球—轮复合可变形机器人的结构设计与分析

合集下载

轮足混合式消防机器人的结构设计与分析

轮足混合式消防机器人的结构设计与分析0 引言随着社会经济的发展以及大型石油化工企业和隧道、地铁等建设项目的不断增加，危险化学品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸、坍塌事故也在增多。

特别是一些特殊的企业发生的火灾，如化工企业、纺织企业等，具有突发性强、燃烧猛烈等特点，并且火灾过程中会产生大量的有毒气体，严重地危害周围群众和救灾人员的生命安全。

因此，研发成本低、功能强、经济实用的消防灭火机器人具有重要意义。

最早的消防机器人是1986年日本东京消防厅“彩虹5号”机器人，可代替消防人员进入复杂地形灭火。

2006年，由挪威科学家研制出一种蛇形消防机器人，进入消防救援人员无法进入的场所实施灭火工作。

2008年，由德国马格德堡一施腾达尔大学设计开发了一种球形新型消防机器人“甲虫奥勒（OLE）”，可以用来监测森林火灾。

在2012年美国HoweandHowe Techonologies公司开发了一款消防机器人Thmite，可解决列车脱轨事故中由核燃料和化学燃料产生的火灾。

近年来，我国的消防机器人研究得到了政府和有关部门的支持，如西北工业大学彭涛提出一种高空消防机器人模糊控制设计方案，但其移动速度和材料制备都有很大的难度。

南京林业大学的姜树海设计了一种用于森林消防的六足机器人，但在其运动过程中关节力矩过大会对驱动电机造成一定程度的损害。

上海交通大学机器人研究所的徐正飞提出集火场探测、消防以及有毒、易燃、易爆气体场所探测等多种功能于一体的遥控关节式移动机器人控制系统，但目前仍停留于理论研究。

综合国内外消防机器人的研究现状，发现目前对于老旧楼道、狭窄隧道的火灾问题仍处于理论研究状态，无法有效地对火灾进行扑灭。

针对此问题，本文设计了一种可在四驱轮式和双足步态行走自由切换，并可实现全方位喷射的消防机器人。

首先对机器整体结构进行设计分析。

其次，对主要零部件进行SolidWorks建模仿真分析，采用MATLAB/Simulink对行走装置进行振动仿真分析。

球形轮足复合式机器人设计与步态控制

球形轮足复合式机器人设计与步态控制球形轮足复合式机器人设计与步态控制摘要：球形轮足复合式机器人是一种新型的移动机器人，其结合了球形轮和足式驱动系统的优点，在多种环境下具有较好的机动性能和稳定性。

本文将介绍球形轮足复合式机器人的设计原理和步态控制方法，以及其应用前景。

1. 引言球形轮足复合式机器人是近年来兴起的一种新型机器人，它采用了球形轮和足式驱动系统，结合了二者的优点。

球形轮可以实现全向移动，而足式驱动系统则具有较好的机动性和稳定性。

因此，球形轮足复合式机器人在工业生产、救援任务和空间探索等领域具有广泛的应用前景。

2. 设计原理球形轮足复合式机器人的设计原理是将球形轮和足式驱动系统结合起来，实现多种移动方式。

球形轮由若干个轮子组成，这些轮子可以分别转动，使得机器人可以在任意方向上前进、后退、左移、右移和旋转。

足式驱动系统则用于机器人的四肢，通过调节步态和行走方式实现机器人的更加灵活的移动。

3. 步态控制方法为了实现球形轮足复合式机器人的步态控制，需要设计合适的算法和控制策略。

一种常用的方法是基于动力学模型的步态规划和控制方法。

这种方法可以通过对机器人的运动学和动力学特性建模，利用最优控制理论来规划和控制机器人的步态，使得机器人能够在不同环境中实现稳定的移动。

4. 应用前景球形轮足复合式机器人具有广泛的应用前景。

在工业生产领域，它可以被应用于物料搬运、装配和焊接等任务，提高生产效率和安全性。

在救援任务中，球形轮足复合式机器人可以在复杂的地形和环境下进行探测和搜救，减少人员的风险。

在空间探索领域，机器人可以用于行星表面的勘测和探索，为人类的空间探索工作提供支持。

5. 结论球形轮足复合式机器人是一种拥有较好机动性和稳定性的移动机器人，它结合了球形轮和足式驱动系统的优点。

通过恰当的设计原理和步态控制方法，球形轮足复合式机器人可以在多种环境中实现稳定的移动和操作。

它的广泛应用前景使得它成为移动机器人领域的研究热点，有望在工业、救援和空间探索等领域发挥重要作用。

毕业设计(论文)开题报告-轮足复合式机器人的设计与研究

毕业设计（论文）开题报告-轮足复合式机器人的设计与研究北京交通大学海滨学院毕业设计(论文)开题报告姓名学号专业轮足复合式机器人的设计与研究设计(论文)题目1. 毕业设计(论文)的目的及意义(含国内外的研究现状分析):轮足复合式机器人是一种能够通过内、外传感器反馈信息感知环境及自身状态, 实现在有障碍物的环境中自主运动, 从而完成一定功能或任务的机器人系统。

