【正文】 某一腿運動一個完整循環(huán)所需要的時間。腿的懸空相(Transfer phase)指腿抬離地面的階段，懸空相狀態(tài)記為“1”。8第二章 六足仿生機器人的結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計“六足綱”昆蟲(蟑螂,螞蟻等等) 在平坦無阻的地面上快速行進(jìn)時,多以交替的三角步態(tài)運動[1],即在步行時把六條足分為兩組,以身體一側(cè)的前足、后足與另一側(cè)的中足作為一組,形成一個穩(wěn)定的三角架支撐蟲體,因此在同一時間內(nèi)只有一組的三條足起行走作用:前足用爪固定物體后拉動蟲體前進(jìn),中足用以支撐并舉起所屬一側(cè)的身體,后足則推動蟲體前進(jìn),同時使蟲體轉(zhuǎn)向,行走時蟲體向前并稍向外轉(zhuǎn),三條足同時行動,然后再與另一組的三條足交替進(jìn)行,兩組足如此交替地擺動和支撐,從而實現(xiàn)昆蟲的快速運動 ，我們將這種步態(tài)定義為“三角步態(tài)” [6]。完成六足仿生機器人控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。對六足仿生機器人控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件流程給出詳細(xì)介紹，并進(jìn)行相關(guān)測試，驗證整體設(shè)計方案的正確性和可靠性.論文主要內(nèi)容有:以自行設(shè)計的六足仿生機器人為研究對象，分析其機械結(jié)構(gòu)，按照“六足綱”昆蟲的運動原理，進(jìn)行步態(tài)分析，確定機器人的步態(tài)規(guī)劃。7圖13 DRROB系列高級機器人 本設(shè)計的主要工作機器人系統(tǒng)是一個跨學(xué)科的綜合系統(tǒng)，涉及很多學(xué)科的知識。該機器人以1個曲柄搖桿機構(gòu)和連桿機構(gòu)作為腿部和六足，以12個直流伺服電機作為驅(qū)動元件。其參數(shù)如表11 表11機器人Fred Delyn的參數(shù)參數(shù)機器人名稱國別尺寸（M）長*寬*高各部位比例髖*股節(jié)*脛節(jié)體重（KG）Fred Delyn 美國 ** 1:: 11隨著機器人技術(shù)的不斷完善，多足機器人也別運用到各個領(lǐng)域里面，圖12為MIT的仿生機器人，這個名為Gengh的機器人是MIT于1989年設(shè)計并制作的，主要用于火星的不規(guī)則地面的探測。同時，在國內(nèi)，中科院沈陽自動化研究所、清華大學(xué)、等單位也先后展開了機器人的研究，并取得了較大的成果。隨后，國內(nèi)外的眾多學(xué)者便開始研究多足機器人的運動步態(tài)和控制。 [4]多足機器人六足仿生機器人的一個最大的優(yōu)點是對行走路面的要求很低,它可以跨越障礙物、走過沙地、沼澤等特殊路面,因此可以用于工程探險勘測、反恐防爆、軍事偵察等人類無法完成的或危險的工作,并且機器人的足所具有的大量自由度可以使機器人的運動更加靈活,對凹凸不平的地形的適應(yīng)能力更強。 多足機器人的發(fā)展現(xiàn)狀早在上世紀(jì)80年代，美國的著名機器人學(xué)家McGhee開始著手研發(fā)四足仿生機器人以來，多足仿生機器人一直成為大量學(xué)者的研究對象。(四)按功能和用途來分:醫(yī)療機器人，軍用機器人，助殘機器人，清潔機器人等。行為式(垂直式)結(jié)構(gòu)機器人。5 特種移動機器人:根據(jù)具體的應(yīng)用目的，還有其他種類的移動機器人，如墻壁清洗機器人、爬纜索機器人以及管內(nèi)移動機器人等，這些機器人是根據(jù)某種特殊目的設(shè)計的機器人。多足移動機器人:足式移動對崎嶇路面具有很好的適應(yīng)能力，足式移動方式的立足點是離散的，可以在可能到達(dá)的地面上選擇最優(yōu)支撐點，即使在表面極度不規(guī)則的情況下，通過嚴(yán)格選擇足的支撐點，也能夠行走自如。按輪數(shù)的多少又可分為二輪、三輪、四輪式三種。整個過程不需人為參與，由機器人自主進(jìn)行。半自主式移動機器人智能水平介于遙控和自主式移動機器人之間，具備一定的感知、判斷和決策功能，但對一些復(fù)雜任務(wù)仍需在人工干預(yù)下才能順利完成。對于移動機器人來說，它有多種不同的分類方法，按不同的分類方法可將移動機器人分為不同的種類:(一) 按自主水平來分:遙控式移動機器人移動機器人的執(zhí)行動作和運行軌跡完全由人通過遙控來控制，機器人不進(jìn)行任何判斷和決策，只是執(zhí)行人發(fā)出的命令。另外，隨著生產(chǎn)自動化技術(shù)的發(fā)展，移動機器人在柔性自動化制造生產(chǎn)線上和無人化工廠中也得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著機器人技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機技術(shù)的發(fā)展，機器人領(lǐng)域的研究取得了長足的進(jìn)步，其智能水平也大大提高，逐步由以前的遙控式向半自主式和自主式過渡，工作條件也由室內(nèi)向室外、簡單向復(fù)雜過渡。而以自主移動機器人為對象或應(yīng)用領(lǐng)域的，基于自適應(yīng)、學(xué)習(xí)、進(jìn)化機理，具有高級生命行為的自主系統(tǒng)的研究與研發(fā)，已成為21世紀(jì)初信息科學(xué)與生命科學(xué)富于挑戰(zhàn)性的交叉研究領(lǐng)域之一。一批世界著名的公司開始研制移動機器人平臺，這些移動機器人主要作為大學(xué)實驗室及研究機構(gòu)的移動機器人實驗平臺，從而促進(jìn)了移動機器人學(xué)多種研究方向的出現(xiàn)，90年代以來，以研制高水平的環(huán)境信息傳感器和信息處理技術(shù)，高適應(yīng)性的移動機器人控制技術(shù)，真實環(huán)境下的規(guī)劃技術(shù)為標(biāo)志，高科技學(xué)科，涉及到機械、計算機、自動控制、人工智能、力學(xué)等廣泛科學(xué)領(lǐng)域中的許。70年代末，隨著計算機的應(yīng)用和傳感器技術(shù)的發(fā)展，移動機器人研究又出現(xiàn)了新的高潮。目的是研究應(yīng)用人工智能技術(shù)，在復(fù)雜環(huán)境下機器人系統(tǒng)的自主推理、規(guī)劃和控制。一些新型機器人還包括語音合成和識別技術(shù)以及多媒體系統(tǒng)，實現(xiàn)人機對話。工業(yè)機器人提供一內(nèi)部PLC，它可以與外部設(shè)備相聯(lián)，完成與外部設(shè)備間的邏輯與時實控制。3通常的機器人采用主計算機與關(guān)節(jié)驅(qū)動伺服計算機兩級計算機控制，有時為了實現(xiàn)智能控制，還需對包括視覺等各種傳感器信號進(jìn)行采集、處理并進(jìn)行模式識別、問題求解、任務(wù)規(guī)劃、判斷決策等，這時空間的示教點將由另一臺計算機上級計算機根據(jù)傳感信號產(chǎn)生，形成三級計算機系統(tǒng)。3. 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，在各采樣周期給出。伺服控制器的作用是使驅(qū)動單元驅(qū)動關(guān)節(jié)并帶動負(fù)載超減少偏差的方向動作。壁面爬行、水下推動等機構(gòu)也可歸于這一類。 機器人的基本組成：1. 機械本體機器人的機械本體機構(gòu)基本上分為兩大類：一類是操作本體機構(gòu)，它類似人的手臂和手腕，配上各種手爪與末端操作器后可進(jìn)行各種抓取動作和操作作業(yè)，工業(yè)機器人主要采用這種結(jié)構(gòu)。 機器人的定義和基本組成 機器人的定義由于研究的側(cè)重點不同，對于機器人的定義，國際上目前尚未有明確的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。第三代機器人是目前正在研究的“智能機器人”。