【正文】 揮六足機(jī)器人相對(duì)于輪式機(jī)器人在復(fù)雜地形的行走優(yōu)勢(shì)，交替步態(tài)成為新興的六足機(jī)器人研究的重點(diǎn)。在交替步態(tài)中，各腿的運(yùn)動(dòng)可分為抬升和前進(jìn)兩個(gè)部分。同樣，在該腿觸地時(shí)，也會(huì)給相鄰各腿發(fā)出觸地信號(hào)。 由于各腿等待其相鄰?fù)扔|地的時(shí)間取決于其相鄰?fù)鹊膭?dòng)作及其觸地位置，因而，對(duì)于崎嶇不平的地面而言，這種步態(tài)本身是不可預(yù)測(cè)的。六足仿生機(jī)器人采用六足昆蟲的行走步態(tài),步行時(shí)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(gè)三角架支撐機(jī)體。行走時(shí)機(jī)體向前,并稍向外轉(zhuǎn),3條足同時(shí)行動(dòng),然后再與另一組3條足交替進(jìn)行。機(jī)器人開始運(yùn)動(dòng)時(shí)左側(cè)的2號(hào)腿和右側(cè)的6號(hào)腿抬起,準(zhǔn)備向前擺動(dòng),另外3條腿5處于支撐狀態(tài),支撐機(jī)器人本體確保機(jī)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(jī)器人處于穩(wěn)定狀態(tài)不至于摔倒,見圖2—5a，擺動(dòng)腿6向前跨步,見圖2—5b,支撐腿5一面支撐機(jī)器人本體,一面在小型直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)和皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體,使機(jī)器人機(jī)體向前運(yùn)動(dòng)一個(gè)半步長(zhǎng)S,見圖2—5c。使機(jī)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(zhǔn)備向前跨步,見圖2—5d擺動(dòng)腿5向前跨步,見圖2—5e,支撐腿6此時(shí)一面支撐機(jī)器人本體,一面驅(qū)動(dòng)機(jī)器人機(jī)體使機(jī)器人機(jī)體向前運(yùn)動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)S,見圖2—5f,如此不斷重復(fù)步態(tài)abcdefa,循環(huán)往復(fù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人不斷向前運(yùn)動(dòng)。例如當(dāng)希望機(jī)器人向左轉(zhuǎn)向時(shí),機(jī)器人右側(cè)3支腳運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持不變,左側(cè)3支腳的運(yùn)動(dòng)完全逆向,但是運(yùn)動(dòng)速度與運(yùn)動(dòng)相位差保持不變。軀干縱向長(zhǎng)214mm，寬240mm，站立時(shí)高110mm。后兩個(gè)自由度采用四連桿方式傳動(dòng)。圖2—6六足機(jī)器人機(jī)構(gòu)對(duì)于每條腿，按照由軀干到足端的順序，三個(gè)自由度的傳動(dòng)方式如下：第一個(gè)自由度，由舵機(jī)直接帶動(dòng)轉(zhuǎn)節(jié)前后擺動(dòng)，從而使整條腿前后擺動(dòng)。第三個(gè)自由度，由舵機(jī)通過四桿機(jī)構(gòu)A1B1C1D1和D1E1F1G，帶動(dòng)脛節(jié)GH上下擺動(dòng)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2–8 a)所示。機(jī)器人腿部完整的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2–9所示。圖2—7 股節(jié)機(jī)構(gòu)圖2—8 脛節(jié)機(jī)構(gòu)圖2—9 腿部完整機(jī)構(gòu)腿部機(jī)構(gòu)可以等效成三自由度的開式桿機(jī)構(gòu)，即圖OO1－D1－G－H，即圖2–9中實(shí)線部分所示。 舵機(jī)概述 舵機(jī)主要是由外殼、電路板、核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測(cè)器所構(gòu)成。位置檢測(cè)器其實(shí)就是可變電阻，當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電阻值也會(huì)隨之改變，藉由檢測(cè)電阻值便可知轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。依據(jù)物理學(xué)原理，物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與質(zhì)量成正比，因此要轉(zhuǎn)動(dòng)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(biāo)系的建立對(duì)圖2–9中實(shí)線部分的機(jī)構(gòu)建立DH坐標(biāo)系，如圖2–11所示。根據(jù)圖2–5的坐標(biāo)系可以由、和得到如式所示齊次坐標(biāo)變換矩陣：在六足機(jī)器人足端與地面不發(fā)生滑動(dòng)摩擦的情況下，足端與地面的接觸點(diǎn)相當(dāng)于一個(gè)球鉸鏈，而對(duì)于每條腿有3個(gè)自由度的多足機(jī)器人，當(dāng)與地面接觸的支撐腿大于等于3個(gè)時(shí)，其軀干具有完全的6個(gè)自由度（位置、姿態(tài)完全自由）。由此方程組可以解得各個(gè)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(shí)線部分機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角。這樣，對(duì)應(yīng)每個(gè)末端位置，其運(yùn)動(dòng)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(shí)體造型不僅可以提供幾何拓?fù)湫畔?，而且可包含模型的材料、質(zhì)量、質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等物理信息，因此三維實(shí)體造型件己經(jīng)成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)師鐘愛的使用工具。