目前已广泛运用于野外考察、地震救灾、环境检测、娱乐生活等诸多行业，在安全、军事、生活以及科学研究中扮演着越来越重要角色。

其中轮足式机器人结构简单，容易实现，具有移动速度快、转向性能好、行走效率高等特点。

但同时适应地形和避障的能力差。

轮足式机器人对地形的适应能力较好，可以跨越障碍物、台阶等，但运动间歇大，速度慢。

随着轮足复合式机器人的不断开发和应用范围的扩展，未来会在更多复杂且未知的环境中工作。

仅仅依靠轮式或者足式的机器人已无法完全适应工作环境的复杂性和多样性了。

为了配合对轮、足式机器人性能要求的逐渐提高，相继问世了许多复合式的移动机构，其中轮足式复合式机器人就融合了轮式足式机器人的特点。

既可以保证在平坦地面的移动效率又具有了良好的跨越障碍的能力。

但当轮足复合式机器人采用足式的方式行走时目前在技术上还存在许多困难，然而在自然界中存在的多足昆虫则可以通过它们长期进化得到的复杂且精妙的肢体结构和灵活的的运动方式，容易地通过了各种复杂的自然地形，甚至能在光滑的表面上倒立行走。

因此，将多足昆虫的行为学研究成果，融入到移动机器人的结构设计与控制中，开发具有卓越移动能力的轮足式复合式机器人，对于足式复合式机器人技术的研究与应用都具有重要的理论和现实意义。

2. 基本内容和技术方案:本文的设计目标是设计一种轮足式复合机器人。

该机器人结合了轮式机器人和足式机器人的具多优点，能够在不同的底面实现考察，检测等等功用。

其研究内容包括: (1)功能分析与方案设计;(2)结构设计与三维造型;(3)运动仿真;(4)控制系统设计。

一种载人球形机器人的机构设计及动态分析

一种载人球形机器人的机构设计及动态分析摘要:通过对当前为满足各钟特殊环境下的需求而提出的球形机器人的深入研究,提出了一种具有载人能力的球形机器人,确定了其运动机构方案和结构设计方案,通过UG对该机构进行三维建模并在Ansys中构建系统的模型,对该系统进行仿真分析,对载人球形机器人结构设计优化,为球形机器人整体的设计、模拟仿真及其制造提供参考。

针对目前对球形机器人无载人性能这一特点,设计提出了具有转向性的载人球形机器人,在各种特殊环境下具有很大实际应用价值。

关键词:载人球形机器人运动仿真有限元分析UG/ADAMS 软件应用具有球星外形的自主移动交通工具有很长的历史,近期发展已经说明了它在不同环境下的各种应用,包括航海的,室内的,室外的,军事方面和行星探险[1]。

相比较而言,传统的足式机器人虽然运动灵活但运动速度低,耗能大,承载力小而且控制系统复杂;轮式的移动速度快,承载力大,耗能小,但在某些特殊环境下难以运用,如球体如果它的半径较大的话可以滚过一定的障碍物和沟渠,可以适应非常恶劣的环境。

球形机器人外部一个球形的壳体,与地面及外界物体始终为点接触,从而使其在转向时转弯半径非常小,摩擦阻力小、能耗低、环保节能,并且与外界物体碰撞时的抗冲击性和安全性极高。

球形机器人在运动时,与接触面发生近似点接触,所以它的稳定性比较差。

它的原理是通过改变机器人的重心来实现在平面上的滚动,那么更有效的控制它的重心改变来提高稳定性和它的运动控制性问题。

目前,国内外对球形机器人的设计研究基本上还处在初级阶段,也有一些研究单位设计研制了一些球形机器人但大多数是比较小尺寸的,里边搭载各种仪器,相对于载人的,大尺寸的球形机器人的研制目前基本上很少;该结构设计最大程度的使得平台上空间分布合理实现载人的条件。

哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室的赵勃等人,将传统的偏心质量块驱动方式进行了改进,研制了一种双偏心质量块驱动的球形机器人,双偏心质量块驱动的球形机器人这种改进的双偏心质量块驱动方式使机器人具有更快的移动速度,更灵活的转向能力,但将机器人的横滚角度限制在了一定的范围,机器人不具有全方位滚动能力;Spherical Mobile RobotAarne Halme等人在1996年研制出了第一台具有真正意义上的球形运动机构由电机驱动驱动轮在球壳内滚动,通过改变系统的重心来实现球体的滚动这种设计实现了球体的运动,但由于采用单轮驱动的固有的局限性,它无法实现球形机器人的全向滚动,本文巧妙的利用两个辅助轮速度的改变使得重心左右位移使得在一定的范围内实现转弯功能;Amir Homayoun Javadi A.和Puyan Mojabi在2002年开发了一种全方位球形运动机器人,由一台步进电机通过丝杠驱动一个配重块沿轮幅方向来回移动通过改变轮幅上的配重的位置来驱动系统的运动这种设计也基本上实现了球体的全向滚动p如图1所示,该球形机器人由球壳,位于球壳内的底部平板架的和位于平板架的和球壳之间的推进装置组成,平板架上装置有电源和座位及控制装置,推进装置是由连接于平台上的三个小轮组成,每个小轮上各有一个驱动电机,分别与球壳内部形成点接触。

