【正文】 surfaces by right of its sophisticated limb structure and dexterous lootion control strategies. Accordingly, it contains great theoretical and practical significance for the research and application of legged mobile robotics to blend the behavioral research effort of multilegged insect into the mechanical design and control of walking robot and furthermore to develop hexapod biomimetic robots with more superexcellent mobility. Hexapod robots have strong abilities to adapt the terrain, and have redundancy in the legs, so they can go on carrying out jobs in the case of losing some legs. They are suit for tasks which have strict demands for independency and reliability such as spying in the wild, searching underwater and exploring the outer space. Key words: Hexapod robot, strong abilities， mechanical design 六足行走運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) III 目 錄 摘要 Abstract 第一章 緒論 ????????????????????? 1 ?????????????????????? 1 ?????????????????????? 4 國外研究現(xiàn)狀 ?? ????????????????????????? 4 國 內(nèi) 研究現(xiàn)狀 ??????????????????????????? 7 的現(xiàn)階段的研究任 務(wù) ? ??????????????? ?? 8 第二章 六足機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu) ??????????????????????? 10 單連桿式 ??? ????????????????????????? 10 四連桿式（ 埃萬斯機(jī)構(gòu) ）?????????????????????? 11 縮放式 ??????? ?????????????????????? 11 關(guān)節(jié)式 ?????????? ??????????????? ???? 12 ????????????????????? 12 三角步態(tài) ? ??????????????????????????? 12 跟導(dǎo)步態(tài) ???????????????????????????? 13 交替步態(tài) ???? ???????????????????????? 13 ???? ????????????????????????? 13 ???????????????????????? 15 ??????? ???? ????????????????? 17 舵機(jī)概述 ?? ?????????????????????????? 17 舵機(jī)的選擇 ? ?? ???????????????????????? 17 ????????????????????????? 18 D－ H 坐標(biāo)系的建立 ???????????????????????? 18 六足行走運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) IV 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解 ??????????????????????????? 19 第三章 三維模 型的建立 ???????????????????? 21 Solidworks 軟件介紹 ???????????????????????? 21 ????????????? ?????? ????????????? 22 ?????????? ???? ? ???? ???????????? 23 第 四 章 總 結(jié)與展望 結(jié) ??????????????????????????????? 28 ????????????????????????? ?????? 28 參考文獻(xiàn) ?????????????????????????????? 29 致 謝 ???????????????????????????????? 30 六足行走運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 第一章 緒論 六足步行機(jī)器人的介紹及背景 目前，用于在人類不宜、不便或不能進(jìn)入的地域進(jìn)行獨(dú)立探測(cè)的機(jī)器人主要分兩種，一種是由輪子驅(qū)動(dòng)的輪行機(jī)器人，另一種是基于仿生學(xué)的步行機(jī)器人。另一方面，作為地球上最成功的運(yùn)動(dòng)生物，多足昆蟲則以其復(fù)雜精妙的肢體結(jié)構(gòu)和簡易靈巧的運(yùn)動(dòng)控制策略，輕易地穿越了各種復(fù)雜的自然地形，甚至能在光滑的表面上倒立行走。六足機(jī)器人與兩足和四足步行機(jī)器人相比，具有控制結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單、行走平穩(wěn)、肢體冗余等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使六足機(jī)器人更能勝任野外偵查、水下搜尋以及太空探測(cè)等對(duì)獨(dú)立性、可靠性要求比較高的工作。 六足行走運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 圖 1— 1 Genghis 和 Attila Attila（如圖 1– 1 右）和 Hannibal 是由麻省理工學(xué)院的移動(dòng)式遙控機(jī)械裝置實(shí)驗(yàn)室于九十年代早期研制成功。身體配備多種傳感器，對(duì)周圍環(huán)境和自身狀況的感知非常靈敏。 六足行走運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 圖 1— 2 Ariel 和 Robot II 近年完成的典型六足機(jī)器人： Scorpion（如圖 1– 3）是由美國波士頓東北大學(xué)海洋科學(xué)中心自主水下機(jī)器人研究小組和德國 Fraunhofer 自主智能系統(tǒng)研究所（ AIS）共同完成于 2021 年。斯坦福研究院 (SRI)的 Nils Nilssen和 Charles Rosen等人在 1966年至 1972年中研制出了名為 Shakey的自主移動(dòng)機(jī)器人，用于應(yīng)用人工智能技術(shù)在復(fù)雜環(huán)境下機(jī)器人系統(tǒng)的自主推理、規(guī)劃和控制的研究。 Hirose 根據(jù)他研制機(jī)器蛇的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了采用三維縮放式腿部機(jī)構(gòu)并搭建了一個(gè)小型四足機(jī)器人；由于該機(jī)構(gòu)把驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)直接轉(zhuǎn)化為笛卡爾坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)，從而大大減輕了計(jì)算機(jī)的計(jì)算量，而且由于運(yùn)動(dòng)過程中驅(qū)動(dòng)只做正功，因此該機(jī)器人具有較高的效率。 圖 1— 5 Adaptive Suspension Vehicle 圖 1— 6 Odex1 步行機(jī)器人 六足行走運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 圖 1— 7 MIT 腿部實(shí)驗(yàn)室的四足和雙足機(jī)器人 圖 1— 8 DANTE 步行機(jī)器人 由于新的材料的發(fā)現(xiàn)、智能控制技術(shù)的發(fā)展、對(duì)步行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)高效建模方法的提出以及生物學(xué)知識(shí)的增長促使了步行機(jī)器人向模仿生物的方向發(fā)展。 1991 年，上海交通大學(xué)馬培蓀等研制出 JTUWM 系列四足步行機(jī)器人，該機(jī)器人采用計(jì)算機(jī)模擬電路兩級(jí)分布式控制系統(tǒng) ,JTUWMIII 以對(duì)角步態(tài)行走 ,腳底裝有 PVDF 測(cè)力傳感器，如圖 1— 12。早期步行機(jī)一般采用規(guī)則 步態(tài)，其優(yōu)點(diǎn)是容易控制，但六足行走運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 不適合復(fù)雜的地形。昆蟲類生物其腿的數(shù)目較多，一般在四足以上 。以四桿機(jī)構(gòu)為腿部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則和目的都是為了盡可 能保證足端運(yùn)動(dòng)軌跡的平整性，達(dá)到使機(jī)器人平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)的目的。當(dāng) A 點(diǎn)固定時(shí)， E 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)將以 K=KI+1 的比例傳到 F 點(diǎn)。但是剛性較差，傳動(dòng)誤差大而且不易控制。本論文也采用這種步 態(tài)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的直線行走，該步態(tài)的具體方式將會(huì)在后文中具體給出。當(dāng)某腿的相鄰各腿均已 觸 地時(shí)，該腿開始運(yùn)動(dòng)，并給其相鄰各腿發(fā)出信號(hào)。直線行走時(shí)的步態(tài)如圖 2— 5 所示。機(jī)器人每條腿有三個(gè)自由度，前兩個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互垂直，后兩個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互平行，分別由三個(gè)獨(dú)立的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)。三個(gè)自由度的原動(dòng)件分別為軸 OO桿 A2B2和桿 A1B1，它們都是由舵機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。 舵機(jī) 的