【正文】 及忘我的工作精神對我產生了深刻的影響，這些影響將使我在以后的 學習 中受益匪淺 。 (3)步行機機動性、靈活性方面，目前的步行機器人還遠未達到像動物那樣的步行機動性和靈活性 ,存在步行速度低 ,效率差等問題。 3— 8 軀體 圖 用于連接腿部機構，并安裝單片機以實現(xiàn)六足行走機器人的智能化。 3— 3 股節(jié)裝配體 圖 由舵機通過一個四桿 機構 A2B2C2D2，帶動股節(jié) D2G 上下擺動， 實現(xiàn)抬腿運動。 SolidWorks 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。目前市面上流行的三維實體造型軟件 SolldworkS，Pro/e， UG， Ideas，它們都帶有功能相當完善的實體建模模塊，可以快速準確的完成復雜系統(tǒng)的實體建模。 當足端的位置已知，并且 軀干的位置與姿態(tài)都確定時，足端點在軀干坐標系中的位置是已知量，假設其三個坐標分別為 、 、 ，根據(jù)齊次坐標變換矩陣 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發(fā)出訊號給舵機，經由電路板上的 IC 判斷轉動方向，再驅動無核心馬達開始轉動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回訊號，判斷是否已經到達定位。 第二個自由度，由舵機通過一個四桿機構 A2B2C2D2，帶動股節(jié) D2G 上下擺動，其機械結構如圖 2– 7 a)所示，對應的機構簡圖如圖 2– 7 b)所示。 圖 2— 5 機器人步態(tài)示意圖 在機器人希望轉彎時其 6 支腳的運動順序與直行時基本相同 ,唯一的不同在于在期望轉向的那一側的 3 支腳運動方向完全逆向。然而，對于理想的平整地面而言，各腿的運動周期應該是一致的，故而此時的交替步態(tài)實質上等同于三角步態(tài)，這己在實驗中得到證實。跟導步態(tài)每次只需要選擇前兩足的立足點，因而具有控制簡單，穩(wěn)定性較好，越溝能力強等特點，所以特別適合多足步行機在不平地面行走時采用。下面介紹的是目前應用較廣的幾種多足機構行走方式?？s放式步行機構的剛性較大，傳動誤差較小，腿部末端在機體下部的運動空間較大，在機體上部的運動空間較小，機構存在死點?？s 放機構由于在其運動主平面具有運動解藕性，易于控制，當縮放比大 時 ， 能以較小本體實現(xiàn)較大的空間運動等優(yōu)點，被廣泛應用于多足步行機器人的腿部機構。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構的機器人。 (3)步行機機械結構的研究。到目前為止，盡管多足步行機器人技術有了很大的發(fā)展，國內外研究開發(fā)了很多原理樣機或實驗模型，但制約多足步行機器人技術進一步發(fā)展的基礎理論問題并沒有得到根本的解決。加拿大 McGill 大學的 Martin Buehler 本著“功能仿真”的目的，利用電動機作為驅動研制了 Scout I、 Scout II 四足步行機器人和 RHex 六足機器人，如圖 1— 11 所示，雖然這類機器人的每個腿中具有較少自由度但能實現(xiàn)行走、轉彎、側向行走和上下臺階等運動。麻省理工的 Raibert利用相對自由度數(shù) 較少的簡單腿部機構建造了一些機器人，利用簡單的控制，這些機器人能夠實現(xiàn)走、跑、跳等動作，實現(xiàn)主動平衡，如圖 1— 7 所示。但從步態(tài)規(guī)劃及控制的角度來說，這種要人跟隨操縱的步行機并沒有體現(xiàn)步行機器人的實質性意義，只能算作是人操作的機械移動裝置。 圖 1— 3 Scorpion 和 Tarry Tarry（如圖 14）由德國杜伊斯堡大學機械工程部機械學院研制，項目始于 1998 年。它的控制器在場外的計算機中。它的設計重量和尺寸受系統(tǒng)復雜程度的制約，為了保證其在太空運行的可靠性，采用了冗余設計：從機械角度看，六條腿行走時，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，這種冗余可以讓來自不同位置的傳感器將信號傳給主控制器，以更有效地分析地形。由于六足機器人的所具有的這方面優(yōu)點，使其早在上世紀八十年代就已被列入資助研究計劃。輪行機器人的不足之處在于對于未知的復雜自然地形，其適應能力很差，而步行機器人可以在復雜的自然地形中較為容易的完成探測任 務。