仿生小型两栖球形机器人结构设计及多机系统特性评价

仿生小型两栖球形机器人结构设计及多机系统特性评价摘要：随着科技的不断发展，越来越多的仿生机器人被研制出来，仿生小型两栖球形机器人也是其中一种。

本文从机器人的结构设计和多机系统特性两个方面分别进行探讨和分析。

首先，对于机器人的结构设计，本文提出了一种基于一体化设计思想和仿生学原理的结构设计方案，该方案采用了轮子和水下蛙蹼的结合方式，能够实现在陆地和水中的良好适应性。

在多机系统特性方面，本文分析了不同环境下多机器人协作系统所表现出的特性，以及不同策略对系统性能的影响。

综合本文的分析结果，考虑到仿生小型两栖球形机器人具有优异的适应性和协作系统的极大优势，未来能够应用于许多领域，如海洋探索、救援行动、工程建设等。

关键词：仿生机器人；球形机器人；结构设计；多机系统特性；适应性；协作系统正文：1. 引言仿生机器人作为一种结合机器人和生物学的研究领域，已经成为近年来备受关注的话题。

仿生机器人不仅有着丰富的科研价值，而且还能够被应用到不同的领域中。

目前，球形机器人已经成为一种受到研究者们广泛关注的多功能仿生机器人。

2. 仿生小型两栖球形机器人结构设计2.1 设计思路本文提出了一种基于一体化设计思想和仿生学原理的仿生小型两栖球形机器人结构设计方案，该方案采用了轮子和水下蛙蹼的结合方式。

2.2 结构设计在该方案中，机器人表面装有数个球体，这些球体可以帮助机器人在水中实现平衡和稳定。

机器人背部安装有用于控制运动方向的水下蛙蹼。

同时，机器人还配备有几个轮子，可以在陆地上平稳移动。

为了保证机器人在不同环境下的适应性，机器人重心位置可以根据环境变化，自动调整到最佳位置。

此外，为了达到球形机器人在水中的优秀稳定性，机器人表面还应该涂上一层防水涂料，最好是一种具有低摩擦力的涂层。

3. 多机系统特性评价3.1 多机系统特性分析不同环境下多机器人协作系统所表现出的特性与单机系统有很大区别，例如在水中，一组球形机器人可以紧密合作，实现对目标区域的快速探索和搜索。

轮履复合式机器人的设计与实现

文章编号：１００１ —２２６５（２０１５）０７— ００１５— ０４
ＤＯＩ：１０．１３４６２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｍｍｔａｍｔ．２０１５．０７．００５
轮履复合式机器人的设计与实现术
田海波，马宏伟，张一澍，尚万峰
（西安科技大学机械工程学院，西安７１００５４）
摘要：复合变结构的移动机器人具有更强的非结构化地形适应性。结合变胞机构理论，提出了一种轮履复合式机器人的结构。它可以按照环境要求变为轮式或履带式移动机器人，利用车轮实现高速远距离运动，而用履带来适应复杂地形，也可以轮履并用来跨越障碍。研究了机器人系统的总体结构，设计了其机械结构和控制系统，并制作完成了样机。试验表明，样机能够按照轮式和履带式模式运动，并顺利完成模式转换，具有较强的环境适应能力。
ｉｅｆｌｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ．Ａｗｈｅｅ１．仃ａｃｋｅｄｒｏｂｏｔｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｈｒｏｕｇｈｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃｍｅｃｈａｎｉｓｍｔｈｅｏｒｙ．ＩｔＣｎａｂｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｔｏａｗｈｅｅｌｅｄｏｒｒａｔｃｋｅｄｒｏｂｏｔａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｉｔｃａｎｍｏｖｅ

