基于六自由度双足机器人机械设计.doc

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1、技师学院工业自动化系11届预备技师毕业设计（论文）论文名称：基于六个自由度双足机器人机械设计姓名：志军专业班级：11届电维预备技师班指导教师：王耀龙、许楠日期：2011年6月3日成绩：□优□良□中□及格□不及格容摘要本文介绍了一款由6个舵机搭建的小型双足机器人，其中包含机器人实体部分的设计与实现，系统设计与实现方法、机械结构的设计与制作、动力源的选择与控制，并对舵机的工作原理作了简要分析。本设计完成了双足机器人的实体部分，机器人可进行一些简单的动作。关键词：双足机器人;6自由度;舵机目录第1章序言11.1双足机器人现状11.2本课题研究意义11.3本论

2、文主要容1第2章双足步行机器人总体分析22.1目标定位22.2自由度的选择22.3外形构想方案22.4材料选择3第3章结构设计43.1元件选择43.2关节结构三维设计图63.3零件三位模型组合设计说明103.4三维模型装配说明13第4章步态动作规划184.1步态规划的概念184.2步态规划的方法184.3步态设计184.4舵机旋转角度参数194.5调试20第5章结束语225.1结论225.2展望22致25参考文献26附录27第1章序言1.1双足机器人现状随着世界第一台工业机器人1962年在美国诞生，机器人已经有了三十多年的发展史。三十多年来，机器人由工

3、业机器人到智能机器人，成为21世纪具有代表性的高新技术之一，其研究涉及的学科涵盖机械、电子、生物、传感器、驱动与控制等多个领域。世界著名机器人学专家，日本早稻田大学的加藤一郎教授说过：“机器人应当具有的最大特征之一是步行功能。”双足机器人属于类人机器人，典型特点是机器人的下肢以刚性构件通过转动副联接，模仿人类的腿及髋关节、膝关节和踝关节，并以执行装置代替肌肉，实现对身体的支撑及连续地协调运动，各关节之间可以有一定角度的相对转动。双足机器人不仅具有广阔的工作空间，而且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，其步行性能是其它步行结构无

4、法比拟的。研究双足行走机器人具有重要的意义。1.2本课题研究意义l通过技能训练，了解机器人机构及控制系统设计的基础知识；l掌握机器人系统中元部件的正确选择方法和特性参数的确定；l培养学生对所学知识的综合应用，理论联系实际的能力；l培养学生的动手能力和实际操作能力；本课题设计的机器人不仅适合学校教学研究，学生专题创作及享受机器人组装带来的乐趣，而且可以作为机器人二次开发的平台，参加各类机器人比赛。1.3本论文主要容1.3.1主要容：1）、机器人结构设计；2）、六自由度机器人步态规划；3）、未来机器人展望；1.3.2训练形式学生以小组为单位，集体讨论确定整

5、体方案；指导教师给出实训方向，技术指标等，协助学生完成训练任务。第2章双足步行机器人总体分析引言要设计和开发一个步行机器人，首先应该对其进行总体分析和设计，确定步行机器人的功能、基本结构和系统配置等。本章重点研究步行机器人的总体结构。2.1目标定位步行机器人的研究的难点主要表现在如下两个方面：腿部结构的设计非常复杂，因为要考虑结构的紧凑、轻巧，要求较高的关节力矩、较大的关节活动围和有效而安全的控制方法。正是由于这种情况的存在，双足机器人成为近年来研究的热点，具有十分重要的科学研究价值。同时由于双足机器人越来越广泛的应用于生产生活中，所以它也具有很高的生

6、产价值和商业价值。通过上述的分析，我们课题小组决定研制一款步行机器人。这款机器人不仅能够满足类人型步态行走、做一些简单动作，而且是一款很适合学生参与、研究、学习的机器人，能够满足学校教学研究作为机器人二次开发的平台。2.2自由度的选择要使双足机器人实现人类的一些动作，那么双足步行机器人必须有它的独特性。事实上，关于运动灵活性，人类大约拥有四百个左右的自由度。因此，机器人的关节的选择、自由度的确定是很必要的，步行机器人自由度的配置对其结构有很大影响。自由度越少，结构越简单，可实现功能越少，控制起来相对简单；自由度越多，结构越复杂，可实现功能越多，控制过程

7、相对复杂。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(向前)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，髋关节与踝关节必须各自配置有1个自由度以配合实现支撑腿、上躯体的移动和实现重心转移。另外膝关节处配置1个俯仰自由度能够调整摆动腿的着地高度，保证步行时落足平稳。这样最终决定髋关节配置1个自由度，膝关节配置1个俯仰自由度，踝关节配置有1个偏转自由度。这样，每条腿配置3个自由度，两条腿共6个自由度。髋关节和

8、膝关节俯仰自由度共同协调动作可完成机器人的在纵向平面(前进方向)的直线行走功能；踝关节的偏转自