仿生六足机器人行走机构平台设计院
摘 要随着科技的发展，人类对机器人的研究越来越频繁，特别是对爬行机器人的研究，并逐渐应用到生活中去，在很大程度上减少了人类的劳动力，也正是这个原因，人类对机器人的设计也越来越多样化。本篇论文本文通过上网查阅资料及书籍，阐述了研究课题的背景、目的及发展趋势。根据任务书的设计要求，对六足机器人的整体结构框架做出设计，使其能够负载100kg。同时从仿生学方面对仿生学机器人做了简单的介绍以及对六足机器人的步态做出研究，并确定采用三角步态，确定六足机器人的足的结构及足的分布，每个足采用2自由度分析了步态稳定性，控制部分采用单片机控制，通过对12个电机的控制，从而使六足机器人在已知平面内实现直线行走。总体设计包括了机器人机身的尺寸设计，腿部结构与连接设计，控制系统的硬件连接图，并用C语言进行编程。
目 录
第一章绪论 1
1.1 课题研究的背景及目的 1
1.2 仿生机器人的研究现状及发展趋势 1
第二章 仿生六足机器人整体方案设计 4
2.1 基本设计思路 4
2.2 仿生六足机器人的组成 4
2.3 设计方案的定型 5
第三章 仿生六足机器人的步态设计 7
3.1 步态的参数描述 7
3.2 步态规划 7
3.3 三角步态运动原理 7
3.4机器人行走步态分析 7
第四章 仿生六足机器人腿部结构设计 9
4.1 腿部设计 9
4.1.1 大腿和机身连接设计 9
4.1.2 小腿和大腿连接 10
4.2 六足机器人装配图 11
第五章 仿生六足机器人驱动机构设计 12
5.1 传动机构设计 12
5.2 电机的选择 12
第六章 仿生六足机器人控制系统设计 14
6.1控制系统的基本组成框图 14
6.2 控制系统硬件方案设计 14
6.2.1 传感器的选择 14
6.2.2 控制器的选型及设计 15
6.2.3 控制系统硬件连接图 17
6.3 控制系统软件设计 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
6.3.1 系统流程图 18
6.3.2 程序编程 19
结束语 22
致谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1课题研究的背景及目的
早在几千年前，机器人这个概念就已经在人们的头脑里形成了，人们通过各种方式制造出各种各样的机器，从而方便代替人从事各种工作，最典型的就是代替人类搬运，在极大程度上方便了人们的生活。有人说机器人的出现代表着人类智慧的结晶的凝结，而事实也确实称得上，回顾历史，早期便有了木马车，不管物体有多重或者体积有多么庞大，都可以用木马车运走，转眼到现代，又有瓦特发明的蒸汽机车。到后来，便有人对机器人进行了深入的研究，并开创了机器人学，随着对机器人学的不断拓展，机器人学领域的范围也逐渐扩大，包含了很多门的学科，同时也促进了各个学科的相互融合，因为机器人学得到发展，所以才促进了机器人技术的发展，也正是因为这样，人们对机器人的研究才得到了快速的发展与成功。
随着人类技术水平和经济水平的提高，人类对机器人的研究也趋向复杂、实用和智能化，人类对机器人的寄托也越来越多，这将意味着机器人时代是如今这个社会所面向的必然方向。机器人发展的多样化标志着机器人工作领域的多样化，现在好多领域的机器人都应用了智能系统，这对机器人来说可是一个至关重要的优势，因为机器人可以依靠这方面的优势来适应周边的环境，从而使其最大化的达到运作的效果。机器人的行走方式也变得越来越多样化，这将意味着不论面对多么恶劣的地表状况，机器人都可以实现行走，最典型的有足式、轮式和履带式机器人。不会很久，机器人在各个领域出现的次数将会越来越频繁，最典型的就是替代人类搬运、探索人类难以到达的领域。例如代替人类从事矿洞内的煤块搬运以及被伐树木后的搬运工作等等，在过去的诸多岁月中，机器人一直受到广泛的关注与研究，国内国外都很受欢迎，这几年我国大力发展航天事业，随着我国对太空事业的投入，由于人类难以长时间在太空生存，所以先期的登月行动将由机器人替代，并且机器人能很好的适应环境。因此，开展机器人的研究具有十分重要的科学意义和应用价值，不仅对社会产生很大的经济效益，也能促进我国航天事业的发展,中国要想再次崛起，实现中华民族的复兴，必须大力发展工业，而其中重要的一个战略高地，就是机器人领域。
1.2仿生机器人的研究现状及发展趋势
