【正文】 機器人相對于輪式機器人在復(fù)雜地形的行走優(yōu)勢，交替步態(tài)成為新興的六足機器人研究的重點。在交替步態(tài)中，各腿的運動可分為抬升和前進兩個部分。同樣，在該腿觸地時，也會給相鄰各腿發(fā)出觸地信號。 由于各腿等待其相鄰?fù)扔|地的時間取決于其相鄰?fù)鹊膭幼骷捌溆|地位置，因而，對于崎嶇不平的地面而言，這種步態(tài)本身是不可預(yù)測的。六足仿生機器人采用六足昆蟲的行走步態(tài),步行時把6條足分為兩組,以一邊的前足后足與另一邊的中足為一組,形成一個三角架支撐機體。行走時機體向前,并稍向外轉(zhuǎn),3條足同時行動,然后再與另一組3條足交替進行。機器人開始運動時左側(cè)的2號腿和右側(cè)的6號腿抬起,準備向前擺動,另外3條腿5處于支撐狀態(tài),支撐機器人本體確保機器人的原有重心位置處于3條支撐腿所構(gòu)成的三角形內(nèi),使機器人處于穩(wěn)定狀態(tài)不至于摔倒,見圖2—5a，擺動腿6向前跨步,見圖2—5b,支撐腿5一面支撐機器人本體,一面在小型直流驅(qū)動電機和皮帶傳動機構(gòu)的作用下驅(qū)動機器人本體,使機器人機體向前運動一個半步長S,見圖2—5c。使機器人的重心位置處于6三條支撐腿所構(gòu)成的三角形穩(wěn)定區(qū)內(nèi),原來的支撐腿5已抬起并準備向前跨步,見圖2—5d擺動腿5向前跨步,見圖2—5e,支撐腿6此時一面支撐機器人本體,一面驅(qū)動機器人機體使機器人機體向前運動一個步長S,見圖2—5f,如此不斷重復(fù)步態(tài)abcdefa,循環(huán)往復(fù)實現(xiàn)機器人不斷向前運動。例如當希望機器人向左轉(zhuǎn)向時,機器人右側(cè)3支腳運動狀態(tài)保持不變,左側(cè)3支腳的運動完全逆向,但是運動速度與運動相位差保持不變。軀干縱向長214mm，寬240mm，站立時高110mm。后兩個自由度采用四連桿方式傳動。圖2—6六足機器人機構(gòu)對于每條腿，按照由軀干到足端的順序，三個自由度的傳動方式如下：第一個自由度，由舵機直接帶動轉(zhuǎn)節(jié)前后擺動，從而使整條腿前后擺動。第三個自由度，由舵機通過四桿機構(gòu)A1B1C1D1和D1E1F1G，帶動脛節(jié)GH上下擺動，其機械結(jié)構(gòu)如圖2–8 a)所示。機器人腿部完整的機構(gòu)簡圖如圖2–9所示。圖2—7 股節(jié)機構(gòu)圖2—8 脛節(jié)機構(gòu)圖2—9 腿部完整機構(gòu)腿部機構(gòu)可以等效成三自由度的開式桿機構(gòu)，即圖OO1－D1－G－H，即圖2–9中實線部分所示。 舵機概述 舵機主要是由外殼、電路板、核心馬達、齒輪與位置檢測器所構(gòu)成。位置檢測器其實就是可變電阻，當舵機轉(zhuǎn)動時電阻值也會隨之改變，藉由檢測電阻值便可知轉(zhuǎn)動的角度。依據(jù)物理學(xué)原理，物體的轉(zhuǎn)動慣量與質(zhì)量成正比，因此要轉(zhuǎn)動質(zhì)量愈大的物體，所需的作用力也愈大。圖2—10 S3101尺寸參數(shù) D－H坐標系的建立對圖2–9中實線部分的機構(gòu)建立DH坐標系，如圖2–11所示。根據(jù)圖2–5的坐標系可以由、和得到如式所示齊次坐標變換矩陣：在六足機器人足端與地面不發(fā)生滑動摩擦的情況下，足端與地面的接觸點相當于一個球鉸鏈，而對于每條腿有3個自由度的多足機器人，當與地面接觸的支撐腿大于等于3個時，其軀干具有完全的6個自由度（位置、姿態(tài)完全自由）。由此方程組可以解得各個關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角如下式：上述等式中， 。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中實線部分機構(gòu)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角。這樣，對應(yīng)每個末端位置，其運動學(xué)逆解是唯一的。 Solidworks軟件介紹相比傳統(tǒng)的2D繪圖，三維實體造型不僅可以提供幾何拓撲信息，而且可包含模型的材料、質(zhì)量、質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動慣量等物理信息，因此三維實體造型件己經(jīng)成為現(xiàn)代設(shè)計師鐘愛的使用工具。相比其它造型軟件，Solidworks價格低廉，易學(xué)易用，并且支持Iges，Parasolid，Step，Dxf，Dwf等數(shù)據(jù)傳輸標準，這樣保證了跟其它CAD/CAE軟件比如Ansys，ADAMS，Pro/e，Ideas等軟件之間進行數(shù)據(jù)傳遞。