创新研修课： 足式机器人足部结构设计
双足仿生机器人行走机构设计
双足仿生机器人行走机构设计
双足仿生机器人行走机构设计一般包括以下几个关键部分：
1. 足底结构：足底结构是机器人与地面接触的部分，需要具备良好的稳定性和抓地力。
一般采用橡胶材料制作，设计有凹凸纹路或者类似动物脚掌的结构，以增加摩擦力和抓地力。
2. 关节设计：双足仿生机器人的每个腿部都需要多个关节来实现自由运动。
关节设计需要考虑到机器人的稳定性和灵活性，一般采用电机驱动的旋转关节或者液压/气动驱动的线性关节。
3. 动力系统：机器人行走需要动力系统提供能量。
一般采用电池或者电源供电，驱动关节的电机需要具备足够的扭矩和速度来实现机器人的行走。
4. 传感器：为了实现机器人的平衡和姿态控制，需要配备各种传感器。
例如，陀螺仪和加速度计可以用来检测机器人的倾斜角度，力传感器可以用来感知地面反作用力，视觉传感器可以用来感知周围环境。
5. 控制系统：双足仿生机器人的行走需要一个高效的控制系统。
控制系统可以根据传感器的反馈信息，实时调整关节的运动，以保持机器人的平衡和稳定。
总体来说，双足仿生机器人行走机构设计需要考虑到稳定性、灵活性、能量效率和控制系统的要求。
具体的设计方案需要根据机器人的应用场景和需求来确定。
仿生足式管道机器人结构设计
仿生足式管道机器人结构设计仿生足式管道机器人的结构设计中，最关键的部分是足部结构。
足部结构采用了类似于生物动物的足部，它由足板、足爪和足肢组成。
足板部分负责承担机器人本体的重量以及在管道内的工作负载，具有一定的刚度和强度。
足爪部分用于在管道内保持机器人的稳定性，并提供牢固的抓握能力。
足肢部分则通过类似于生物的关节连接机构，使得足板和足爪能够以多种方式运动，以适应不同形状和尺寸的管道。
此外，足部还配备了传感器，用于探测管道内的环境信息，以提供机器人运动和姿态的反馈。
除足部结构外，仿生足式管道机器人还包括机器人本体和控制系统。
机器人本体是整个机器人的主体部分，包括电池、电机、传动装置、控制器等。
电池提供机器人所需的电能，电机通过传动装置使得足部能够运动，并由控制器控制运动。
控制系统是机器人的大脑，通过对外部环境的感知和内部状态的判断，实现机器人的自主导航和自主控制。
控制系统一般包括感知单元、决策单元和执行单元。
感知单元通过传感器获取环境信息，决策单元根据感知信息做出决策，执行单元根据决策实施相应的动作。
另外，仿生足式管道机器人还可以配备其他功能模块，如摄像头、激光雷达等。
摄像头可以用于拍摄管道内的图像信息，帮助操作员了解管道内的情况；激光雷达可以用于测量管道的各种参数，如距离、直径等。
这些功能模块可以通过接口和控制系统进行连接，实现机器人与外部设备的互联互通。
总之，仿生足式管道机器人的结构设计主要包括足部结构、机器人本体和控制系统。
足部结构采用类似于生物足部的设计，能够适应不同的管道条件；机器人本体是整个机器人的主体部分，包括电池、电机等；控制系统是机器人的大脑，通过感知、决策和执行实现机器人的自主导航和自主控制。
通过这种结构设计，仿生足式管道机器人能够在复杂的管道环境中进行各种工作，提高工作效率和安全性。
小型舞蹈双足机器人的设计及实现
小型舞蹈双足机器人的设计及实现
导言
随着科技的不断发展，机器人已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
在舞蹈领域，
机器人也开始发挥重要的作用，可以通过编程和控制实现各种舞蹈动作。
本文将设计和实
现一个小型舞蹈双足机器人，通过结合机械结构设计、电子控制系统和编程算法，实现机
器人的舞蹈动作。
一、机器人的设计
1. 机械结构设计
机器人的机械结构设计是实现舞蹈动作的基础。
我们设计一种双足机器人，可以在平
稳的地面上进行舞蹈动作。
机器人的双足结构采用轻量、坚固的材料制作，同时保证机器
人的平衡性和稳定性。
双足机器人的关节部分采用柔性材料设计，可以实现多种舞蹈动作。
双足机器人的步态设计要符合舞蹈的节奏和韵律，能够实现舞蹈动作的美感和流畅度。
2. 电子控制系统设计
机器人的电子控制系统是实现舞蹈动作的关键。
我们设计一种基于脉冲宽度调制（PWM）的双足机器人控制系统，可以实现机器人的步态控制和舞蹈动作的编程控制。
控制系统采
用微处理器作为核心控制单元，可以实现舞蹈动作的实时控制和优化调整。
控制系统还需
要包括传感器模块，能够实时监测机器人的姿态和环境信息，保证机器人的稳定性和安全性。
3. 编程算法设计
机器人的舞蹈动作是通过编程算法进行控制和实现的。
我们设计一种基于动作规划和
运动控制的编程算法，可以实现机器人舞蹈动作的优化和实时调整。
编程算法需要考虑机
器人的动力学特性和机械结构特点，能够有效控制机器人的步态和姿态，实现各种舞蹈动作。
双足仿生机器人设计与制作—机械结构设计
双足仿生机器人设计与制作——机械结构设计摘要随着时代的发展，人们的生活节奏越来越快，对工作的效率更是越来越重视，而且如今的科技也在飞速发展中，所以机器人在未来人类生活中发挥着重要的作用，是我们的好帮手，它可以改善我们生活的质量，提高我们的工作效率，从而推动生产力的提高和整个社会的进步。
目前，国内外对仿生机器人的研究重视程度很高，而在仿生机器人研究领域中，双足仿生机器人是一个重要的研究课题，而且我认为它的研究价值要比轮式机器人或其他足式机器人的高。
本设计为结构简单、成本低廉、可操作性高的小型双足仿生机器人，通过仿人的腿部关节和预先设定的目标来进行自由度的分配，根据设计任务来选择驱动元件，进而通过SOLIDWORKS软件进行机械结构的三维造型设计，并且对机器人的关键零件进行有限元分析。
并且根据D-H参数法来建立运动学方程，从而进行正运动学分析。
最后设计出一个可以实现前进后退、左移右移、踏步、鞠躬、超声波避障等功能的小型双足仿生机器人。