球形关节型仿人机器人的设计与控制技术研究

球形关节型仿人机器人的设计与控制技术研究一、绪论球形关节型仿人机器人是模拟人类上肢及其手部结构的一种机器人，它能够执行复杂的物理操作并具有较高的精度和稳定性。

目前，球形关节型仿人机器人的设计已经广泛应用于制造、医疗、教育等领域，成为现代机器人技术应用中的重要方向之一。

本文主要研究球形关节型仿人机器人的设计和控制技术。

二、球形关节型仿人机器人的结构设计1. 机器人结构简介球形关节型仿人机器人是一种基于人体肢体结构的仿生机器人。

它的机械结构类似于人类肩、肘、手腕等关节，可以模拟人类的上肢动作，实现复杂的机械手控制。

球形关节型机器人主要包括手臂、肩关节、驱动器、传感器、控制器等部件。

手臂的长度和形状可以根据具体需求进行调整，肩关节通常采用球形关节结构，可以实现全方位的旋转与运动。

驱动器负责控制机械臂的运动，传感器主要用于监测机器人的位置、方向和姿态，控制器则负责对机器人进行控制。

2. 机器人结构设计思路球形关节型仿人机器人的结构设计要符合人体工程学原理，使其更符合人体运动和力学特性。

具体设计时需要考虑以下几个方面：（1）机器人的机械臂应该是柔性和轻便的，以便机器人的手部可以更加自由地进行操作和运动。

（2）肩关节采用球形关节结构，可以实现全方位的旋转和运动，以实现更多的动作和姿态变化。

（3）机器人的手部需要采用类人手的结构，具有多个活动关节和足够的灵活性，以便机器人可以进行更复杂的操作。

（4）机械结构的设计需要考虑磨损和可靠性，以确保机器人长期运行的稳定性。

三、球形关节型仿人机器人的控制技术1. 机器人位置控制机器人的位置控制是控制机械臂运动的最基本控制模式。

目前常见的位置控制方法包括PID控制器、改进的PID控制器和神经网络控制器等。

PID控制器是最基本的控制器，它可以根据机器人的实际位置和期望位置之间的差距来计算控制输入信号，从而实现位置调整。

改进的PID控制器采用了模糊逻辑控制和遗传算法等优化技术，使机器人位置控制更加高效和精确。

可变型机器人

可变型机器人随着机器人的发展，机器人可以执行多种任务，这对机器人本身的运动灵活性和环境适应性提出更高的要求。

设计一种将球形机器人与轮式机器人运动特点相结合的可变形移动机器人，该机器人可以适应多种复杂的工作环境，自身几何形状变化以实现球形机器人与轮式互换。

球轮复合机器人的机构系统由可变型球壳，球体推进装置和轮式推进装置组成，通过对可变球壳的拉伸和收缩实现球轮机器人的角色互换。

运用理论推导的方式对球轮复合型移动机器人中变形球壳、车轮、和驱动重摆的结构进行分析，并通过仿真试验模拟了机器人的形变，验证了机构参数选择的合理性，为改复合型移动机器人的机构的设计提供了理轮依据。

最后通过实物实验验证了该可移动机器人的可行性关键词：移动机器人球-轮复合可变形机器人角色互换环境适应实验验证Abstract: With the development of the robot technology, deformable composite the robot, has been developed and applied widely and rapidly. The mobile robot can adapt to a variety of complex terrain environment, its shape changes to achieve the spherical and wheeled robot mechanism system swap, ball - wheel compound mobile robot consists of a deformable spherical shell, the ball pushing device and wheel driving device, through the extension and contraction of deformable spherical shell realize role transformation between spherical and wheeled robot, using theoretical derivation and parameter optimization methods on the deformation of spherical shell ball wheel composite type of mobile robot, wheel and driving structure size set are analyzed, and the simulation tests to verify the rationality of the dimensional parameters selection, and provides a theoretical basis for the design of the composite type mobile robot mechanism. Finally, through the real experiments confirmed the feasibility of the mobile robot.Keyword: Mobile robot .The ball - wheel Composite Reconfigurable Robot Role reversal Environmental adaptation Experimental verification。

《轮足复合球形机器人的设计及运动控制研究》

《轮足复合球形机器人的设计及运动控制研究》篇一一、引言随着科技的发展，机器人技术日益成熟，其中球形机器人因其在复杂环境中的灵活性和适应性，得到了广泛的关注和应用。