使用這套簡單易學(xué)的工具，機械設(shè)計工程師能快速、方便地按照其設(shè)計思想繪制出草圖及三維實體模型。根據(jù)各零件間的相互裝配關(guān)系，可快速實現(xiàn)零部件的裝配，完成總體設(shè)計任務(wù)。 Solidworks 功能強大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點，使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設(shè)計者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。共采用18個舵機。當然，由于采用三角步態(tài)運動，3個腿的運動相同，可以采用2個舵機控制6條腿的跨腿動作，所以可以節(jié)省4個舵機。3—2 FGH腿部機構(gòu)圖底部采用半圓頭，適應(yīng)性強，較易地跨過比較大的障礙（如溝、坎等）。3—4 脛節(jié)裝配體圖由舵機通過四桿機構(gòu)A1B1C1D1和D1E1F1G，帶動脛節(jié)GH擺動，實現(xiàn)左右搖擺運動。第二個自由度，由舵機通過一個四桿機構(gòu)A2B2C2D2，帶動股節(jié)D2G上下擺動，第三個自由度，由舵機通過四桿機構(gòu)A1B1C1D1和D1E1F1G，帶動脛節(jié)GH擺動，實現(xiàn)左右搖擺運動。三個自由度的原動件分別為軸OO桿A2B2和桿A1B1，它們都是由舵機直接驅(qū)動。3—7 固定架圖用于連接軀體和腿部，由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，因此多處需要焊接來實現(xiàn)。3—9 三維組裝圖第四章 總結(jié)與展望多足行走機器人，具有運動穩(wěn)定好，適應(yīng)性強，控制方便的優(yōu)點。在此次設(shè)計的過程中，培養(yǎng)了我的綜合運用所學(xué)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(xué)的專業(yè)知識，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，同時在理解問題，分析問題、設(shè)計機構(gòu)和繪圖能力方面有較大的進步。步行機器人的運動學(xué)和動力學(xué)作為運動控制和其他功能的基礎(chǔ)必然在其以后的研究中起到越來越重要的作用。(2)步行機的能量消耗方面，目前的步行機器人運動時消耗的能量遠遠大于動物做同樣的運動所消耗的能量，這就限制的步行機的應(yīng)用，造成這種情況的主要原因是為實現(xiàn)規(guī)劃的步態(tài)在整個運動過程中具有需要通過驅(qū)動元件對關(guān)節(jié)做負功的情況，被動步行機的研究已在這一方面取得了一定的成果。進一步深入研究功能、控制和群體仿生,提高步行機器人的速度和靈活性,充分實現(xiàn)多足步行機器人的優(yōu)點,是今后研究步行機器人的重點之一。[M].北京:科學(xué)出版社，2004【6】[J].機械與電子，2005（9）:48~51【7】王倩 陳甫 臧希喆 ，哈爾濱150001【8】曾桂英，, 長沙410083【9】[M ].中科技大學(xué)出版社 , 2006121.【10】徐軼群,[D].【11】王新杰，黃濤，[D].【12】郭鴻勛，陳學(xué)東. 六足步行機器人機械系統(tǒng)[D].武漢：【13】安麗橋，[D].上海：上海交通大學(xué). 200602【14】劉靜，趙曉光，[J].中國科學(xué)院自動化研究所復(fù)雜系統(tǒng)與智能科學(xué)實驗室,北京　100080【15】馬東興，王延華，[J].南京航空航天大學(xué)機電學(xué)院，江蘇南京，210016.致 謝畢業(yè)意味著一個人一個階段學(xué)習(xí)生涯的結(jié)束。從大一到現(xiàn)在四年的學(xué)習(xí)四年的磨煉，在此刻沉淀成一篇畢業(yè)論文。從飛思卡爾到論文課題的研究到論文的撰寫，他都給予了大量的幫助和關(guān)心。非常感謝曾給予我耐心指導(dǎo)和親切關(guān)懷的老師及幫助我的同學(xué)，正是由于他們的幫助和鼓勵才使我能夠在畢業(yè)設(shè)計過程中克服種種困難，最終順利完成設(shè)計。再感謝大學(xué)四年的班主任田寶香老師給予我們班級無微不至的關(guān)懷，謝謝，謝謝，衷心的感謝各位老師！ 最后我還要感謝我的家人和朋友在本科階段給我的物質(zhì)上的幫助和精神上的鼓勵