八足蜘蛛机器人的设计与实现
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Ｋｅｙ ｗｏｒｄ：ｓｐｉｄｅｒ；ｃｒａｗｌｉｎｇ ｍｅｃｈａｎ ｉｓｍ；ｂｉｏｎ ｉｃｓ；ｒｏｂｏｔ
人类研究发现在崎岖不平的路面上 ，与轮式、Baidu Nhomakorabea带式 精确的控制电机 的转动 ，从而实现精确的定位 ，最高精度
移动机器人相比，多足步行机器人具有独特的优越性。多 可以达 ０．Ｏ０１ｍｍ。通过 比较各种电机的性能和用途 ，最终
（３）腿节 。腿节 由从 动齿轮 、主动齿轮 、腿节底板 ，轴 承 、齿轮座等共有 １８个零件组成 ，其中尺寸关系是根据各 个零件的配合关系确定。腿节 电机转动时 ，带动主动齿轮 转动 ，在基节电机不动的情况下及从动齿 （下转第５５页）
５ ３
王 博 ：
动特 性 研
阻 比达到最小值 ０．３２０１；相 比 ＧＩ模型除了在 ２Ｍａ时其余 飞行速度升阻比均有明显提升 。说明 ＧＩＳＢ—Ｓ模型通过将 ＧＩ模型前缘后掠的基础上将栅格翼前后缘进行削尖处理 对栅格翼 的减 阻和提升 气动性能具有 明显作用 。但与 ＧＩ—Ｓ模型相 比，在约大于 １．５Ｍａ时，ＧＩ—ｓ模型表现出更 好 的气 动特 性 。
时采取 ８足结构 ，腿部结构设计采取类似蜘蛛腿部生理结 构 的运 动机构 ，主要模拟 的是第二至第六对附肢共 ８只步 足，每只步足由基节 、腿节 、胫节、足节构成 ，实现了蜘蛛结 构 的仿生 ，仿生蜘蛛机器人的名称也 由此得来 。考虑到机 器人的整体的平稳性 ，机体部分设计没有采用实际蜘蛛类 似椭圆的身体结构 ，而采取了矩形结构。 １．２ 电机 的选择
关键词 ：蜘蛛 ；爬行机理 ；仿 生 学；机 器人
中图分类号 ：ＴＰ２４２
文献标 识码 ：Ａ
文章编号 ：２０９５—９８０Ｘ（２０１６）０４—００５３—０ｌ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｉｇｈｔ－ｆｅｅｔ ｓｐｉｄｅｒ ｒｏｂｏｔ
ＪｌＡＮＧ Ｘ －—ｚｈｅ （Ｈｅｎａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，Ｈｅｎａｎ ４５００４２，Ｃｈｉｎａ）
足步行机器人 的运动轨迹是一系列离散的足印 ，其运动 决定选用伺服电机作为蜘蛛机器人的驱动电机。
时，只需要离散的点接触地面，对环境的破坏程度也较小 ， １．３ 具体结构的设计
可在能到达的地面上选择最优 的支撑点，对崎岖地形的适
（１）机体 。机体整体采用矩形对称结构 ，为了使足部的
应性强 。当然 ，多足步行机器人也存在一些不足之处。比 如 ，多足步行机器人为使腿部能协调稳定的运动 ，其从机 械结构设计到控制系统算法都 比较复杂。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｎａｔｕｒｅ，ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｕｎｉｑｕｅ ｃｒａｗｌｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｔｈｅ ｓｐｉｄｅｒ ｅａｒｌ ｅｖｅｎ ｃｒａｗｌ ｏｎ ｖｅｒ ｔｉｃａｌ ｗａｌｌｓ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｅｘｐｏｕｎｄｓ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ ｌｅｇｇｅｄ ｓｐｉｄｅｒ ｒｏｂｏｔ ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｂｉｏｎｉｃｓ，ｔｈｅ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｓｐｉｄｅｒ ｒｏｂｏｔ ｃａｎ ｉｍｉｔａｔｅ ｃｒａｗｌｉｎｇ ｏｆ ｒｅａｌ ｓｐｉｄｅｒ，ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｍｏｔｉｏｎｓ ｏｆ ｆｏｒｗａｒｄ，ｂａｃｋｗａｒｄ，ｔｕｒｎ ｉｎｇ，ａｎｄ ｏｔ ｈｅｒ ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆ ｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａ ｒｃｈ ｏｎ ｍｕｌｔｉ－ｌｅｇｇｅｄ ｗａｌｋｉｎｇ ｒｏｂｏｔ．