本文重点研究了轮足复合球形机器人的设计及其运动控制技术，通过优化设计和先进的控制算法，使机器人能够适应更多的应用场景。

二、轮足复合球形机器人的设计1. 结构设计轮足复合球形机器人采用独特的结构设计，将轮式和足式运动方式相结合。

该结构包括一个球形主体，其上安装有多个可旋转的轮足单元。

每个轮足单元均可独立进行运动控制，实现复杂的移动模式。

2. 材质选择为了确保机器人在各种复杂环境下稳定运行，我们选用了轻质且耐用的材料作为主要构件。

同时，为了确保机器人能够在光滑或粗糙的地面上稳定运动，我们还特别考虑了材料的摩擦性能。

3. 动力系统设计动力系统是轮足复合球形机器人的核心部分。

我们采用了高效的动力传递系统，将电机产生的动力传递到每个轮足单元。

同时，我们还设计了一套电池管理系统，确保机器人能够在长时间内稳定运行。

三、运动控制研究1. 运动模式研究轮足复合球形机器人具有多种运动模式，包括轮式运动、足式运动以及混合式运动。

我们研究了不同运动模式下的运动学和动力学特性，通过优化算法，实现了不同模式间的平滑切换。

2. 控制算法研究为了实现精确的运动控制，我们研究了一系列先进的控制算法。

包括基于PID控制的轮式运动控制算法、基于优化算法的足式运动控制算法以及混合式运动的协同控制算法等。

这些算法在实现精确控制的同时，也提高了机器人的运行效率和稳定性。

四、实验与分析我们通过一系列实验验证了轮足复合球形机器人的性能。

实验结果表明，该机器人具有较高的运动灵活性和适应性，能够在复杂环境中稳定运行。

同时，我们的控制算法也实现了精确的运动控制，提高了机器人的运行效率和稳定性。

五、结论与展望本文研究了轮足复合球形机器人的设计及运动控制技术。

通过优化设计和先进的控制算法，我们成功开发出了一种具有高灵活性和适应性的机器人。

双驱动球形机器人的结构设计与分析

第37卷第3期2021年3月福建电脑Journal of F ujian ComputerVol.37No.3Mar.2021双驱动球形机器人的结构设计与分析郑祝堂(厦门城市职业学院福建厦门361008)摘要本文设计了一种球形机器人，它是通过重心驱动和角动量驱动来实现球体的滚动。

机器人的动力部分主要由两个驱动电机和一个转向电机组成，三个电机处于同一水平面上。

通过两个驱动电机实现了球形机器人前后向的运动，通过转向电机实现左右转向，包括原地的自转。

关键词球形机器人；全向运动；双驱动中图法分类号TP399D0I:10.16707/ki.fjpc.2021.03.012Structure Design and Analysis of Dual-Drive Spherical RobotZHENG Zhutang(Xiamen City University,Xiamen,China,361008)Abstract In this paper,a spherical robot is designed,which is driven by the center of gravity and angular momentum to achieve the rolling of the ball.The power part of the robot is mainly composed of two driving motors and a steering motor.The three motors are on the same horizontal plane.The forward and backward motion of the spherical robot is realized by two driving motors,and the left and right steering is realized by the steering motor,including the rotation in place.Keywords Spherical Robot;Omnidirectional Movement;Dual-drive1引言球形机器人是近年来岀现的一种新型机器人机构，是一类将驱动装置和控制部件都内置到球壳内、利用外球壳作为滚动装置的移动机器人。

轮履复合式机器人的结构设计与越障性能研究

2023年第47卷第9期Journal of Mechanical Transmission轮履复合式机器人的结构设计与越障性能研究赵佳辉1,3陈明惠1梁志远2,3李清都3（1 上海理工大学健康科学与工程学院，上海200082）（2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200082）（3 上海理工大学机器智能研究院，上海200082）摘要为了稳定发挥轮履复合式机器人的最佳越障性能，研制了一种能够根据环境切换多种运动模式的新型轮履复合式机器人。

该机器人可以通过独立旋转机体和摆臂切换直立运动和履带运动模式，同时可以通过摆臂的转动大幅度地调节机器人的重心位置，具有较好的越障性能。

在对机器人进行步态规划和运动机理分析的基础上，对跨越台阶这种典型运动过程进行了运动学和动力学分析，验证了机器人模式切换的可行性，并计算得到了机器人能够攀爬的台阶高度的最大理论值。

最后，根据计算获得的理论数值，利用仿真软件对机器人台阶攀爬过程进行仿真，验证了计算数值的准确性和机器人的越障性能。

关键词轮履复合式机器人越障性能运动学动力学Structural Design and Obstacle-surmounting Performance Research of Wheel-track Hybrid RobotsZhao Jiahui1,3Chen Minghui1Liang Zhiyuan2,3Li Qingdu3(1 School of Health Science and Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200082, China)(2 School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200082, China)(3 Institute of Machine Intelligence, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200082, China)Abstract In order to stably exert the best obstacle-surmounting performance of the wheel-track com⁃pound robot, a new wheel-track compound robot that can switch multiple motion modes according to the environ⁃ment is developed. The robot can switch between the upright motion and the crawler motion mode, and the posi⁃tion of the center of gravity of the robot can be greatly adjusted by the rotation of the swing arm, which has better obstacle-surmounting performance. On the basis of gait planning and motion mechanism analysis of the robot, kinematics and dynamics analysis of the typical step crossing motion process are carried out, which verifies the feasibility of the robot mode switching, and calculates the maximum theoretical value of the step height that the robot can climb. Finally, using the simulation software, according to the theoretical values obtained by the calcu⁃lation, the simulation test of the robot´s step climbing process is carried out. The results verify the accuracy of the calculated values and the obstacle-surmounting performance of the robot.Key words Wheel-track hybrid robot Obstacle-surmounting performance Kinematics Dynamics0 引言每年，各种灾害都会造成严重的人员伤亡和经济损失，许多灾害会产生相对复杂的地形或者产生救援人员无法直接进入的放射性、生物和化学环境，在这些环境里开展救援任务具有很大的危险性；同时，复杂的地形也会阻碍救援的有效进行。

