一种双足机器人的腿部结构设计年级2015【字数：8737】
目前的社会在机器人行业发展拓展的越来越广泛，尽管最近机器人发展迅速，但对于它的运动平衡还有很大的改进空间。本文采用舵机系统驱动人体运动。髋关节、膝关节和踝关节，三个主要的关节进行控制，平衡重量的力矩。负载能力，以满足双足机器人的结构设计，例如，设置可以较小的输出驱动器，以提供更大负载，具有约束问题的优化方法，确定最佳安装位置，在自由度上面设置6自由度，从髋关节、膝关节到踝关节依次设置3个、2个、1个自由度，得到最优设计方案，为机器人的双足结构设计作出巨大的贡献和支持。这篇文章主要引见了大量的国外和国内的文献和资料，根据总体设计方案设计出仿人形的机器人模型，根据绘图软件设计，最终得出三维模型，并在不足的地方进行改正。
目录
1. 绪论 1
1.1 课题简介 1
1.2 国外双足机器人发展史 1
1.3 国内双足机器人发展史 2
1.4 双足机器人的现状和发展趋势 2
2. 双足机器人腿部结构的总体方案设计 4
2.1 总体设计思路 4
2.2 双足机器人腿部结构设计驱动的选择 5
2.2.1 驱动方案的比较和选择 5
2.2.2 舵机的简介 6
2.3 机械部分的材料选择 7
3. 双足机器人腿部结构的详细方案 9
3.1 机械结构自由度的配置 9
3.1.1 人体腿部自由度的介绍 9
3.1.2 六自由度双足竞步机器人自由度的配置 9
3.2 机械结构的设计 10
3.2.1 总体布局设计 10
3.2.2 髋关节结构设计 12
3.2.3 踝关节的结构设计 13
3.2.4 大腿的结构设计 14
3.2.5 小腿结的构设计 15
3.3 连接件的选择计算校核 15
3.4 装配图模型 16
4.总结与展望 18
参考文献 19
致谢 21
绪论
课题简介
当前社会对于双足机器人的研究可以说是影响极深，腿部的结构是影响双足机器人运动能力的重要因素。尽管在现 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
阶段双足机器人已经有了很多的研究，但是研究成果还不是很体系，所以本课题以双足机器人为目标，其中双足机器人的腿部结构便成为了重中之重，在脚部、腿部、机身进行设计[1]。主要是完成双足机器人的腿部的结构设计，用三维设计软件进行绘制建模，做到能够简单的站立行走，并绘出装配图和零件图。
国外双足机器人发展史
双足机器人的研究最早是二战后的美国，在上世纪一名美国工作人员就尝试制作出一太双足机器人。在当时他的研究过程中，没有现在那么多的结构，主要结构也就使踝关节和髋关节两个，并没有其他多余的关节，为了能保持平衡。随后的一年时间里，南斯拉夫一位科学家进行了艰苦卓绝的研究，并且通过MP稳定依据，再加上大量的文献查阅，真正意义上的双足机器人在世界范围内问世[2]。随后大量的机器人工作者和爱好者就纷纷投入到这样的研究中。根据某机器人研究的报告中显示，截止到本世纪初，最少有100个机器人的研究机构和研究人员展开项目的研究，其中就单单日本一个国家就有36个，所以可以看得出来日本在这方面的研究还是相当突出的，在研究成果方面可以说是取得巨大的成果[3]，如图11所示。
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图11国外机器人模型
早在上世纪60年代，因为很多机构所需要的材料有刚度要求，所以佷多时候会使用一些特殊材料制成，这样它里面的零部件就会减少很多的重量，可以在不是那么平稳的路段也能行走。当时的机器人不仅可以像真人一样随意地活动它的脑袋和四肢，而且已经进化到能够模拟人的表情，可以绘制人的喜怒哀乐[4]。
国内双足机器人发展史
我国的第一台双足机器人的产生是在本世纪末，当时设计的是六平面双足型机器人，因为起步晚，而且不够成熟。但是正因如此，才会给接下来的研究带来无限的可能。国内第一台仿人机器人被称作“先行者”，当年国防科技大学制造出来的时候不仅可以站立，还可以缓慢的行走，这在国内的历史上都可以说是一个里程碑，绝大多数情况下并且具有一定的语言功能，实现真正意义上的仿人形[5]。根据消息，在北京中关村最近研制出的双足机器人已经在各方面达到了西方发达国家的水平，并不断的取得进步，信心在不远的将来，机器人行业会越来越蓬勃，如图12所示。
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图12国内机器人模型
双足机器人的现状和发展趋势
这些年来机器人的发展越来越往好的方向发展，机器人行业也逐步的往其它行业拓展，可以算的上是近年来发展起来的新型学科类别，发展越来越宽，当前的研究它正在一步步的往人们的生活中发展，不断的服务于人类[6]。机器人的设计其实是将人能够做的事情极大的解放，而且越来越能够替代流水线般的机械运动，更好的向美好的方向去发展。其实，早在多年前日本的一名研究人员就曾指出机器人的研究最大的一个特征就是它具有行走功能，随着一点点的发展，证明了这一点确实是它的一个重要的特征[7]。其实随着科技的不断发展，机器人行业已经独立出来，并且不断影响着机械、电气、物理等行业。因此仿人形机器人正成为机器人研究中的一个热点，在一定程度上一个国家的高科技发展水平和综合实力可以说取决于机器人这些高端研究的成果。除此以外，双足机器人的价值不仅对学术上有重大的影响，对于生活上也有很多促进的地方[8]。
