【正文】 968 年1970年 1978年1984 年1998 年2022 年2022 年Gee Devol 開發(fā)出第一臺可編程機(jī)器人；Unimation 公司推出第一臺工業(yè)機(jī)器人；第一臺智能機(jī)器人 Shakey 在斯坦福研究所（SRI）誕生；ETL 公司發(fā)明帶視覺的自適應(yīng)機(jī)器人；美國推出通用工業(yè)機(jī)器人 PUMA，這標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)成熟；機(jī)器人 Helpmate 問世，該機(jī)器人能在醫(yī)院里為病人送飯、送郵件等；丹麥樂高公司推出機(jī)器人（Mindstorms）套件；iRobot 公司推出吸塵機(jī)器人 Roomba，是世界上銷量最大的家用機(jī)器人；微軟公司推出的 Microsoft Robotics Studio，機(jī)器人模塊化、平臺化的趨勢越來越明顯，比爾?蓋茨預(yù)言，家用機(jī)器人會很快席卷全球。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(jī)器人,標(biāo)志著第一代機(jī)器人的正式誕生。Robot(機(jī)器人)一詞由此演化而來。1920 年，捷克作家卡雷爾目 錄 ...........................................................................................................1 機(jī)器人及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 ........................................1 國內(nèi)外四足行走機(jī)器人得研究概況 ..................................2 機(jī)器人學(xué)主要涉及的學(xué)科內(nèi)容 ......................................4 課題簡介 .......................................................5 ...............................................................................6 機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述 ..............................................6 四足機(jī)器人研發(fā)流程 .............................................7 四足機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 ..........................................9 .................................................10 機(jī)器人機(jī)械設(shè)計的內(nèi)容及特點(diǎn) ....................................10 機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 ..............................................11 行走機(jī)構(gòu)的研究 .................................................13 行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 ............................................19 轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)的設(shè)計 ................................................24 腱機(jī)構(gòu) .......................................................28 機(jī)器人的外形設(shè)計 ..............................................28 驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 ................................................29 .............................................................................35 傳感器 .........................................................35 控制器 ........................................................36 控制系統(tǒng) .......................................................39聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文ii .............................................................................42 行走系統(tǒng)軟件設(shè)計 ..............................................42 轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 ...........................................43總結(jié) ............................................................................................................47參考文獻(xiàn) ....................................................................................................49致謝 ............................................................................................................51凸輪控制驅(qū)動式的四足機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計1. 引言 機(jī)器人及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展自從人類制造出了一電子計算機(jī)為代表的各種信息處理和計算的工具，進(jìn)一步拓展和延伸了人類大腦的功能。 control system 。 stepped mechanism。在此基礎(chǔ)上，論文采用主從式控制方式設(shè)計了四足機(jī)器人的控制系統(tǒng)，重點(diǎn)討論了以 8051 單片機(jī)為控制器的行走機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)設(shè)計。并且，機(jī)器人本體大多是一個剛性整體，轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)研究不足。聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文 摘 要 四足機(jī)器人作為仿生機(jī)器人的一種，得到了廣泛的研究。行走機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)是四足機(jī)器人最關(guān)鍵的部分，目前，行走機(jī)構(gòu)的研究大多采用在腿機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)處安裝伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，增加了機(jī)器人的重量和控制策略的難度。為此，項目將四足機(jī)器人本體作為一個柔性整體，采用三維建模軟件 Pro/ 設(shè)計了四足機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)，提出了一種新穎的凸輪控制驅(qū)動式行走機(jī)構(gòu)，設(shè)計了一種腿機(jī)構(gòu)以及相應(yīng)的凸輪控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)，并初步設(shè)計了柔性轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)。