关键词：小型双足仿生机器人；机械结构；三维造型；运动学分析；有限元分析Design and manufacture of biped bionic robot -- mechanical structuredesignAbstractAlong with the development of The Times, the pace of life of people more and more fast, working efficiency is more and more attention, and now also in the rapid development of science and technology, so the robot in the future play an important role in human life, is our good helper, it can improve the quality of our life, improve our work efficiency, so as to promote the improvement of productivity and the progress of the society as a whole. At present, the research of bionic robot is highly valued at home and abroad. In the field of bionic robot research, bipedal bionic robot is an important research topic, and I think its research value is higher than that of wheeled robot or other foot robot.This design is a small bipedal bionic robot with simple structure, low cost and high maneuverability. It distributes the degree of freedom by imitating the human leg joints and preset goals, selects the driving elements according to the design task, and then carries out the three-dimensional modeling design of the mechanical structure through SOLIDWORKS software, and carries out the finite element analysis of the key parts of the robot. And according to the D-H parameter method to establish kinematics equations, so as to carry out positive kinematics analysis. Finally, a small bipedal bionic robot is designed, which canrealize forward and backward, left and right, step, bow, ultrasonic obstacle avoidance and other functions.Keywords: Small bionic biped robot; mechanical structure; 3D modeling; kinematics analysis;finite element analysis目录1 绪论 (1)1.1双足仿生机器人的研究意义与目的 (1)1.2国内外对双足仿生机器人研究的现状 (1)2 双足仿生机器人总体方案设计与动力选择 (4)2.1双足仿生机器人的工作原理 (4)2.2结构设计 (4)2.2.1设计目标 (4)2.2.2自由度的分配和计算 (5)2.2.3设计方案分析 (7)2.2.4设计方案的选取 (8)2.3动力源 (8)2.3.1电动机的选择 (9)2.3.2舵机原理 (11)2.3.3舵机选型 (11)2.4总体设计 (12)3 机械结构设计 (12)3.1机器人结构 (12)3.2机器人零件图 (13)3.3机器人装配图 (17)4三维造型设计 (17)4．1关键零件设计与说明 (17)4.1.1机器人的腿部设计 (17)4.1.2机器人的上身设计 (21)4.1.3机器人的手臂设计 (24)4.2机器人的整体三维造型 (25)5运动学分析 (26)5.1正运动学分析 (26)5.1.1 建立机器人的运动学方程 (26)6有限元分析 (29)6.1有限元分析的意义 (29)6.2有限元分析的过程 (29)6.3分析结果 (32)7总结 (33)参考文献 (34)谢辞 ......................................................................................................................... 错误!未定义书签。
仿生六足机器人的结构设计及运动分析
仿生六足机器人的结构设计及运动分析一、结构设计1.机体结构：仿生六足机器人的机体结构通常采用轻型材料如碳纤维和铝合金制作，以保证机器人整体重量轻，同时具备足够的强度和刚度。
机体一般采用箱型结构，保证机器人整体稳定。
2.足部结构：仿生六足机器人的足部结构是其中最重要的部分，直接关系到机器人的运动能力和适应性。
足部结构通常由刚性材料制成，具有良好的强度和刚度。
每个足部通常由三个关节驱动，分别是髋关节、膝关节和脚踝关节。
这些关节的设计对机器人的运动能力和足部适应性有着重要影响。
3.关节驱动方式：仿生六足机器人的关节驱动方式通常采用电机驱动和传动装置。
电机驱动可以提供足部的力和扭矩，使机器人能够进行各种运动，传动装置则用来将电机的运动传递到足部关节。