轮足复合式机器人设计

摘要轮足复合式机器人是高科技产品的典型，是人们设置指定的程序通过中控系统实现机器人横移、越障或爬坡，跨沟、转弯等多种功能的高科技智能化产品。

它可代替人类在某些领域力所不能及的地方实现特定的任务和功能，能在有害环境下代替人类工作，侦查，排险等，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

本文主要进行了轮足复合式机器人的总体结构设计和控制系统设计。

轮足复合式机器人的机械结构由直流电机、编码器和短臂、长臂、轮子等部分组成，可按预定程序运动，实现横移、越障、爬坡、跨沟、转弯等功能。

控制系统部分的设计主要是选择合适的PLC中控系统，设计合理的PLC控制流程图，通过中控系统调节各个直流电机的转速来使轮足复合式机器人实现移动，爬坡，拐弯，越障等功能。

关键词：轮足复合式机器人；智能化；控制系统；越障ABSTRACTPneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a Plc reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.Key word: pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop；Four degrees of freedom目录摘要 (i)ABSTRACT............................................................................................................. i i 目录 ..................................................................................................................... i ii 1绪论 .. (1)1.1课题的来源与研究的目的和意义 (2)1.2 轮足式复合机器人的研究现状 (4)1.2.1 轮足式复合机器人的结构的研究现状 (5)1.2.2 轮足式复合机器人控制系统的研究现状 (7)1.3本课题研究的内容 (9)2 轮足复合式机器人总体方案结构的设计 (12)2.1 轮足复合式机器人的总体方案图 (12)2.2 轮足的布置形式 (14)2.3 轮足的结构方案 (14)2.4越障机构的设计 (14)2.5 轮足的布置形式 (14)2.6越障机构的设计 (14)3 驱动装置的设计 (18)3.1车轮电机的选型计算 (20)3.2离合器的选型计算 (20)3.3轴承的选型计算 (20)3.4平键的选型计算 (20)4 轮足复合式机器人的三维结构设计 (21)4.1 Solidworks设计基础 (21)4.1.2 草图绘制 (21)4.1.3 基准特征，参考几何体的创建 (21)4.1.4 拉伸、旋转、扫描和放样特征建 (22)4.4.4 工程图的设计 (22)4.4.5 装配设计 (22)4.2轮子电机的三维建模 (22)4.3轮足组件的三维建模 (23)4.4短臂的三维建模 (24)4.5轮足复合式机器人的三维建模 (24)4.6三维软件设计总结 (25)结论 (219)致谢 (26)参考文献 (27)附录一 (32)附录二 (36)1绪论随着人类探索自然界步伐的不断加速，各应用领域对具有复杂环境自主移动能力机器人的需求，日趋广泛而深入。

机器人结构设计说明

机器人结构设计说明一、引言机器人是一种能够执行一些任务或者活动的多功能自动机械设备，能够为人类提供各种各样的服务。

机器人的结构设计决定了其功能和性能是否能够得到有效发挥。

本文将对机器人结构设计进行详细说明。

二、机器人结构设计原则1.结构合理性：机器人的结构设计应合理、简洁、稳定，能够有效地支撑并完成所需任务。

2.功能完整性：机器人的结构设计应满足所需的各项功能，例如机械臂的灵活性、机器人头部传感器的准确性等。

3.模块化设计：机器人的结构设计应采用模块化的方式，可以将其拆分为单独的组件，便于生产制造、维修和升级。

4.可定制性：机器人的结构设计应允许用户根据具体需求进行个性定制，使用者可以根据实际情况调整机器人的结构和参数。

三、机器人结构设计要素1.机械臂设计：机械臂是机器人的重要组成部分，其结构设计应考虑到其灵活性、刚度和载荷能力。

同时，机械臂的关节设计也应尽量减少能量损耗，并具备较高的稳定性。

2.轮式和足式移动系统设计：机器人的移动系统设计应考虑到地面环境、工作场所的特点以及机器人所需移动的速度和精度。

轮式和足式移动系统各有优势，需要根据具体应用场景选择合适的设计。

3.电子控制系统设计：电子控制系统是机器人的神经中枢，其设计应考虑到各个部件的连接和控制方式，确保机器人能够准确地执行任务。

4.传感器系统设计：传感器系统是机器人的感知器官，其设计应包括各类传感器的选择和布局，以获取所需的环境信息。

传感器系统的设计应准确、稳定，并具备较高的灵敏度和抗干扰能力。

四、机器人结构设计步骤1.明确机器人的任务和功能需求；2.根据机器人的功能需求，确定机器人的骨架结构；3.根据机器人的骨架结构，设计机械臂和移动系统；4.设计电子控制系统和传感器系统，并与机械结构相结合；5.进行机器人结构的整体组装和测试；6.对机器人结构的功能和性能进行评估和改进。