關(guān)鍵詞：四足機(jī)器人；行走機(jī)構(gòu)；凸輪驅(qū)動；控制系統(tǒng)；三維設(shè)計AbstractQuadruped robot as one of biomimetic robots, has been extensively studied. Travel agencies and institutions is a quadruped robot turning the key, At the present, servo motor is installed in the leg joints of the most travel agencies, increasing the weight of the robot and the difficulty of the control system strategy . And most of the robot is a rigid body as a whole, and the research of the turning institutions is not fully studied . For this purpose, the project will take fourlegged robot whole body as a flexible rigid body, and threedimensional modeling software Pro/ is used for designing quadruped robot mechanical systems, a new travel agency based on cam control drive is proposed , a kind of leg mechanism and control of the corresponding cam drive mechanism is designed, and a flexible turning institution is preliminary designed. Based on this work, the control system of the robot was designed. Especially, control systems of the stepped mechanism and the wheel mechanism were analyzed detailed.聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文iKey words: quadruped robot。 cam drive。three dimensional design。機(jī)器人的誕生和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，成為二十世紀(jì)人類科學(xué)技術(shù)的重大成就之一。佩克（Karel Capek）在其幻想情節(jié)劇《羅沙姆的萬能機(jī)器人》中描述了一個名為 的工廠，將人類從繁重而乏味的工作中解放出來，制造出一種與人類相似，但能不知疲倦工作的機(jī)器奴仆，取名ROBOTA。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(jī)器人樣機(jī)，并定型生產(chǎn) Unimate 工業(yè)機(jī)器人。在此后的五十多年里，機(jī)器人技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，表 1—1 是近代機(jī)器人發(fā)展的重大事件的時間表 。 國內(nèi)外四足行走機(jī)器人得研究概況目前，常見的步行機(jī)器人以兩足式、四足式、六足式應(yīng)用較多。本文介紹了國內(nèi)外在機(jī)構(gòu)設(shè)計、步態(tài)、控制等方面已經(jīng)取得的進(jìn)展，并分析了其中的關(guān)鍵技術(shù)。20 世紀(jì) 60 年代，四足步行機(jī)器人的研究工作開始起步。世界上第一臺真正意義的四足步行機(jī)器人是由 Frank 和 McGhee 于 1977 年制作的。20 世紀(jì) 80、90 年代最具代表性的四足步行機(jī)器人是日本 Shigeo Hirose 實(shí)驗室研制的 TITAN 系列。它的腳底部由形狀記憶合金組成，可自動檢測與地面接觸的狀態(tài)姿態(tài)傳感器和姿態(tài)控制系統(tǒng)根據(jù)傳感信息做出的控制決策，實(shí)現(xiàn)在不平整地面的自適應(yīng)靜態(tài)步行。20222022 年，日本電氣通信大學(xué)的木村浩等人研制成功了具有寵物狗外形的機(jī)器人 TekkenIV，如 1—3 所示。系統(tǒng)控制是由基于 CPG 的控制器通過反射機(jī)制來完成的。它的另一特點(diǎn)是利用了激光和 CCD 攝像機(jī)導(dǎo)航，可以辨別和避讓前方存在的障礙，能夠在封閉回廊中實(shí)現(xiàn)無碰撞快速行走。它能以不同步態(tài)在惡劣的地形上攀爬，可以負(fù)載高達(dá)52KG 的重量，爬升斜坡可達(dá) 35176。同時，腿部連有很多傳感器，其運(yùn)動通過伺服電機(jī)來控制。圖 13TekkenIV 圖 14 美國“機(jī)器騾子”國內(nèi)四足機(jī)器人研制工作從 20 世紀(jì) 80 年代起步，取得一定成果的研究機(jī)構(gòu)有上海交通大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué) 等。1996 年該研究所研制成功了 JTUWM—III ，如 15 所示。但其步行速度較慢，極限步速僅為 ；另外，其負(fù)重能力有限，故在實(shí)際作業(yè)時實(shí)用性較差。它采用開環(huán)關(guān)節(jié)連桿機(jī)構(gòu)作為步行機(jī)構(gòu)，通過模擬動物的運(yùn)動機(jī)理，實(shí)現(xiàn)比較穩(wěn)定的節(jié)律運(yùn)動，可以自主應(yīng)付復(fù)雜的地形條件，完成上下坡行走、越障等功能。綜上所述，美國、日本的研究最具代表性，其技術(shù)水平已經(jīng)較為先進(jìn)，實(shí)用化程度也在逐步提高。 機(jī)器人學(xué)主要涉及的學(xué)科內(nèi)容機(jī)器人學(xué)主要涉及控制論、仿生機(jī)構(gòu)學(xué)和人工智能三大基礎(chǔ)學(xué)科。人工智能是在 20 世紀(jì) 50 年代后半期，即電子計算機(jī)的發(fā)展已具備各種復(fù)雜工作能力是形成的。另外，大容量晶體管、柵控閘流晶體管、場效應(yīng)管等電子元件的開發(fā)，促進(jìn)了機(jī)器人伺服驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展。機(jī)器人有視覺、聽覺和觸覺等感覺，相應(yīng)傳感技術(shù)包括視覺系統(tǒng)的模式識別技術(shù)，環(huán)境的情景分析，三維位置測量技術(shù)和皮膚的感覺（如觸覺、壓覺等力的感覺） ，其他還有語音識別和自然語言理解等。小型高強(qiáng)度機(jī)械裝置的研制，對機(jī)器人手、足機(jī)構(gòu)的改進(jìn)起到了很大的推動作用。因此，必須進(jìn)行行走步態(tài)、重心轉(zhuǎn)移、移動導(dǎo)向、穩(wěn)定步行等仿生問題的研究?？傊瑱C(jī)器人學(xué)是一門綜合性的學(xué)科，它的發(fā)展和進(jìn)步與其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展密切相關(guān)。目前國際上對四足行走機(jī)器人的研究相當(dāng)熱門，技術(shù)也已相當(dāng)成熟，主要集中在電子寵物機(jī)器人領(lǐng)域，如前所述的日本及美國的機(jī)器狗，均標(biāo)志著兩國在機(jī)器人和機(jī)器動物研制領(lǐng)域已處于世界領(lǐng)先地位。本課題的研究重點(diǎn)是設(shè)計一種四足行走行走機(jī)構(gòu)，并設(shè)計了一種脊柱轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)，以這兩種機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，以狗外形作為外形參考模型，設(shè)計了一種四足行走機(jī)器人( 機(jī)器狗 )。聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文vii本課題所設(shè)計的機(jī)器人的腿機(jī)構(gòu)技術(shù)性能如下：腿機(jī)構(gòu)的自由度：3 個機(jī)構(gòu)所含的運(yùn)動副：轉(zhuǎn)動副、移動副在支撐相 ①中，足端相對于機(jī)身運(yùn)動狀況：理論上絕對水平勻速直線運(yùn)動支撐相相位角：3π/2懸空相 ①相位角：π/2機(jī)構(gòu)的外形：具有哺乳動物腿的外形本課題所設(shè)計的機(jī)器人技術(shù)性能如下：外形尺寸：895 *808*322? 電源：12V 鎘鎳堿性蓄電池? 運(yùn)動形式：可前進(jìn)、后