可以采用齿轮传动、连杆传动、带传动等方式，根据实际需求进行合理选择。
二、运动分析1.步态规划：步态规划是确定六足机器人各个足部的步态序列，以实现机器人的稳定行走。
常用的步态有三角步态、扭摆步态和螳臂步态等。
步态规划需要考虑机器人的稳定性和适应性，结合地面情况和环境要求进行合理选择。
2.动力学模拟：动力学模拟是对仿生六足机器人的运动进行分析和仿真，以优化机器人的运动能力和稳定性。
通过建立六足机器人的运动学和动力学模型，可以预测机器人的运动轨迹、步态设计和稳定性评估等。
动力学模拟可以帮助改善机器人的设计和控制策略。
3.控制策略：仿生六足机器人的控制策略采用了分布式控制和自适应控制的方法。
分布式控制通过将机器人的控制任务分配给多个子控制器，使得机器人具备较好的容错性和适应性。
自适应控制方法则通过对机器人的运动进行实时监测和反馈调整，使机器人能够自主学习和适应不同环境和任务。
综上所述，仿生六足机器人的结构设计和运动分析是实现机器人稳定行走和适应环境的重要环节。
正确的结构设计和合理的运动分析可以有效提高机器人的运动能力和稳定性，从而使机器人在实际应用中具备良好的适应性和操作性能。
小型舞蹈双足机器人的设计及实现
小型舞蹈双足机器人的设计及实现一、设计目标小型舞蹈双足机器人的设计目标是实现优雅、灵动的舞蹈动作。
通过机器人的动作表达，让观众感受到机器人的舞蹈艺术，并与观众产生共鸣。
二、系统架构小型舞蹈双足机器人的系统架构主要包括硬件系统和软件系统两部分。
硬件系统：1. 双足机器人的身体结构，由头部、颈部、躯干、双臂和双腿构成。
身体结构要求轻巧、均衡，以便机器人能够完成各种舞蹈动作。
2. 传感器模块，包括陀螺仪、加速度计等，用于检测机器人的姿态和运动状态。
3. 动力系统，由电机、减速器等组成，实现机器人的运动驱动。
软件系统：1. 运动规划算法，通过分析舞蹈动作的细节，确定机器人的运动轨迹和姿态变化。
2. 实时控制系统，通过控制机器人的动力系统，实现舞蹈动作的执行。
3. 编程界面，提供给用户进行编程，实现自定义的舞蹈动作。
三、关键技术小型舞蹈双足机器人的实现需要解决一些关键技术问题：1. 动作分析与规划根据舞蹈动作的特征和要求，分析舞蹈动作的细节，确定机器人的运动轨迹和姿态变化。
2. 运动控制与同步根据运动规划的结果，通过实时控制系统控制机器人的动力系统，实现舞蹈动作的执行。
需要保证机器人的双足运动的同步性，使机器人的舞蹈动作更加协调。
3. 传感器数据融合通过陀螺仪、加速度计等传感器获取机器人的姿态和运动状态数据，并对数据进行融合处理，以提供给运动控制系统进行实时控制。
4. 用户编程界面舞蹈机器人需要提供给用户一个直观、友好的编程界面，使用户可以根据需要自定义舞蹈动作，并将编程结果上传给机器人进行执行。
四、实现方法小型舞蹈双足机器人的实现方法主要包括以下几个步骤：1. 设计机器人的身体结构，包括头部、颈部、躯干、双臂和双腿等。
根据设计目标，选择轻巧、均衡的材料和结构，使机器人能够完成各种舞蹈动作。
2. 设计传感器模块，包括陀螺仪、加速度计等。
选择合适的传感器，安装在机器人的身体各个部位，以检测机器人的姿态和运动状态。
双足机器人课程设计
双足机器人课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生了解双足机器人的基本结构和原理，掌握其关键组成部分及功能；2. 使学生掌握双足机器人的运动控制算法，了解不同行走模式的特点；3. 帮助学生了解双足机器人在现实生活中的应用，提高对人工智能技术的认识。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力，能够针对双足机器人进行简单的设计与调试；2. 提高学生的团队协作能力和沟通能力，学会在小组合作中共同完成任务；3. 培养学生的创新思维，能够提出改进双足机器人性能的设想。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对机器人技术的兴趣，培养其探究精神和学习主动性；2. 培养学生的科学素养，使其认识到科技对社会发展的推动作用，增强社会责任感；3. 培养学生遵守实验操作规范，尊重团队成员，形成良好的道德品质。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，旨在通过理论与实际操作相结合的方式，让学生深入了解双足机器人相关知识。
学生特点：学生处于好奇心强、求知欲旺盛的阶段，具有一定的物理、数学和信息技术基础，喜欢动手实践。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，鼓励学生积极参与讨论和实践活动，培养其创新精神和实际操作能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 双足机器人的基本结构：介绍双足机器人的关节、驱动器、传感器等关键组成部分及其功能；教材章节：第一章 双足机器人的结构与原理2. 双足机器人的运动控制算法：讲解双足机器人的运动学、动力学原理，介绍不同行走模式的控制算法；教材章节：第二章 双足机器人的运动控制3. 双足机器人设计与制作：引导学生学习双足机器人的设计与制作方法，包括电路设计、编程调试等；教材章节：第三章 双足机器人的设计与制作4. 双足机器人在现实生活中的应用：介绍双足机器人在医疗、救援、家庭等领域的应用案例；教材章节：第四章 双足机器人的应用与前景5. 双足机器人实践操作：安排学生进行双足机器人的组装、编程和调试，培养实际操作能力；教材章节：第五章 双足机器人实践操作6. 小组讨论与成果展示：组织学生进行小组讨论，分享学习心得，展示实践成果；教材章节：第六章 双足机器人项目实践与评价教学进度安排：课程共计12课时，每课时45分钟。
创新研修课：-足式机器人足部结构设计
机器人足部构型研究报告》姓名：学号：联系电话：电子邮箱：院系及专业：》指导老师：一．足式机器人的优点、足式运动在不平地面和松散地面上的运动速度较高，而能耗较少。