五、机器人结构设计案例以家庭服务机器人为例，其结构设计包括机械结构、电子控制系统和传感器系统等。

《轮足复合球形机器人的设计及运动控制研究》

《轮足复合球形机器人的设计及运动控制研究》篇一一、引言随着科技的发展和人们对于未知领域探索需求的提升，机器人的形态和应用场景不断拓宽。

其中，轮足复合球形机器人作为一种新型的移动平台，因其独特的结构和运动方式，在复杂环境中展现出强大的适应性和灵活性。

本文将重点探讨轮足复合球形机器人的设计及其运动控制的研究。

二、轮足复合球形机器人的设计1. 整体结构设计轮足复合球形机器人采用独特的球形结构，以球形为基本单元，结合轮式和足式移动方式。

该设计使机器人能够在多种地形上灵活移动，包括平坦地面、斜坡、楼梯等。

同时，球形结构还具有较好的稳定性和抗干扰能力。

2. 轮足机构设计轮足机构是轮足复合球形机器人的核心部分，包括轮式和足式两种移动方式。

轮式部分采用全向轮设计，可实现全方位的移动；足式部分则采用多足设计，模仿生物的运动方式，实现复杂的越障和攀爬能力。

此外，为保证机器人的稳定性和承载能力，轮足机构需采用高强度、轻量化的材料制造。

3. 驱动系统设计驱动系统是轮足复合球形机器人的动力来源，采用电机驱动和控制系统相结合的方式。

电机驱动系统需根据机器人的运动需求进行合理配置，以满足其在不同地形上的移动需求。

控制系统则负责协调各电机的工作，实现机器人的精确控制。

三、运动控制研究1. 运动学建模为实现对轮足复合球形机器人的精确控制，首先需要建立其运动学模型。

通过分析机器人的结构特点和运动规律，建立数学模型，描述其运动过程中的位置、速度和加速度等参数。

这将为后续的运动控制提供基础。

2. 控制策略研究针对轮足复合球形机器人的特点，研究合适的控制策略。

例如，采用模糊控制、神经网络控制等智能控制方法，实现对机器人运动过程的精确控制。

同时，为提高机器人的适应性和灵活性，可研究多种运动模式的切换策略，以满足不同环境下的运动需求。

3. 实验验证通过实验验证所设计的轮足复合球形机器人的运动性能和控制效果。

在实验过程中，需关注机器人在不同地形上的运动表现、稳定性和能耗等指标。

轮履复合式移动机器人设计及运动模式分析

轮履复合式移动机器人设计及运动模式分析摘要：移动机器人作为目前的研究热点，针对单纯轮式机器人和单纯履带式机器人的缺点提出一种轮履复合式移动机器人，分析了轮履复合式移动机器人设计结构及运动模式，提出了轮履复合式移动机器人未来的发展方向。

关键词：轮履复合式；移动机器人；运动模式1 前言轮履复合式移动机器人将轮式与履带式行驶方式相结合，克服了纯轮式避障越障能力差和纯履带式速度慢、功耗大的缺点，不仅能够保持较高的自适应性和通过性，而且能够保持较快的行驶速度，在军事侦查、空间探测等领域发挥着重要作用。

2 总体结构设计机器人基本结构是由四个车轮、四个履带腿和车体构成的三节式复合结构，采用对称设计，由四个结构尺寸相同的运动单元对称分布在车体两侧形成，每个运动单元包括一个履带腿机构和一个驱动轮机构。

四个履带腿均配置在驱动轮内侧，不仅能实现履带腿自身的旋转传动，还能使履带腿整体绕驱动轮中心轴摆动。

3 分系统设计3.1 控制系统设计控制系统是机器人行走、越障等模式实现的核心。

控制系统主要由两个CPU构成，其中主CPU采用的是Cortex－M3作为内核，主要实现舵机控制和相关数据的获取处理，主CPU还通过无线模块NRF24L01与上位机PC进行通讯。

辅助CPU主要实现红外传感器数据获取以及障碍物的判断，此外通过红外控制器编解码实现移动机器人自主运行和手工控制运行两种方式的无缝切换。

本设计采用的舵机是CDS系列机器人舵机，proMOTIONCDS系列机器人舵机属于一种集电机、伺服驱动、总线式通讯接口为一体的集成伺服单元，该系列舵机具有位置、温度、速度、电压反馈。

由于舵机接口只有一个信号线接口，具备接收和发送的功能，而LPC1768开发板的UART0信号线管脚分为发送端TXD（P0．2）和接收端RXD（P0．3）两个信号接口，所以要使用74HC126数据缓冲器来辅助进行数据的传输。

使用两组74HC126数据缓冲器将舵机信号线接收和发送功能分开至LPC1768核心的UART发送端TXD（P0．2）和接收端RXD（P0．3）管脚，并使用两个IO口管脚（P1．0和P1．1）控制数据的收发。

