都有非常大的運(yùn)動(dòng)空間，且機(jī)構(gòu)不存在死點(diǎn)的情況，機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單 。昆蟲三角步態(tài)的移動(dòng)模式較簡(jiǎn)單，非常適合步行架構(gòu)的機(jī)器人的直線行走，行進(jìn)速度也比較快。 在交替 步態(tài)中，各腿的運(yùn)動(dòng)可分為抬升和前進(jìn)兩個(gè)部分。行走時(shí)機(jī)體向前 ,并稍向外轉(zhuǎn) ,3 條足同時(shí)行動(dòng) ,然后再與另一組 3 條足交替進(jìn)行。 六足行走運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 六足機(jī)器人的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 軀干縱向長(zhǎng) 214mm，寬 240mm，站立時(shí) 高 110mm。 機(jī)器人腿部完整的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 2– 9 所示。依據(jù)物理學(xué)原理，物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與質(zhì)量成正比，因此要轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量愈大的物體，所需的作用力也愈大。根據(jù)求得的解析解，結(jié)合轉(zhuǎn)角的取值范圍，即可唯一確定 的值 ，從而確定了圖 2– 11 中實(shí)線部分機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角。使用這套簡(jiǎn)單易學(xué)的工具，機(jī)械設(shè)計(jì)工程師能快速、方便地按照其設(shè)計(jì)思想繪制出草圖及三維實(shí)體模型 。共采用18 個(gè)舵機(jī) 。 第二個(gè)自由度，由舵機(jī)通過(guò)一個(gè)四桿機(jī)構(gòu) A2B2C2D2，帶動(dòng)股節(jié) D2G 上下擺動(dòng)， 六足行走運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 第三個(gè)自由度，由舵機(jī)通過(guò)四桿機(jī)構(gòu) A1B1C1D1和 D1E1F1G，帶動(dòng)脛節(jié) GH 擺動(dòng) ，實(shí)現(xiàn)左右搖擺運(yùn)動(dòng)。 在此次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，培養(yǎng)了我的綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，分析和解決實(shí)際中所遇到問(wèn)題的能力，并且能鞏固和深化我所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，使我在調(diào)查研究和收集資料等方面的能力有了顯著的提高，同時(shí)在理解 問(wèn)題，分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu) 和繪圖能力方面有較大的進(jìn)步。丹尼斯等 .機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制 [M].北京 :科學(xué)出版社， 2021 【 6】 趙杰等 .應(yīng)用于六足機(jī)器人平臺(tái)的舵機(jī)控制器設(shè)計(jì) [J].機(jī)械與電子， 2021（ 9） :48~51 【 7】 王倩 陳甫 臧希喆 趙杰 .新型六足機(jī)器人機(jī)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所，哈爾濱 150001 【 8】 曾桂英，劉少軍 .六足步行機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究 .中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 , 長(zhǎng)沙410083 【 9】 陳學(xué)東 .多足步行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制 [M ].中科技大學(xué)出版社 , 2021121. 【 10】 徐軼群 ,萬(wàn)隆君 .四足步行機(jī)器人腿機(jī)構(gòu)及其穩(wěn)定性步