对环境具有很强的适应性，既可以进入相对狭窄的空间，也可以跨越障碍，与其它各种移动方式相比，具有更广阔的应用前景。
1.足式机器人对步行环境要求很低，能适应各种地面且具有较高的逾越障碍的能力，不仅能够在平面行走，而且能够方便的上下台阶及通过不平整、不规则或较窄的路面，它的移动“盲区”很小。
2足式机器人具有广阔的工作空间，由于行走系统占地面积小，活动范围很大，其上配置的机械手具有更大的活动空间，也可使机械手臂设计得较为短小紧凑。
二．几种足部设计与构型1.足一地接触力行走时，足部所受到的地面的反作用力分为垂直、前后和左右方向。
由于在垂直方向上的反作用力的分力最大，在每个步态的周期转折点处出现极值，在脚￥跟着地时出现一极大值，随着脚部逐渐放平，受力面积也逐渐增大，受力则减小，当脚部完全放平时，受力最小，到脚跟离地，脚趾登地时出现另一个极大值，在整个步行周期中，在垂直方向上受力曲线呈现对称双峰性质，如图1所示。
图1：脚部受力双峰曲线2.平行四边形脚部机构&图2所示是一个用平行四边形机构作为脚趾的脚部机构，此种机构保证了着地时脚部与地面的多点接触，类似人类行走时脚部着地的情况。
平行四边形依靠弹簧C施加作用于地面的扭力矩从而保证A、B两点同时触地，并帮助行走时弹性起步，减少行走中能量得到消耗。
图2：平行四边形脚部机构(图3：典型的足部机构3. LOLA脚部结构几乎所有机器人的脚部都是一个整体，所以很难保证行走时的稳定性。
不易实现行走过程中脚跟着地脚尖离地的行走方式，并且即使行走地面，只是稍微不平，就可能造成脚掌与地面接触不规律，影响仿人机器人的稳定性。
为了缓解上述问题，由德国慕尼黑工业大学研制的仿人机器人LOLA增加了一个脚趾自由度，行走速度有了很大的提高。
小型舞蹈双足机器人的设计及实现
小型舞蹈双足机器人的设计及实现舞蹈双足机器人是一种能够模仿人类舞蹈动作的机器人。
设计和实现小型舞蹈双足机器人需要考虑以下几个方面：1. 机械结构设计：双足机器人的机械结构应该能够模仿人类双足的动作，因此需要设计具有足跟、足弓和脚趾的机械结构。
机器人的骨架应该具有足够的坚固性和灵活性，以便于执行各种舞蹈动作。
2. 动力系统设计：舞蹈双足机器人需要具有足够的动力来支撑机器人的运动。
可以采用电机和液压系统等方式为机器人提供动力。
电机可以用于驱动机器人的关节，而液压系统可以用于提供机器人的强力动作。
3. 传感器系统设计：双足机器人需要具有感知自身和周围环境的能力。
可以采用惯性测量单元（IMU）、压力传感器和视觉传感器等技术来感知机器人的姿态、脚底接触力和周围物体的位置等信息。
4. 控制系统设计：舞蹈双足机器人的控制系统需要能够精确地控制机器人的动作。
可以采用PID控制器或其他控制算法来实现对机器人的控制。
还可以采用运动捕捉技术来实时获取人类舞者的动作数据，并将其应用于机器人的动作控制。
在实现舞蹈双足机器人的过程中，可以采用以下几个步骤：1. 设计机器人的机械结构，包括双足和躯干的形状和比例等。
2. 选择适合机器人动作的驱动系统，如电机或液压系统，并安装在机器人的关节处。
3. 设计和制作机器人的传感器系统，以便于机器人感知自身和周围环境的信息。
4. 开发机器人的控制系统，包括动作规划和轨迹控制等功能，以便于实现机器人的舞蹈动作。
5. 进行实验和测试，调整机器人的参数和控制算法，直至达到满意的舞蹈效果。
设计和实现小型舞蹈双足机器人是一个复杂的任务，需要涉及机械设计、动力系统、传感器系统和控制系统等多个方面的知识。
通过合理的设计和实现，可以使机器人模仿人类舞蹈动作，具备一定的舞蹈表演能力。
机械创新设计课程设计--仿人二足步行机器人爬楼梯行走机构设计 ppt课件
*腿部设计：
腿部结构是机器人身体里主要的部分，根据仿 生学的知识，人腿部结构大致为：髋关节，和膝 关节，还有踝关节和脚。本文采用曲柄摇杆机构 实现其直线行走和爬楼梯功能的。两组腿交替的 变换使机身能向前运动，他们每组都支撑机体的 重量，并在负重的状态下使机体的前行，所以适 应的刚性和承载能力是非常重要的，所以对承载 能力有着限制。
课题 ：
仿人二足步行机器人爬楼梯行走机构设 计
设计说明书：
*设计任务 *机械系统运动方案设计的构想 *执行系统机构设计 *机器人创新点 *主要参考资料 *设计心得
设计任务
*设计背景：
国外在二足机器人方面研究已经有100多年历史，成果 较多，但大多都结构复杂，造价昂贵，远远超出人们的经济 承受能力。国内的研究相对较晚，虽然也诞生了很多专利， 但由于收到体积、重量、稳定性级安全问题还没有产品真正 投入实，机构之间连接性 好，制作精度容易保证； 2.机器人稳定性好，四杆机构能循环运动容易现实直 线行走； 3.生产成本低，产品绿色环保。
执行系统机构设计：
*双足机器人步行运动过程分析：
双足机器人的步态规划就是规划机器人的行走步态，水平 地面的基本行走步态有前向步行、侧向步行和转向步行。转向 步行包含了前向步行和侧向步行，是最复杂的步行。图中以左 腿首先作为支撑腿，右腿作为摆动腿为例分解，若右腿首先作 为支撑腿，左腿作为摆动腿只需将图中左右调换即可。
*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。
机械系统运动方案设计的构想：
*具体方案：
双足机器人步行运动过程中，两只脚交替的与地面，发 生间歇性的相互作用，即交替的出现左脚单支撑，双脚支撑 和右脚单支撑的状态，周期性的不断前进。机器人设计过程 中，腿部采用了四杆机构。腿部结构是机器人身体里主要的 部分，根据仿生学的知识，人腿部结构大致为：髋关节，和 膝关节，还有踝关节和脚。本文采用曲柄摇杆机构实现其直 线行走和爬楼梯功能的。两组腿交替的变换使机身能向前运 动，他们每组都支撑机体的重量，并在负重的状态下使机体 的前行。
两足行走机器人—身体及头部结构部分设计
两⾜⾏⾛机器⼈—⾝体及头部结构部分设计1 绪论1.1 引⾔什么是机器⼈呢?在国际上，关于机器⼈的定义很多，出发点各不相同，有的强调⼯业机器⼈特征，有的侧重于智能机器⼈。