它能夠獲得作業(yè)環(huán)境和作業(yè)對象的部分有關(guān)信息，進(jìn)行一定的實時處理，引導(dǎo)機器人進(jìn)行作業(yè)。這種機器人被稱作第一代機器人。這一時期的機器人屬于“示教再現(xiàn)”（Teachin / Playback）型機器人。1974年Cincinnati Milacron公司開發(fā)成功多關(guān)節(jié)機器人；1979年，Unimation公司又推出了PUMA機器人，它是一種多關(guān)節(jié)、全電動驅(qū)動、多CPU二級控制；采用VAL專用語言；可配視覺、觸覺、力覺傳感器，在當(dāng)時是一種技術(shù)先進(jìn)的工業(yè)機器人?！巴ㄓ脵C器人”專利；1960年美國AMF公司生產(chǎn)了柱坐標(biāo)型Versatran機器人，可作點位和軌跡控制，這是世界上第一種用于工業(yè)生產(chǎn)上的機器人。1950年美國作家阿西莫夫提出了機器人學(xué)（Robotics）這一概念，并提出了所謂的“機器人三原則”，即： ；，但不和（1）矛盾的指令；（1）、（2）原則不相矛盾的前提下，機器人可維護自身不受傷害。1920年，（漢語前譯為“勞伯”）這個名詞。在近代，隨著第一次、第二次工業(yè)革命，各種機械裝置的發(fā)明與應(yīng)用，世界各地出現(xiàn)了許多“機器人”玩具和工藝品。機器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志 [1]。它將機構(gòu)學(xué)、電子技術(shù)、控制理論、計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)和人工智能等相關(guān)學(xué)科融合為一體，不斷吸收其他學(xué)科諸如材料、能源科學(xué)的最新成果，形成了一門獨立的高科技學(xué)科——機器人學(xué)。I目錄插表清單 ......................................................................................................................................................................III插圖清單 ......................................................................................................................................................................IV第一章 緒論 ..................................................................................................................................................................1 機器人的發(fā)展歷史 .............................................................................................................................................1 機器人的定義和基本組成 .................................................................................................................................2 機器人的定義 .............................................................................................................................................2 機器人的基本組成： .................................................................................................................................2 移動機器人概述 .................................................................................................................................................3 移動機器人分類 .................................................................................................................................................4 多足機器人的發(fā)展現(xiàn)狀 .....................................................................................................................................5 本設(shè)計的主要工作 .............................................................................................................................................7 本章小結(jié) .............................................................................................................................................................7第二章 六足仿生機器人的結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計 ..............................................................................................................8“六足綱”昆蟲的運動原理 ..............................................................................................................................8 步態(tài)的參數(shù)描述 .........................................................................................................................................8 三角步態(tài)運動原理 .....................................................................................................................................9 六足仿生機器人機械結(jié)構(gòu)分析 .......................................................................................................................10 本章小結(jié) .........................