收稿 日期 ：２０１６ ０３—２６ 作者 简介 ：蒋欣 哲（１９８９一），男 ，河 南郑 州人 ，大学本 科 ，助理 实验 师
主 要 研 究 方 向 ：机 电 一体 化 应 用技 术 。
（２）基节 。基节由基节底板 、电机支撑套、磁钢 固定块 、 轴承、轴承支架 、轴承 、传动轴 、基节连接见 、基节传动件 、 隔离环 、螺栓、螺母 、螺钉、平键 、基节连接键等 ２１个零件 组成 ，尺寸关系是根据各个零件的配合确定的 ，其 中隔离 环 、螺栓、螺母 、螺钉 、平键均为标准件。它一端固定在车体 上 ，一端通过齿轮和腿节产生啮合 。电机转动时 ，由于转子 输出轴与传动轴连接 ，传动轴不动及 电机转子不动 ，这时 在 电机产生的力矩作用下 电机定子带动基节外壳通过轴 承外圈产 生相对于传动轴的转动 ，及实现了整个基节外 壳旋转运动 。基节底板与腿节传动轴 固定连接 ，基节的旋 转运动转化成 了腿节的左右摆动 （电机正转 向前摆动，电 机反转 向后摆动），从而完成蜘蛛机器人 向前伸腿和向后 蹬 腿 的动作 。
Ｈ ４３ 卷 第 ４ 期 ＶｏＩ．４３ Ｎｏ．４
时 代 农 机
ＴＩＭ ＥＳ Ａ ＧＲ｝ＣＵＬＴｕＲＡＬ Ｍ ＡＣＨ ＩＮ ＥＲＹ
八足蜘蛛机器 人 的设 计 与实现
蒋欣 哲
（河南应用技术职业学院 ，河南 郑州 ４５００４２）
２０１６ 年 ４ 月 Ａ ｐｔ．２０ １ ６
摘 要 ：在 自然界 中，蜘蛛 因其独特 的爬行机 理可 以在垂直 的墙壁甚 至倒 立在 天花板上行走 。文章 阐述 了一个运 用仿生 学原理设 计的八足 蜘蛛机 器人 ，最终的蜘蛛机 器人 可模仿 现 实当中蜘蛛 的爬行 方式在 平地进 行爬行运动 ，实 现前进 、后 退、转 弯等动作 ，为进一 步研 究多足步行机 器人提供 了参考 。
１ 机构 设计
运动有足够的工作空间 ，边缘采用局部镂空设计 ，为了使 整体更加美观并且减轻整体重量 ，在机体上对称位置打 孔并在 中间区域切除多余材料 ，使其重量中心尽量集中 在图形的几何 中心上 ，采用 ｕ形连接件与螺栓实现机体 与 足部 的连 接 。
１．１ 整体结构确定 八 足蜘蛛机器人模仿蜘蛛爬行机理，在整体结构设计
电机的种类有多，有普通直流电机 ，减速电机 、步进电 机、舵机和伺服电机。普通 电机有转速过快 ，扭力过小的特 点 ，一般不直接用在智能小 车和机器人上 ；步进 电机的转 速、停止 的位置只取决于脉 冲信号的频率和脉 冲数 ，而不 受 负载变化的影 响，不适合多变得路况 ；伺服 电机能够很
人类研究发现在崎岖不平的路面上 ，与轮式、Baidu Nhomakorabea带式 精确的控制电机 的转动 ，从而实现精确的定位 ，最高精度
移动机器人相比，多足步行机器人具有独特的优越性。多 可以达 ０．Ｏ０１ｍｍ。通过 比较各种电机的性能和用途 ，最终
（３）腿节 。腿节 由从 动齿轮 、主动齿轮 、腿节底板 ，轴 承 、齿轮座等共有 １８个零件组成 ，其中尺寸关系是根据各 个零件的配合关系确定。腿节 电机转动时 ，带动主动齿轮 转动 ，在基节电机不动的情况下及从动齿 （下转第５５页）
５ ３
王 博 ：
动特 性 研
阻 比达到最小值 ０．３２０１；相 比 ＧＩ模型除了在 ２Ｍａ时其余 飞行速度升阻比均有明显提升 。说明 ＧＩＳＢ—Ｓ模型通过将 ＧＩ模型前缘后掠的基础上将栅格翼前后缘进行削尖处理 对栅格翼 的减 阻和提升 气动性能具有 明显作用 。但与 ＧＩ—Ｓ模型相 比，在约大于 １．５Ｍａ时，ＧＩ—ｓ模型表现出更 好 的气 动特 性 。
时采取 ８足结构 ，腿部结构设计采取类似蜘蛛腿部生理结 构 的运 动机构 ，主要模拟 的是第二至第六对附肢共 ８只步 足，每只步足由基节 、腿节 、胫节、足节构成 ，实现了蜘蛛结 构 的仿生 ，仿生蜘蛛机器人的名称也 由此得来 。考虑到机 器人的整体的平稳性 ，机体部分设计没有采用实际蜘蛛类 似椭圆的身体结构 ，而采取了矩形结构。 １．２ 电机 的选择
关键词 ：蜘蛛 ；爬行机理 ；仿 生 学；机 器人
中图分类号 ：ＴＰ２４２
文献标 识码 ：Ａ
文章编号 ：２０９５—９８０Ｘ（２０１６）０４—００５３—０ｌ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｉｇｈｔ－ｆｅｅｔ ｓｐｉｄｅｒ ｒｏｂｏｔ
ＪｌＡＮＧ Ｘ －—ｚｈｅ （Ｈｅｎａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，Ｈｅｎａｎ ４５００４２，Ｃｈｉｎａ）
足步行机器人 的运动轨迹是一系列离散的足印 ，其运动 决定选用伺服电机作为蜘蛛机器人的驱动电机。
时，只需要离散的点接触地面，对环境的破坏程度也较小 ， １．３ 具体结构的设计