美国机器⼈协会认为“机器⼈是⼀种⽤于移动各种材料、零件的⼯具或专⽤装置；是通过程序动作来执⾏各种任务，并具有编程能⼒的多功能操作机” ，显然该定义指的是⼯业机器⼈，国际标准化组织(ISO)也有类似的定义。
⽇本⼯业机器⼈协会(JIRA)定义机器⼈是⼀种装备有记忆装置和末端执⾏装置的且能够完成各种移动来代替⼈类劳动的通⽤机器。
有些定义直接把机器⼈分为⼯业机器⼈和智能机器⼈两种情况来解释，认为⼯业机器⼈是“⼀种能够执⾏与⼈的上肢(⼿和臂)类似动作的多功能机器” ，智能机器⼈是“⼀种具有感觉和识别能⼒，并能够控制⾃⾝⾏为的机器” 。
我国的蒋新松院⼠曾建议把机器⼈定义为“⼀种拟⼈功能的机械电⼦装置”。
尽管定义各不相同，但有共同之处，即认为机器⼈应具有下列特征:（1）像⼈或⼈的上肢，并能模仿⼈的动作；（2）具有智⼒或感觉与识别能⼒；（3）是⼈造的机械或机械电⼦装置。
当然，随着机器⼈的进化和其智能的发展，这些定义很难涵盖其本质，有必要修改 [1] 。
1.2 机器⼈的发展及技术1.2.1 机器⼈的发展20 世纪 40 年代，伴随着遥控操纵器和数控制造技术的出现，关于机器⼈技术的研究开始出现。
60年代美国的Consolidatedcontry公司研制出第⼀台机器⼈样机，并成⽴了 Unimation 公司，定型⽣产了 Unimate 机器⼈。
20 世纪 70 年代以来，⼯业机器⼈产业蓬勃兴起，机器⼈技术逐渐发展为专门学科。
1970年，第⼀次国际机器⼈会议在美国举⾏。
经过⼏⼗年的发展，数百种不同结构、不同控制系统、不同⽤途的机器⼈已进⼊了实⽤化阶段。
⽬前，尽管关于机器⼈的定义还未统⼀，但⼀般认为机器⼈的发展按照从低级到⾼级经历了三代。
第⼀代机器⼈，主要指只能以“⽰教⼀再现”⽅式⼯作的机器⼈，其只能依靠⼈们给定的程序，重复进⾏各种操作。
六足爬行机器人设计--第4章 六足爬行机器人机械部分的设计
舵机的输入线共有三条，中间红色的是电源线，旁边黑色的是地线，这两根线给舵机提供最基本的能源供应，主要是电机的转动消耗，电源有两种规格，一种是4.8V，另一种是6.0V，分别对应不同的转矩标准，6.0V的相应要大一些；另外一根线是控制信号线。
舵机的工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。
本设计根据机器人的技术要求和机器人的运行环境，选择了直接连接传动的传动方式。这种方式可以适应此次设计的六足爬行机器人。
3、材料的选择
结构件材料选择是机器人机械系统设计中的重要问题之一，与一般机械设备相比，机器人结构的动力特性是十分重要的，这是选材的出发点。六足爬行机器人材料选择的基本要求是：强度可靠、重量轻、弹性模量大、材料价格低。综合以上各个要求，选择铸造铝ZL101（铝硅合金）作为此次六足爬行机器人腿部结构的材料，机体底板也采用铸造铝ZL101（铝硅合金），但机体其他非重要位置则采用工程塑料（聚氯乙烯），腿部结构与地面的接触材料则选择普通橡胶。
图4.9FUTABA S3001标准舵机实物图
机器人的机体底板是安放机器人腿结构和其他零件的载体，机体底板承受机器人大部分的重量，所以机器人机体底板的设计将直接影响机器人质量的好坏，
由前面的计算可以知道机器人各个腿间的间距如图4.10所示。
图4.10 机器人腿间尺寸
舵机轴穿过的尺寸为10mm，为了便于安装舵机，在每边留20mm的间距，所以机体底板的尺寸为240mm×340mm。
机械创新设计课程设计六足机器人行走机构设计
机械创新设计课程设计题目：六足式机器人的行走机构设计小组成员：班级：指导教师：成绩：1六足是机器人的行走机构设计目录摘要 (4)第一章绪论 (1)1.1. 六足仿生机器人的概念： (1)1.2.课题来源 (2)1.3.设计目的 (2)1.4.技术要求 (2)1.5.设计意义 (2)1.6.设计范围 (3)1.7.国内外的发展状况和存在的问题 (3)1.7.1.国外发展状况 (3)1.7.2.国内发展状况 (4)1.7.3.存在的问题 (5)1.8.具体设计 (5)1.8.1.设计指导思想 (5)1.8.2.应解决的主要问题 (5)1.8.3.本设计采用的研究计算方法 (6)1.8.4.技术路线 (6)第二章六足仿生机器人的步态规划 (7)2.1步态分类 (7)2.1.1 三角步态 (7)2.1.2跟导步态 (7)2.1.3交替步态 (7)2.2步态规划概述 (8)2.3六足仿生机器人的坐标含义 (9)2.4 三角步态的稳定性分析 (12)2.4.1 稳定性分析 (12)2.4.2稳定裕量的计算 (12)2.5三角步态行走步态设计 (13)2.5.1直线行走步态规划 (13)2.5.2转弯步态分析 (15)2.6六足机器人的步长设计 (15)2国际机械设计制造及其自动化专业课程设计（论文）2.7六足机器人着地点的优化 (16)第三章六足机器人的机构分析 (18)3.1四连杆机构的设计 (18)3.1.1理论根据与机构选择 (18)3.2设计参数 (21)3.3步行腿机构系统 (21)3.4 舵机驱动原理 (22)3.4.1驱动原理 (22)3.4.2 舵机控制方法 (22)3.5 六足机器人主体设计 (24)3.5.1 机身 (24)3.5.2腿部的设计 (25)3.5.3足 (25)3.5.4小腿 (26)3.5.5大腿 (27)第四章总结 (28)4.1.设计小结 (28)4.2设计感受 (28)4.3课程设计见解 (28)参考文献 (29)谢辞 (30)3六足是机器人的行走机构设计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。
多足仿生机器人单步行足结构设计