轮履复合式移动机器人功能分析

分别由两个电动机经减速器传动至驱动轴。四条履带腿均配分别由两个电动机经减速器传动至驱动轴。置在车轮内侧，不仅能够实现履带自身的旋转运动，置在车轮内侧，不仅能够实现履带自身的旋转运动，而且绕驱动轮中心轴摆动。中间部分是机器人车体，驱动轮中心轴摆动。中间部分是机器人车体，可装载控制系电池及其他各种设备。统、电池及其他各种设备。为保证其能够进入建筑物内并能越过台阶、爬楼梯等越障要求，需要对一般建筑物人口宽度、越过台阶、爬楼梯等越障要求，需要对一般建筑物人口宽度、楼梯的结构尺寸、履带腿长度、履带轮直径、车体长度以及楼梯的结构尺寸、履带腿长度、履带轮直径、整个机器人的总体尺寸等进行综合考虑，整个机器人的总体尺寸等进行综合考虑，保证其要求的越障能力。这种形式的机器人具有与一般轮式机器人相同的转弯、能力。这种形式的机器人具有与一般轮式机器人相同的转弯、直线行走等功能；与一般履带式移动机器人有相同的爬坡、直线行走等功能；与一般履带式移动机器人有相同的爬坡、越障等功能。此外4 越障等功能。此外4个独立驱动履带腿进一步增加了运动的灵活性，使得它对各种地面的通过能力和越障能力进一步提高。活性，使得它对各种地面的通过能力和越障能力进一步提高。
轮履复合式移动机器人功能分析
一、引言二、移动机器人的越障功能分析三、结论
班级：机械班班级：机械8班学号：学号：0901108002 制作人：制作人：陈丁丁
一、引言
移动机器人已经广泛应用在侦查、巡视、警戒、扫雷排险等危险与恶劣环境中，其工作环境既可能是结构化环境，也可能是自然环境下的复杂、未知、多变的非结构化环境。所以，越障能力是检验移动机器人的道路通过性的重要指标。越障能力是检验移动机器人的道路通过性的重要指标已经出现的移动机器人的移动机构主要有轮式、履带式和腿式，其中以轮式的效率最高，但其适应能力相对较差，而腿式的适应能力最强但其效率最低，履带式移动机构是将圆环状的循环轨道卷绕在若干车轮外，使车轮不直接与地面接触，利用履带可以缓和地面的凹凸不平。它具有良好的稳定性能、越障能力和较长的使用寿命，适合在崎岖的地面上行使。但由于沉重的履带和繁多的驱动轮使得整体机构笨重，消耗的功率也

球腿复合机器人滚动方案设计

球腿复合机器人滚动方案设计摘要：针对单一运动模式的移动机器人无法满足多重地形的移动需求，设计了一款球腿复合机器人。

该球腿复合机器人采用动量轮驱动方式，让机器人能够从四足移动模式切换到球形滚动模式，且为了便于两种运动模式的相互切换，设计了基于丝杠螺母的探测模块用于信息反馈。

关键词：球腿复合机器人；动量轮；球腿切换；零半径转弯1 引言球形机器人因其运动方式的特殊性，与传统机器人相比，具有速度快、能耗小，转向灵活，恢复力强的独特优势[1]。

目前球形机器人的驱动方式主要有三种：（1）移动质量块驱动，改变球体重心使其滚动，可全方位运动，但控制复杂、占用空间大；（2）陀螺控制驱动，利用陀螺高速旋转配合滚珠使球体运动，但能耗大；（3）偏心质量块驱动[2]，用两个电机分别控制配重块前后滚动和左右摆动。

针对目前存在的上述问题，本文提出了一种采用动量轮驱动的仿生四足球腿复合机器人，具有结构简单、可靠性高、机动性好且可适用于复杂的多重作业环境的优点。

2 球体滚动方案设计球腿复合机器人要将球体与腿部复合，腿部收缩进球壳内，导致球体内部空间有限。

基于对球形机器人驱动方式的研究发现，动量轮、移动质量块、陀螺控制姿态和传统偏心质量块的驱动方式都可以实现滚动。

考虑到空间受限，因此选用动量轮驱动方式。

控制板控制电机的转动，通过电机输出动力，动量飞轮传动，同时同速往一个方向转，球体就产生一个反向的力，球体往反方向转，两动量飞轮转速不同可以控制转向，以实现仿生四足球腿复合机器人的滚动。

图1动量轮安装位置图3 球体滚动运动原理本文我们选择的偏置动量轮的角动量值比较大，一般为20~200Nms，质量也相应地增加到9-24 kg，额定转速范围一般为3000~6000 r /min，稳态功耗5~25W。

可近似将动量轮模型看作一个平面，如图2所示：图2动量轮模型平面图动量轮所产生的力矩M，飞轮的转动惯量J，飞轮角加速度α，球体半径为R，当动力矩M大于f阻时便可驱动机器人f阻= mgk/R，其中k为地面的摩擦系数，M=Jα，当α > mgk/R1时就可以驱动机器人进行滚动。