可在能到达的地面上选择最优 的支撑点，对崎岖地形的适
（１）机体 。机体整体采用矩形对称结构 ，为了使足部的
应性强 。当然 ，多足步行机器人也存在一些不足之处。比 如 ，多足步行机器人为使腿部能协调稳定的运动 ，其从机 械结构设计到控制系统算法都 比较复杂。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｎａｔｕｒｅ，ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｕｎｉｑｕｅ ｃｒａｗｌｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｔｈｅ ｓｐｉｄｅｒ ｅａｒｌ ｅｖｅｎ ｃｒａｗｌ ｏｎ ｖｅｒ ｔｉｃａｌ ｗａｌｌｓ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｅｘｐｏｕｎｄｓ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ ｌｅｇｇｅｄ ｓｐｉｄｅｒ ｒｏｂｏｔ ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｂｉｏｎｉｃｓ，ｔｈｅ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｓｐｉｄｅｒ ｒｏｂｏｔ ｃａｎ ｉｍｉｔａｔｅ ｃｒａｗｌｉｎｇ ｏｆ ｒｅａｌ ｓｐｉｄｅｒ，ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｍｏｔｉｏｎｓ ｏｆ ｆｏｒｗａｒｄ，ｂａｃｋｗａｒｄ，ｔｕｒｎ ｉｎｇ，ａｎｄ ｏｔ ｈｅｒ ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆ ｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａ ｒｃｈ ｏｎ ｍｕｌｔｉ－ｌｅｇｇｅｄ ｗａｌｋｉｎｇ ｒｏｂｏｔ．
收稿 日期 ：２０１６ ０３—２６ 作者 简介 ：蒋欣 哲（１９８９一），男 ，河 南郑 州人 ，大学本 科 ，助理 实验 师
主 要 研 究 方 向 ：机 电 一体 化 应 用技 术 。
（２）基节 。基节由基节底板 、电机支撑套、磁钢 固定块 、 轴承、轴承支架 、轴承 、传动轴 、基节连接见 、基节传动件 、 隔离环 、螺栓、螺母 、螺钉、平键 、基节连接键等 ２１个零件 组成 ，尺寸关系是根据各个零件的配合确定的 ，其 中隔离 环 、螺栓、螺母 、螺钉 、平键均为标准件。它一端固定在车体 上 ，一端通过齿轮和腿节产生啮合 。电机转动时 ，由于转子 输出轴与传动轴连接 ，传动轴不动及 电机转子不动 ，这时 在 电机产生的力矩作用下 电机定子带动基节外壳通过轴 承外圈产 生相对于传动轴的转动 ，及实现了整个基节外 壳旋转运动 。基节底板与腿节传动轴 固定连接 ，基节的旋 转运动转化成 了腿节的左右摆动 （电机正转 向前摆动，电 机反转 向后摆动），从而完成蜘蛛机器人 向前伸腿和向后 蹬 腿 的动作 。
Ｈ ４３ 卷 第 ４ 期 ＶｏＩ．４３ Ｎｏ．４
时 代 农 机
ＴＩＭ ＥＳ Ａ ＧＲ｝ＣＵＬＴｕＲＡＬ Ｍ ＡＣＨ ＩＮ ＥＲＹ
八足蜘蛛机器 人 的设 计 与实现
蒋欣 哲
（河南应用技术职业学院 ，河南 郑州 ４５００４２）
２０１６ 年 ４ 月 Ａ ｐｔ．２０ １ ６
摘 要 ：在 自然界 中，蜘蛛 因其独特 的爬行机 理可 以在垂直 的墙壁甚 至倒 立在 天花板上行走 。文章 阐述 了一个运 用仿生 学原理设 计的八足 蜘蛛机 器人 ，最终的蜘蛛机 器人 可模仿 现 实当中蜘蛛 的爬行 方式在 平地进 行爬行运动 ，实 现前进 、后 退、转 弯等动作 ，为进一 步研 究多足步行机 器人提供 了参考 。
１ 机构 设计
运动有足够的工作空间 ，边缘采用局部镂空设计 ，为了使 整体更加美观并且减轻整体重量 ，在机体上对称位置打 孔并在 中间区域切除多余材料 ，使其重量中心尽量集中 在图形的几何 中心上 ，采用 ｕ形连接件与螺栓实现机体 与 足部 的连 接 。
１．１ 整体结构确定 八 足蜘蛛机器人模仿蜘蛛爬行机理，在整体结构设计
电机的种类有多，有普通直流电机 ，减速电机 、步进电 机、舵机和伺服电机。普通 电机有转速过快 ，扭力过小的特 点 ，一般不直接用在智能小 车和机器人上 ；步进 电机的转 速、停止 的位置只取决于脉 冲信号的频率和脉 冲数 ，而不 受 负载变化的影 响，不适合多变得路况 ；伺服 电机能够很