……………………. ………………. ………………… 山东农业大学 毕 业 论 文题目：多足仿生机器人单步行足结构设计院 部机械与电子工程学院 专业班级 车辆工程2班 届 次 2014 学生姓名 薛光耀 学 号 20100658 指导教师 吕钊钦 二O 一四年六月十五日装 订 线 ……………….…….………….…………. ………摘要 (III)Abstract: (IV)引言 (5)1 多足仿生机器人研究现状以及发展趋势 (1)1.1 国外多足仿生机器人研究现状 (1)1.1.1 Lemur六足步行机器人 (1)1.1.2 “Big Dog”四足机器人 (2)1.1.3 仿生龙虾机器人 (2)1.2国内多足仿生机器人研究现状 (3)1.3 本课题主要完成工作内容 (4)2 模块化驱动关节设计 (4)2.1 驱动元件的选择 (4)2.2 传动方案的确定 (8)2.2.1绳轮传动方式 (8)2.2.2 带传动 (8)2.2.3 链轮传动 (9)2.2.4 连杆传动 (9)2.2.5 蜗轮蜗杆传动方式 (9)3 蜗杆减速箱体 (11)3.1 蜗杆减速箱体的设计 (11)3.2 蜗轮蜗杆减速箱的润滑 (13)3.2.1 润滑油种类的选择 (14)3.2.2 润滑油黏度的选择 (15)4 关节连接板的设计 (15)5 弹性足尖设计 (19)结论 (21)参考文献 (22)致谢 (24)Abstract: ...................................................................................................................................... I V Introduction . (5)1 bionic robot research status and development trend (1)1.1 Multilegged bionic robot research status abroad (1)1.1.1 Lemur Six-legged walking robot (1)1.1.2 “Big Dog”Quadruped robot (2)1.1.3 Bionic robot lobster (2)1.2 bionic robot research status (3)1.3 This topic mainly complete the work content (4)2 Modular joints design (4)2.1 The choice of drive components (4)2.2 The scheme determination of transmission (8)2.2.1 Rope wheel transmission ways (8)2.2.2 Tape drive (8)2.2.3 Sprocket drive (9)2.2.4 Connecting rod drive (9)2.2.5 Worm gear and worm drive way (9)3 Worm reducer casing (11)3.1 The design of the worm reduction box (11)3.2 The worm gear and worm reducer lubrication (13)3.2.1 The selection of lubricating oil (14)3.2.2 The choice of lubricant viscosity (15)4 The design of the joints connecting plate (15)5 Elastic toe design (19)Conclusion (21)Reference (22)Acknowledgement (24)多足仿生机器人单步行足结构设计作者：薛光耀，指导老师：吕钊钦（1.潍坊凯动动力，工程师；2.山东农业大学，教授）【摘要】本文针对于多足仿生机器人的应用，结构等几个方面，对其单步行足进行了详细的研究与讨论。
双足机器人设计
小型双足步行机器人的结构及其控制电路设计两足步行是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。
两足步行系统具有非常丰富的动力学特性，对步行的环境要求很低，既能在平地上行走，也能在非结构性的复杂地面上行走，对环境有很好的适应性。
与其它足式机器人相比，双足机器人具有支撑面积小，支撑面的形状随时间变化较大，质心的相对位置高的特点。
是其中最复杂，控制难度最大的动态系统。
但由于双足机器人比其它足式机器人具有更高的灵活性，因此具有自身独特的优势，更适合在人类的生活或工作环境中与人类协同工作，而不需要专门为其对这些环境进行大规模改造。
例如代替危险作业环境中(如核电站内)的工作人员，在不平整地面上搬运货物等等。
此外将来社会环境的变化使得双足机器人在护理老人、康复医学以及一般家务处理等方面也有很大的潜力。
双足步行机器人自由度的确定两足步行机器人的机构是所有部件的载体，也是设计两足步行机器人最基本的和首要的工作[1]。
它必须能够实现机器人的前后左右以及爬斜坡和上楼梯等的基本功能，因此自由度的配置必须合理:首先分析一下步行机器人的运动过程(前向)和行走步骤:重心右移(先右腿支撑)、左腿抬起、左腿放下、重心移到双腿中间、重心左移、右腿抬起、右腿放下、重心移到双腿间，共分8个阶段。
从机器人步行过程可以看出:机器人向前迈步时，髓关节与踝关节必须各自配置有一个俯仰自由度以配合实现支撑腿和上躯体的移动;要实现重心转移，髋关节和踝关节的偏转自由度是必不可少的;机器人要达到目标位置，有时必须进行转弯，所以需要有髋关节上的转体自由度。
另外膝关节处配置一个俯仰自由度能够调整摆动腿的着地高度，使上下台阶成为可能，还能实现不同的步态。
这样最终决定髋关节配置3个自由度，包括转体(roll)、俯仰(pitch)和偏转(yaw)自由度，膝关节配置一个俯仰自由度，踝关节配置有俯仰和偏转两个自由度。
这样，每条腿配置6个自由度，两条腿共12个自由度。
双足仿生机器人行走机构设计
双足仿生机器人行走机构设计双足仿生机器人行走机构的设计需要综合考虑机械结构、控制系统和传感器等多个方面。