相比其它造型軟件，Solidworks價(jià)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(biāo)準(zhǔn)，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(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。使用這套簡(jiǎn)單易學(xué)的工具，機(jī)械設(shè)計(jì)工程師能快速、方便地按照其設(shè)計(jì)思想繪制出草圖及三維實(shí)體模型。根據(jù)各零件間的相互裝配關(guān)系，可快速實(shí)現(xiàn)零部件的裝配，完成總體設(shè)計(jì)任務(wù)。 Solidworks 功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點(diǎn)，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(qiáng)大的功能，同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來說，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。共采用18個(gè)舵機(jī)。當(dāng)然，由于采用三角步態(tài)運(yùn)動(dòng)，3個(gè)腿的運(yùn)動(dòng)相同，可以采用2個(gè)舵機(jī)控制6條腿的跨腿動(dòng)作，所以可以節(jié)省4個(gè)舵機(jī)。3—2 FGH腿部機(jī)構(gòu)圖底部采用半圓頭，適應(yīng)性強(qiáng)，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(jī)通過四桿機(jī)構(gòu)A1B1C1D1和D1E1F1G，帶動(dòng)脛節(jié)GH擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)左右搖擺運(yùn)動(dòng)。第二個(gè)自由度，由舵機(jī)通過一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)A2B2C2D2，帶動(dòng)股節(jié)D2G上下擺動(dòng)，第三個(gè)自由度，由舵機(jī)通過四桿機(jī)構(gòu)A1B1C1D1和D1E1F1G，帶動(dòng)脛節(jié)GH擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)左右搖擺運(yùn)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)。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(shí)現(xiàn)。3—9 三維組裝圖第四章 總結(jié)與展望多足行走機(jī)器人，具有運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定好，適應(yīng)性強(qiáng)，控制方便的優(yōu)點(diǎn)。在此次設(shè)計(jì)的過程中，培養(yǎng)了我的綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，分析和解決實(shí)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(shí)，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(shí)在理解問題，分析問題、設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)和繪圖能力方面有較大的進(jìn)步。步行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)作為運(yùn)動(dòng)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(jī)的能量消耗方面，目前的步行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)消耗的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于動(dòng)物做同樣的運(yùn)動(dòng)所消耗的能量，這就限制的步行機(jī)的應(yīng)用，造成這種情況的主要原因是為實(shí)現(xiàn)規(guī)劃的步態(tài)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中具有需要通過驅(qū)動(dòng)元件對(duì)關(guān)節(jié)做負(fù)功的情況，被動(dòng)步行機(jī)的研究已在這一方面取得了一定的成果。進(jìn)一步深入研究功能、控制和群體仿生,提高步行機(jī)器人的速度和靈活性,充分實(shí)現(xiàn)多足步行機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn),是今后研究步行機(jī)器人的重點(diǎn)之一。[M].北京:科學(xué)出版社，2004【6】[J].機(jī)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(zhǎng)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(jī)器人機(jī)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(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所復(fù)雜系統(tǒng)與智能科學(xué)實(shí)驗(yàn)室,北京　100080【15】馬東興，王延華，[J].南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇南京，210016.致 謝畢業(yè)意味著一個(gè)人一個(gè)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(lì)才使我能夠在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中克服種種困難，最終順利完成設(shè)計(jì)。再感謝大學(xué)四年的班主任田寶香老師給予我們班級(jí)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(lì)和關(guān)