仿生学是一门既古老又年轻的学科。自古以来，大自然中的一切生物及现象都是人类用来创造发明的重大依据，人们通过研究生物的行走方式、状态变化，将其模仿并应用到生活中去。可是须知，大自然气态万千，生活在大自然里的生物也是在进化的，更多的是随着环境的变化而变化。虽然说是人类在工作中发明了劳动工具，但其实更多的是劳作让人类发明了这样的工具，这就是人类聪明的地方，同时也说明了人们善于观察并且灵活运用，就这样，随着时间的推移，人们通过不断地观察与研究，创造出许多伟大的工具。时间的推移也成就了技术水平的提高，好多有才之士竞相迸发，在上个世界，就有人提出研究生物系统是未来发展的必然趋势之一这个说法，也就是说，将生物作为思考跟创造的源泉，随着生物学家的不断涌现，各种新的创新也逐渐问世，通过不断地融合，那些技术都发生了质的飞越，此外，生物学也逐渐跟其他学科进融合，经过不断创新和改革，生物学也逐渐成为各个领域的龙头，最典型的就是航空航天领域，从诞生到发展，仿生学在仿生中的研究已经发生了巨大变化，再到现在短短几年的时间内，它的研究成果已经非常令人惊讶，就像仿生机器人。
仿生机器人是近十几年来出现的新型机器人，它是仿生学与先进科学技术在机器人领域的一项伟大结合的产物，是机器人发展的最高阶段。仿生机器人，顾名思义，它的创造是来源于模仿，就是模仿自然界中动物的行走方式，又或者是其他一些特征。虽说机器人的发展越来越快，但在今时今日，科技水平也在不断提高，人们对生物的研究也将更深入。随着人们的要求越来越高，智能化以及高的灵活性将成为必然条件之一，也正是因为这样，人们越来越重视对仿生机器人的研究，然而只有不断改革与创新，才能取得更高的成就。
目前，关于仿生机器人的研究已经取得了相当多的成果，2004年8月召开的IEEE年会也提出了“仿生机器人成主角”的论断。而这一论断也逐渐得到时间的证实，不论在工农业还是在非制造业，仿生机器人的出现次数都频繁增加，这更加说明了人们对仿生机器人的认可以及发展前景，特别是非制造业，众所周知，现在好多人残疾人都会采用装戴假肢来弥补自身的不足，毫无疑问，这将会是发展仿生机器人的一个主要方向。此外，现在好多国家都在致力于对足式机器人的研究，研究较多的有双足、四足和六足机器人，而且早多年前，美国已经有相关实验的成功，并获得好评，像那种身体较小而又相当灵活的机器人，非常适合勘探彗星、小行星等天体。
科学技术是机器人技术进步的阶梯，机器人的发展是建立在科学技术之上的，科学技术的进步可以将机器人技术带入一个更高的层次。随着需求的改变以及技术的提高，仿生机器人的未来发展方向也包括以下几个方面：
目 录
第一章绪论 1
1.1 课题研究的背景及目的 1
1.2 仿生机器人的研究现状及发展趋势 1
第二章 仿生六足机器人整体方案设计 4
2.1 基本设计思路 4
2.2 仿生六足机器人的组成 4
2.3 设计方案的定型 5
第三章 仿生六足机器人的步态设计 7
3.1 步态的参数描述 7
3.2 步态规划 7
3.3 三角步态运动原理 7
3.4机器人行走步态分析 7
第四章 仿生六足机器人腿部结构设计 9
4.1 腿部设计 9
4.1.1 大腿和机身连接设计 9
4.1.2 小腿和大腿连接 10
4.2 六足机器人装配图 11
第五章 仿生六足机器人驱动机构设计 12
5.1 传动机构设计 12
5.2 电机的选择 12
第六章 仿生六足机器人控制系统设计 14
6.1控制系统的基本组成框图 14
6.2 控制系统硬件方案设计 14
6.2.1 传感器的选择 14
6.2.2 控制器的选型及设计 15
6.2.3 控制系统硬件连接图 17
6.3 控制系统软件设计 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
6.3.1 系统流程图 18
6.3.2 程序编程 19
结束语 22
致谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1课题研究的背景及目的
早在几千年前，机器人这个概念就已经在人们的头脑里形成了，人们通过各种方式制造出各种各样的机器，从而方便代替人从事各种工作，最典型的就是代替人类搬运，在极大程度上方便了人们的生活。有人说机器人的出现代表着人类智慧的结晶的凝结，而事实也确实称得上，回顾历史，早期便有了木马车，不管物体有多重或者体积有多么庞大，都可以用木马车运走，转眼到现代，又有瓦特发明的蒸汽机车。到后来，便有人对机器人进行了深入的研究，并开创了机器人学，随着对机器人学的不断拓展，机器人学领域的范围也逐渐扩大，包含了很多门的学科，同时也促进了各个学科的相互融合，因为机器人学得到发展，所以才促进了机器人技术的发展，也正是因为这样，人们对机器人的研究才得到了快速的发展与成功。