下面是一个较为常见的双足仿生机器人行走机构设计的概述：1. 机械结构：双足仿生机器人的机械结构通常由两个对称的机械腿组成，每个机械腿由多个关节连接而成。
关节可以采用电机驱动，例如直线电机或旋转电机。
关节的设计需要考虑到机器人的运动范围、力矩需求以及稳定性等因素。
2. 步态规划：双足仿生机器人的步态规划是指确定机器人腿部关节的运动轨迹和步伐。
一种常见的步态是通过将机器人的步伐分为支撑相和摆动相来实现。
在支撑相，机器人的一只腿着地支撑身体重量；在摆动相，机器人的另一只腿离地向前摆动。
步态规划需要考虑到机器人的稳定性、能耗和速度等因素。
3. 动力学模型：为了实现双足仿生机器人的稳定行走，需要建立机器人的动力学模型。
动力学模型可以通过运动学和力学方程来描述机器人的运动和受力情况。
这些模型可以用于控制系统设计和运动规划。
4. 控制系统：双足仿生机器人的控制系统需要实时监测机器人的姿态、关节角度和力矩等信息，并根据预定的步态规划来控制机器人的运动。
控制系统通常包括传感器、控制算法和执行器。
传感器可以包括惯性测量单元（IMU）、压力传感器和视觉传感器等，用于获取机器人的状态信息。
控制算法可以根据传感器数据实时计算出控制指令，例如关节角度和力矩。
执行器则将控制指令转化为机械运动。
5. 传感器：双足仿生机器人的传感器可以用于感知环境和监测机器人状态。
例如，视觉传感器可以用于识别障碍物和地面形状，压力传感器可以用于检测脚底的接触力，IMU可以用于测量机器人的加速度和角速度等。
这些传感器可以提供给控制系统有关机器人周围环境和自身状态的信息，以便实现更精确的控制和导航。
以上是双足仿生机器人行走机构设计的一般概述，具体的设计还需要根据具体应用需求和机器人的尺寸、负载和预期性能等因素进行进一步详细设计和优化。
重载机器人支撑足结构设计
重载机器人支撑足结构设计赵晨阳机电学院班级：1008101 专业：机械设计制造及其自动化学号：1100800913摘要：机器人在不同工况下行走，需要不同的机器人支撑足。
本文通过对硬质地面，草地，沙地，雪地以及沼泽五种情况的不同状况分析，每种情况下设计出三种设计方案，并对每种方案的优点缺点进行一一分析。
关键词：机器人；支撑足；结构足式机器人概述机器人是一种可编程和多功能的操作机或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。
机器人一般由执行机构、驱动机构、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。
机器人的运动结构有很多类型，早期为求其在自动化工厂内的实用性，控制性和载重能力，都是以走车的方式来运动。
对于人为设计的工厂环境中，运用轮式机器人自有其优势；但是随着科技的发展，现如今机器人所出的环境已经从人工环境逐步的变化为半人工甚至自然环境，所以，不适合崎岖路面的轮式机器人的发展遇到了瓶颈。
因此机器人的种类中又多了足式机器人。
生物经过数亿年的进化使得足行生物非常适合在各种环境下从事行走，跳跃，爬行甚至翻滚等动作。
因此近年来，足式机器人成为移动式机器人设计的主要趋势。
足式机器人关节结构必须由驱动马达来产生运动，但由于大多数机器人有机构空间的限制，因此大多数关节都属于单一自由度关节。
由运动学可知，若一个机构可在任意方向任意位置活动，需要六个自由度，也就是说每个足需要有六个自由度。
但在实际设计上，通过足数的增加可以使各足的自由度降至三个自由度。
按照足数可以将足式机器人分为单足式，双足式，三足式，四足式，五足式，六足式和其他足式的结构设计。
对于单足式和双足机器人，虽然结构相对简单，但是且其静态稳定以及动态稳定性较差。
所以本文的设计足数一般为大于等于三足。
下面本文对于不同状况下地面进行分析并为每种地面设计出三种不同方案。
硬质地面下机器人支撑足的结构设计硬质地面，一般是指具有一定平坦性、地面崎岖程度较低的路面，例如泊油路面，水泥路面等。
双足机器人腿部的设计
双足机器人腿部的设计【摘要】作为当代工、农业领域的新型设备，机器人的实用带来个工农业的飞速发展，对其结构的设计的创新也在不断发展，文章就双足机器人腿部的运动进行了设计，提出了利用连杆曲线模拟人脚部的运动，并对多种双足机器人机构进行了分析。
【关键词】机器人；腿部；设计当前，常见的机器人大多是通过轮子履带进行移动的，这种机器人在光滑，微重力，以及不平整的路面很难发挥其移动迅速的优势。
所以，机器人正向着具有行走能力的方向发展，双足机器人的应用范围也越来越广泛，目前，机器人技术比较成熟的应该是美国和日本。
我国机器人研究起步较晚，约与20世纪70年代末、80年代初开始，以后的近10年中，在步行机器人、精密装配机器人等国际前沿领域逐步缩小了与世界先进水平[1]。
现在，步行机器人正朝着智能化、高仿真的方向发展。
2013年，日本本田工业技研公司研制的仿真机器人ASIMO，是至2013年最先进的仿人行走机器人。
这款机器人模仿人类动作更精准。
能跑，能跳，上下楼梯，动作十分灵巧。
本文设计了一种简单的双足机器人，采用连杆曲线模拟人行走时脚步的运动轨迹，运用单片机，步进电机来控制连杆机构，实现双足的交替走动。
一、双腿运动方案设计为了实现机器人双足的交替前进，首先进行了执行机构的设计，并对不同的机构进行了分析与比较：（一）凸轮机构的分析凸轮机构是机械中常见的一种机构，其最大优点是只要适当的设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律[2]，凸轮机构控制机器人双腿主要依靠两个偏心轮偏心轮带动双腿交替的上下移动，使机器人向前行走。
这种机构结构简单可靠，造价低，容易控制。
但是采用凸轮机构机器人移动的步伐较小，脚步抬起的高度较低，而且行走时身体会出现较大的晃动，不适合在多变的地面行走。
（二）舵机控制的分析利用舵机控制机器人是目前常用的一种方法，其原理是利用舵机控制关节转一定角度，达到两腿交替向前运动。
这种方法仿真程度高，双腿变化多样。
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机器人足部构型研究报告