理論上，足式機器人具有比輪式機器人更加卓越的應對復雜地形的能力，因而被給予了巨大的關注，但到目前為止，由于自適應步行控制算法匱乏等原因，足式移動方式在許多實際應用中還無法付諸實踐。在眾多步行機器人中，模仿昆蟲以及其他節(jié)肢動物們 的肢體結構和運動控制策略而創(chuàng)造出的六足機器人是極具代表性的一種。采用遞歸控制結構，可以使 Genghis 在復雜路面上行走，包括橫越陡峭的地勢，爬過高大的障礙，避免掉下懸崖。 Ariel（如圖 1– 2 左）由美國 isrobots 公司于 1995 年研制。通過將仿昆蟲反射與步態(tài)控制器結合，它可以在復雜的路面上行走。 六足行走運動平臺結構設計 4 步行機 器人國內外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀 對移動機器人的專門研究始于 60 年代末期。其采用多種標準步態(tài)行走、轉彎、側移及跨越較小的障礙 物，計算機的任務為對機器人運動學進行計算以協(xié)調產生驅動的 18 個六足行走運動平臺結構設計 5 電機，從而保證機器人的質心落在支撐多邊形內；為更好的適應地形 ， 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 四足機器人用于為軍隊運輸裝備，其高 3 英尺，重 165 磅，可以以 英里的速度行進 ，其采用汽油動力。 1989 年，北京航空航天大學孫漢旭博士進行了四足步行機的研究，試制成功一臺四足步行機，并進行了步行實驗；錢晉武博士對地、壁兩用六足步行機器人進行了步態(tài)和運動學方面的研究。 (2)機器人步態(tài)的研究。 六足行走運動平臺結構設計 10 第二章 六足機器人的機械結構 多足機器人的機構類型 一般來說，腿的構造形式可分為昆蟲類和哺乳動物類兩種不同形式。 圖 2— 1 單桿式腿結構機器人 六足行走運動平臺結構設計 11 四連桿式 (埃萬斯機構 ) 該機構有 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構，如圖 2— 2。其中 AC//EO， EB//CF，當 E 點固定時， A 點的運動將以 KI=FD/OC 的比例傳到 F 點 。此外 ，開環(huán)關節(jié)式機構的末端操作點無論是在機體的上部還是下部都有非常大的運動空間，且機構不存在死點的情況，機構比較簡單 。昆蟲三角步態(tài)的移動模式較簡單，非常適合步行架構的機器人的直線行走，行進速度也比較快。 在交替 步態(tài)中，各腿的運動可分為抬升和前進兩個部分。行走時機體向前 ,并稍向外轉 ,3 條足同時行動 ,然后再與另一組 3 條足交替進行。 六足行走運動平臺結構設計 15 六足機器人的結構 設計 軀干縱向長 214mm，寬 240mm，站立時 高 110mm。 機器人腿部完整的機構簡圖如圖 2– 9 所示。依據(jù)物理學原理，物體的轉動慣量與質量成正比，因此要轉動質量愈大的物體，所需的作用力也愈大。根據(jù)求得的解析解，結合轉角的取值范圍，即可唯一確定 的值 ，從而確定了圖 2– 11 中實線部分機構的關節(jié)轉角。使用這套簡單易學的工具，機械設計工程師能快速、方便地按照其設計思想繪制出草圖及三維實體模型 。共采用18 個舵機 。 第二個自由度，由舵機通過一個四桿機構 A2B2C2D2，帶動股節(jié) D2G 上下擺動， 六足行走運動平臺結構設計 25 第三個自由度，由舵機通過四桿機構 A1B1C1D1和 D1E1F1G，帶動脛節(jié) GH 擺動 ，實現(xiàn)左右搖擺運動。 在此次設計的過程中，培養(yǎng)了我的綜合運用所學知識的能力，分析和解決實際中所遇到問題的能力，并且能鞏固和深化我所學的專業(yè)知識，使我在調查研究和收集資料等方面的能力有了顯著的提高，同時在理解 問題，分析問題、設計機構 和繪圖能力方面有較大的進步。丹尼斯等 .機器人設計與控制 [M].北京 :科學出版社， 2021 【 6】 趙杰等 .應用于六足機器人平臺的舵機控制器設計 [J].機械與電子， 2021（ 9） :48~51 【 7】 王倩 陳甫 臧希喆 趙杰 .新型六足機器人機構與控制系統(tǒng)設計 .哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所，哈爾濱 150001 【 8】 曾桂英，劉少軍 .六足步行機器人的設計研究 .中南大學機電工程學院 , 長沙410083 【 9】 陳學東 .多足步行機器人運動規(guī)劃與控制 [M ].中科技大學出版社 , 2021121. 【 10】 徐軼群 ,萬隆君 .四足步行機器人腿機構及其穩(wěn)定性步