机械创新设计课程设计

机械创新设计课程设计

2015-2016第2 学期

题目：仿人二足步行机器人爬楼梯行走机构设计

小组成员：

班级：

指导教师：

成绩：

日期：2016 年6 月

目录

摘要.................................................................................................................... 第一章绪论 (1)

1.1.前言 (1)

1.2.二足仿生机器人的概念 (1)

1.3课题来源 (2)

1.4设计目的 (2)

1.5技术要求 (2)

1.6设计意义 (3)

1.7设计范围 (4)

1.8国内外的发展状况和存在的问题 (4)

1.8.1.国外发展状况 (4)

1.8.2.国内发展状况 (8)

1.8.3.存在的问题 (10)

1.9.具体设计 (10)

1.9.1.设计指导思想 (10)

1.9.2.应解决的主要问题 (10)

1.9.3.本设计采用的研究计算方法 (10)

1.9.4.技术路线 (10)

第二章仿人二足步行机器人爬楼梯行走机构步态规划 (12)

2.1引言 (12)

2.2仿人二足步行机器人爬楼梯行走机构的步行概念 (12)

2.3步行过程设定 (13)

2.4 双足机器人步态稳定性分析 (15)

2.4.1 步行稳定性判据 (15)

2.4.2零力矩点定义 (16)

2.4.3稳定步态的条件 (17)

2.4.4小结 (18)

2.5 双足机器人步态规划 (19)

2.5.1 引言 (19)

2.5.2 双足机器人步行过程分析 (19)

2.5.3 髋关节规划 (20)

2.5.4 髋关节轨迹对ZMP的影响 (21)

第三章二足机器人的机构分析 (23)

3.1四连杆机构的设计 (23)

3.1.1设计参数 (23)

3.2 二足机器人主体设计 (24)

3.2.1腿部的设计 (24)

3.2.2大腿 (25)

3.2.3小腿 (25)

3.2.4脚 (26)

3.2.5其他辅助连杆 (26)

第四章总结 (27)

4.1.设计小结 (27)

4.2设计感受 (27)

4.3课程设计见解 (27)

参考文献 (28)

谢辞 (30)

摘要

人类社会的发展，各种各样的机器人正渐渐的走进我们的视野，有很多的地方都用到了机器人，在机器人的领域里越来越多的人开始爱好上了机器人。能更好的适应环境和地形是仿生机器人的优点，很多人的工作可以由机器人代替完成，科学价值和实际应用价值是很重要的。类人机器人一直是机器人领域的研究热点，是目前科技发展最活跃的领域之一。它汇集了机械、电子、通讯、自动控制、仿生等诸多学科最新的研究成果，代表了机电一体化的最高成就，反映了一个国家智能化和自动化研究的水平。双足行走是类人机器人最基本也是最难实现的功能，因而以实现双足步行为目标的两足步行机器人研究是智能型类人机器人研究的基础。本文以实现仿人二足步行机器人爬楼梯行走机构为研究目标，对实现此功能的相关技术展开了研究。主要分析了人类行走动作，在自由度配置、步态规划以及稳定性分析的基础上对仿人二足步行机器人爬楼梯行走机构进行了设计。

关键词：仿人二足爬楼梯行走机构，步态规划，机构设计，四杆机构，CATIA

第一章绪论

1.1.前言

步行机器人已经被广泛应用于各个领域，且二足机器人的动作近似人类，更能于现今的工作环境相配合。一般二足机器人可步行于高危险性的工作环境，跨越障碍物，上下楼梯，能补足人类体能的限制，可用于探测、救灾、搬运、服务等行业，或代替肢体残障者的双脚等。此兼具高灵活性及工作稳定的两大特点，在有危险及枯燥频繁的任务环境中扮演不可或缺的角色。

此次主要研究目标是二足机器人爬楼梯机构的设计，以及对它的步态的规划。

1.2.二足仿生机器人的概念

现阶段，机器人的研究应用领域不断拓宽，其中仿人机器人的研究和应用受到普遍的关机器人的研究应用领域不断拓宽，其中仿人机器人的研究和应用受到普遍的关注，并成为智能机器人领域中最活跃的研究热点之一。仿人二足机器人爬楼梯的设计变营运而生。研究与人类外观特征类似，具有人类智能，灵活性，并能够与人交流，不断适应环境的仿人机器人一直是人类的梦想之一。仿人机器人的研究在很多方面已经取得了突破，如关键的机械单元，基本行走能力，整体运动，动态视觉等，但是离我们理想中的要求还相去甚远，还需要在更为具体的某些行动进行研究，仿人二足机器人爬楼梯设计奖机器人的行动具体到爬楼梯动作上，，可以更加适合人类的生活和工作环境，代替人类完成各种作业，可以在很多方面拓展人类的能力，如图所示

图1.1 仿生二足机器人

1.3课题来源

本课题来源于机械创新设计课程的研究课题。之前我们学习了有关机械原理的基本概念，基本理论，以及相关的计算方法，老师带领我们深入浅出的学习了机械方面的知识，使我们了解包括机构结构分析，运动分析，力分析以及动力学分析，对于常用的机构，例如，连杆机构，凸轮机构，齿轮机构的等也有了深入的认知。在王老师开设的机械创新设计课程上我们选择了这个课题，来将学习到的知识付诸于实践。

1.4设计目的

本设计主要是利用机械原理相关知识合理设计机械腿的相关尺寸及机构来实现爬楼梯的功能。

1.5技术要求

1.电机的选择和控制原理；

2.运动学的分析和仿真；

3.连杆机构，传动机构的设计；