多足机器人行走机构设计(论文)

高职学生毕业设计题目：多足机器人行走机构设计

学院: 机械自动化学院

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摘要

本文旨在设计一种能够实现灵活、全方位运动的机器人的行走机构。本文设计的多足步行机器人具有冗余驱动、运动拓扑的特点。为实现其步行全方位机动性及作业多功能性，需要解决一系列的技术问题，而结构设计是其中的关键。

首先，对于国内外机器人的发展现状进行阐述和比较，并分析了多足机器人的研究趋势；接着，从机构自由度入手，明确设计思路，确定行走机构结构，对主要零件、构件进行设计，分析机构的受力情况，找出较危险的零件，并对其强度进行校核。最后,初步研究了机器人的行动方式，拟定了简单的步态规划方案，规划了机器人直线行走步态、定点转弯步态。

关键词：多足机器人；机构自由度；行走机构；机构设计

Abstract

This paper aims to design a travelling mechanism of a flexible and omnibearing motorial robot. The multiped walking robot referred to this paper has the characteristics of redandant drive and topological motion. In order to achieve its omnibearing walking mobility and working polyfunctionality, a series of technique questions need to resolved, of which the structural design is the key point.

Firstly, the paper states the current situation of the robots development and compares the differences of the robots both domestic and overseas. Moreover ,it analyses the research trend of multiped robots. Secondly, it make clear of the designing ideas and confirm the travelling mechanism in terms of the structural variance,as well as designing the major parts and constuctional elements. Besides ,it analyses the stress state of the mechanism,trying to find out the rather dangerous parts and checking their intensity. Finally, it initially research the walking patterns of the robots and make out a simple tread program, which plans out the robot tread of linear walking and fixed point swerving.

Keyword：Multiped robot;Degree of freedom;travelling mechanism;Mechanical design

目录

第一章绪论 (1)

1.1 引言 (1)

1.2国内外多足机器人发展概况 (1)

1.3 多足机器人研究发展趋势 (3)

第二章多足机器人行走机构的设计及校核 (5)

2.1 多足机器人行走机构结构的拟定 (5)

2.2 重要组件的设计及校核 (6)

2.2.1 重要组件的选定 (6)

2.2.2 圆柱凸轮的设计 (7)

2.2.3 凸轮滚子轴的强度校核 (7)

第三章其它部分设计 (9)

3.1 电机和减速器的选用 (9)

3.2 机器人步态初步规划 (9)

设计总结 (11)

参考文献 (12)

致谢 (13)

第一章绪论

1.1 引言

步行机器人是模仿动物的运动形式，采用腿式结构来完成多种移动功能的一类特种机起人。参照工业机器人的标准定义，可以把步行机器人理解为“一种由计算机控制的用足机构推进的地面移动装置”以区别于行走式机械玩具及固定行走模式的机械装置。通常足数多于或等于四的步行机器人称为多足步行机器人，该类机器人能够在不平的路面上稳定地行走，可以取代轮式车完成在一些复杂环境中的运输作业，因此多足步行机器人在军事运输及探测、矿山开采、水下建筑、核工业、星球探测、农业及森林采伐、教育、艺术及娱乐等许多行业有着非常广阔的应用前景。长期以来，多足步行机器人技术一直是国内外机器人领域研究的热点之一。为了探索多足步行机器人技术的研究前沿，给我国多足步行机器人工程实用化开发提供关键技术的支持，开展多足步行机器人相关理论和技术的研究具有十分重要的科学意义和应用价值。

1.2 国内外多足机器人发展概况

多足步行车最早可以追溯到中国古代的“木牛流马”。Muybridge在1899年用连续摄影的方法研究动物的行走，则是人们研究多足机器人步态的开端。

二十世纪六十年代，机器人技术的研究进入了以机械和液压控制实现运动的发展阶段。美国的Shigley( 1960年)和Baldwin(1966年)就使用凸轮连杆机构设计出比轮式车或履带车更为灵活的步行机。这一阶段比较典型的是美国的Mosher于1968年设计的四足车"Walking Truck"（如图1所示）[1]，步行车的四条腿由液压伺服马达系统驱动，安装在驾驶员手臂和脚上的位置传感器完成位置检测功能。虽然整机操作比较费力，但实现了步行及爬越障碍的功能，被视为是现代步行机发展史上的一个里程碑。从步态规划及控制的角度来说，这种要人跟随操纵的步行机并没有体现步行机器人的实质性意义，只能算作是人操作的机械移动装置。