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一．足式机器人的优点
足式运动在不平地面和松散地面上的运动速度较高，而能耗较少。
对环境具有很强的适应性，既可以进入相对狭窄的空间，也可以跨越障碍，与其它各种移动方式相比，具有更广阔的应用前景。
1.足式机器人对步行环境要求很低，能适应各种地面且具有较高的逾越障碍的能力，不仅能够在平面行走，而且能够方便的上下台阶及通过不平整、不规则或较窄的路面，它的移动“盲区”很小。
2足式机器人具有广阔的工作空间，由于行走系统占地面积小，活动范围很大，其上配置的机械手具有更大的活动空间，也可使机械手臂设计得较为短小紧凑。
二．几种足部设计与构型
1.足一地接触力
行走时，足部所受到的地面的反作用力分为垂直、前后和左右方向。
由于在
垂直方向上的反作用力的分力最大，在每个步态的周期转折点处出现极值，在脚
跟着地时出现一极大值，随着脚部逐渐放平，受力面积也逐渐增大，受力则减小，
当脚部完全放平时，受力最小，到脚跟离地，脚趾登地时出现另一个极大值，在
整个步行周期中，在垂直方向上受力曲线呈现对称双峰性质，如图1所示。
图1：脚部受力双峰曲线
2.平行四边形脚部机构
图2所示是一个用平行四边形机构作为脚趾的脚部机构，此种机构保
证了着地时脚部与地面的多点接触，类似人类行走时脚部着地的情况。
平行四边
形依靠弹簧C施加作用于地面的扭力矩从而保证A、B两点同时触地，并帮助行
走时弹性起步，减少行走中能量得到消耗。
图2：平行四边形脚部机构
图3：典型的足部机构
3. LOLA脚部结构
几乎所有机器人的脚部都是一个整体，所以很难保证行走时的稳定性。
不易实现行走过程中脚跟着地脚尖离地的行走方式，并且即使行走地面，只是稍微不平，就可能造成脚掌与地面接触不规律，影响仿人机器人的稳定性。
为了缓解上述问题，由德国慕尼黑工业大学研制的仿人机器人LOLA增加了一个脚趾自由度，行走速度有了很大的提高。
LOLA仿人机器人的脚部结构如图所示，由图可以看出，LOLA机器人的脚部增加了主动趾关节，通过控制脚趾转动的角度，来完成类人的行走方式“脚跟着地一脚尖离地”，并且能更好的适应地面。
图4：Lola的踝关节及脚步机构。
4.脚跟冲击吸收机构
脚跟冲击吸收机构是一个四杆传动机构，机构简图如下
B, C处的铰链固定在脚掌上，脚跟着地受到地面的冲击力时，减震器将动能一部分转换成热能，再通过四杆机构将一部分转换成势能，从而降低了传递到踩关节的力与力矩。
图5：脚跟冲击吸收机构
二．足部构型设计
安装在内盘上的舵机通过控制转动轴，将舵机转过的角度值传递给变形轮的轮毂，以实现用单片机控制舵机角度来控制变形轮的变形与恢复。
当车体在平地运行时，车轮为圆形，通过电动机驱动使机器人前进或停止或后退。
当遇到障碍物或软质地爬坡时，时车轮变形为由三个120度的圆弧组成的三角形，此外轮胎采用质地软的材料，这样可以尽可能大的增大与地面的接触面积，从而达到增大摩擦的
效果。
其次，车轮外圈布满凸出的橡胶颗粒，可以更好的增大摩擦。
图6：整体效果图
图7：变形构造图
三．步态规划
我们在六足的机器人的基础上使其采用四足步态行走，并将足改为轮型，在硬地上用轮型足进行运动，当遇到软地时，将变形为足型进行行走，其足型步态规划参照于六足昆虫的四足态行走。
步态设计是实现步行的关键之一, 为达到较为理想的步行,考虑下列要求: ( 步行平稳、协调,进退自如, 无左右摇晃及前后冲击; ) 机体和关节间没有较大的冲击。
六足昆虫在进行四足步态行走时，任一时刻保证有4条腿处于支撑相，而且是每一侧分别有两条腿处于支撑相，另外一条腿处于摆动相。
假定六条腿中，左边三条腿按顺序分别为
L l 、L 2 、L 3，右边三条腿按顺序分别为R 1 、R 2 、R 3。
典型四足步态的一个运动周期分为三个阶段，每阶段所有腿的组合状态有所差异，分别是：
一、当Rl 、R 2、L l 、L 3处于支撑相时，R3、L 2处于摆动相；
二、当R1、R 3、L 2、L 3处于支撑相时，R2、Ll处于摆动相；
三、当R2、R 3、L 1、L 2处于支撑相时R1、L 3处于摆动相。
如此交替实现六足昆虫的直行前进。
一般情况下仿生六足昆虫机器人是从离散着地点多自由度的腿的结构，采用典型的四足步态就能实现六足机器人的直行。
以下是整体图：
其步态示意图如下：
四：发展展望
1.目前足部设计虽然实现了部分仿生，但脚趾和脚跟的长度和弧度的大小、脚趾的
个数以及怎样实现足弓的功能还需要进一步的研究。
2、柔性铰链设计对不规则路面有较强适应性，但若想实现自然的行走方式“脚跟着地一脚
尖离地”还有段差距
3、仿人机器人在行走时，脚趾与脚跟偏转角度对行走稳定性的影响，如何行走最有利和所
受地面的反作用力最小，有待进一步的研究。
4、传感系统的改进问题。
理想的步行机器人，应该能够根据不同的环境，自动进行步态规
划。
因此机器人的内部也需要安装多种传感器，如：力传感器、陀螺仪来收集信息进行精确控制。
五．参考文献
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【2】竹中透，五味洋，重见聪史，松本隆志. 步行式移动机器人：日本，
【3】马培荪,窦小红,刘臻.全方位四足步行机器人的运动学研究[J].上海交通大学学报,1994,28(2):36-39
【4】[6]Bares J E,Whittaker W L.Cfiguration of autonomous walkers for extreme terrain[J].The International Journal of Robotics Research,1993,12(6):535-559.
【5】[9]Delcomyn F,Nelson M E.Architectures for biomimetric hespod robot[J].Robotics and Autonomous Systems,2000,30:5-15.。