随着人类技术水平和经济水平的提高，人类对机器人的研究也趋向复杂、实用和智能化，人类对机器人的寄托也越来越多，这将意味着机器人时代是如今这个社会所面向的必然方向。机器人发展的多样化标志着机器人工作领域的多样化，现在好多领域的机器人都应用了智能系统，这对机器人来说可是一个至关重要的优势，因为机器人可以依靠这方面的优势来适应周边的环境，从而使其最大化的达到运作的效果。机器人的行走方式也变得越来越多样化，这将意味着不论面对多么恶劣的地表状况，机器人都可以实现行走，最典型的有足式、轮式和履带式机器人。不会很久，机器人在各个领域出现的次数将会越来越频繁，最典型的就是替代人类搬运、探索人类难以到达的领域。例如代替人类从事矿洞内的煤块搬运以及被伐树木后的搬运工作等等，在过去的诸多岁月中，机器人一直受到广泛的关注与研究，国内国外都很受欢迎，这几年我国大力发展航天事业，随着我国对太空事业的投入，由于人类难以长时间在太空生存，所以先期的登月行动将由机器人替代，并且机器人能很好的适应环境。因此，开展机器人的研究具有十分重要的科学意义和应用价值，不仅对社会产生很大的经济效益，也能促进我国航天事业的发展,中国要想再次崛起，实现中华民族的复兴，必须大力发展工业，而其中重要的一个战略高地，就是机器人领域。
1.2仿生机器人的研究现状及发展趋势
仿生学是一门既古老又年轻的学科。自古以来，大自然中的一切生物及现象都是人类用来创造发明的重大依据，人们通过研究生物的行走方式、状态变化，将其模仿并应用到生活中去。可是须知，大自然气态万千，生活在大自然里的生物也是在进化的，更多的是随着环境的变化而变化。虽然说是人类在工作中发明了劳动工具，但其实更多的是劳作让人类发明了这样的工具，这就是人类聪明的地方，同时也说明了人们善于观察并且灵活运用，就这样，随着时间的推移，人们通过不断地观察与研究，创造出许多伟大的工具。时间的推移也成就了技术水平的提高，好多有才之士竞相迸发，在上个世界，就有人提出研究生物系统是未来发展的必然趋势之一这个说法，也就是说，将生物作为思考跟创造的源泉，随着生物学家的不断涌现，各种新的创新也逐渐问世，通过不断地融合，那些技术都发生了质的飞越，此外，生物学也逐渐跟其他学科进融合，经过不断创新和改革，生物学也逐渐成为各个领域的龙头，最典型的就是航空航天领域，从诞生到发展，仿生学在仿生中的研究已经发生了巨大变化，再到现在短短几年的时间内，它的研究成果已经非常令人惊讶，就像仿生机器人。
仿生机器人是近十几年来出现的新型机器人，它是仿生学与先进科学技术在机器人领域的一项伟大结合的产物，是机器人发展的最高阶段。仿生机器人，顾名思义，它的创造是来源于模仿，就是模仿自然界中动物的行走方式，又或者是其他一些特征。虽说机器人的发展越来越快，但在今时今日，科技水平也在不断提高，人们对生物的研究也将更深入。随着人们的要求越来越高，智能化以及高的灵活性将成为必然条件之一，也正是因为这样，人们越来越重视对仿生机器人的研究，然而只有不断改革与创新，才能取得更高的成就。
目前，关于仿生机器人的研究已经取得了相当多的成果，2004年8月召开的IEEE年会也提出了“仿生机器人成主角”的论断。而这一论断也逐渐得到时间的证实，不论在工农业还是在非制造业，仿生机器人的出现次数都频繁增加，这更加说明了人们对仿生机器人的认可以及发展前景，特别是非制造业，众所周知，现在好多人残疾人都会采用装戴假肢来弥补自身的不足，毫无疑问，这将会是发展仿生机器人的一个主要方向。此外，现在好多国家都在致力于对足式机器人的研究，研究较多的有双足、四足和六足机器人，而且早多年前，美国已经有相关实验的成功，并获得好评，像那种身体较小而又相当灵活的机器人，非常适合勘探彗星、小行星等天体。
科学技术是机器人技术进步的阶梯，机器人的发展是建立在科学技术之上的，科学技术的进步可以将机器人技术带入一个更高的层次。随着需求的改变以及技术的提高，仿生机器人的未来发展方向也包括以下几个方面：
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