机器人尽管在全世界都掀起了一番热潮，但是对于双足机器人人性化的发展还是有很大的发展空间，这也是为什么到现在为止双足机器人还没有进入我们的生活之中。综合研究现状，双足机器人还是有很大的发展方向，因此我列举了几项在今后机器人行业的重点发展方向[9]。
(1)控制稳定性：从世界上第一台双足机器人到中国生产的第一台机器人，都存在稳定性差这个问题，尽管机器人已经发展多年，但这个问题一直没有找到很好的解决方案，以后必须将控制面板和稳定结合才是出路，只有将上述的几个问题解决机器人才有可能不断进步，进入到人们的生活，而且只有这样才会有机会不断的提高发展的水平。本世纪初在苏州的机器人大赛上，双足机器人所展现的不仅可以直立站立，而且可以被控制，在途中就算是跌倒了也能够再控制下完成比赛[10]。
(2)对于新型驱动器的开发：双足机器人的驱动和制造其中一个重要的参数就是自由度，一个机器人当它的自由度多的时候，自然那它的一系列动作也会变得越来越顺畅，越来越协调，越来越自然。但是与此同时，我们知道自由度的增多同时也会对机构设计的要求也会不断的增多，同时我也相信在今后还会有更多的驱动方式会接踵而来，不断的升华我们的生活[11]。
目录
1. 绪论 1
1.1 课题简介 1
1.2 国外双足机器人发展史 1
1.3 国内双足机器人发展史 2
1.4 双足机器人的现状和发展趋势 2
2. 双足机器人腿部结构的总体方案设计 4
2.1 总体设计思路 4
2.2 双足机器人腿部结构设计驱动的选择 5
2.2.1 驱动方案的比较和选择 5
2.2.2 舵机的简介 6
2.3 机械部分的材料选择 7
3. 双足机器人腿部结构的详细方案 9
3.1 机械结构自由度的配置 9
3.1.1 人体腿部自由度的介绍 9
3.1.2 六自由度双足竞步机器人自由度的配置 9
3.2 机械结构的设计 10
3.2.1 总体布局设计 10
3.2.2 髋关节结构设计 12
3.2.3 踝关节的结构设计 13
3.2.4 大腿的结构设计 14
3.2.5 小腿结的构设计 15
3.3 连接件的选择计算校核 15
3.4 装配图模型 16
4.总结与展望 18
参考文献 19
致谢 21
绪论
课题简介
当前社会对于双足机器人的研究可以说是影响极深，腿部的结构是影响双足机器人运动能力的重要因素。尽管在现 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
阶段双足机器人已经有了很多的研究，但是研究成果还不是很体系，所以本课题以双足机器人为目标，其中双足机器人的腿部结构便成为了重中之重，在脚部、腿部、机身进行设计[1]。主要是完成双足机器人的腿部的结构设计，用三维设计软件进行绘制建模，做到能够简单的站立行走，并绘出装配图和零件图。
国外双足机器人发展史
双足机器人的研究最早是二战后的美国，在上世纪一名美国工作人员就尝试制作出一太双足机器人。在当时他的研究过程中，没有现在那么多的结构，主要结构也就使踝关节和髋关节两个，并没有其他多余的关节，为了能保持平衡。随后的一年时间里，南斯拉夫一位科学家进行了艰苦卓绝的研究，并且通过MP稳定依据，再加上大量的文献查阅，真正意义上的双足机器人在世界范围内问世[2]。随后大量的机器人工作者和爱好者就纷纷投入到这样的研究中。根据某机器人研究的报告中显示，截止到本世纪初，最少有100个机器人的研究机构和研究人员展开项目的研究，其中就单单日本一个国家就有36个，所以可以看得出来日本在这方面的研究还是相当突出的，在研究成果方面可以说是取得巨大的成果[3]，如图11所示。
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图11国外机器人模型
早在上世纪60年代，因为很多机构所需要的材料有刚度要求，所以佷多时候会使用一些特殊材料制成，这样它里面的零部件就会减少很多的重量，可以在不是那么平稳的路段也能行走。当时的机器人不仅可以像真人一样随意地活动它的脑袋和四肢，而且已经进化到能够模拟人的表情，可以绘制人的喜怒哀乐[4]。
国内双足机器人发展史
我国的第一台双足机器人的产生是在本世纪末，当时设计的是六平面双足型机器人，因为起步晚，而且不够成熟。但是正因如此，才会给接下来的研究带来无限的可能。国内第一台仿人机器人被称作“先行者”，当年国防科技大学制造出来的时候不仅可以站立，还可以缓慢的行走，这在国内的历史上都可以说是一个里程碑，绝大多数情况下并且具有一定的语言功能，实现真正意义上的仿人形[5]。根据消息，在北京中关村最近研制出的双足机器人已经在各方面达到了西方发达国家的水平，并不断的取得进步，信心在不远的将来，机器人行业会越来越蓬勃，如图12所示。
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图12国内机器人模型
双足机器人的现状和发展趋势
这些年来机器人的发展越来越往好的方向发展，机器人行业也逐步的往其它行业拓展，可以算的上是近年来发展起来的新型学科类别，发展越来越宽，当前的研究它正在一步步的往人们的生活中发展，不断的服务于人类[6]。机器人的设计其实是将人能够做的事情极大的解放，而且越来越能够替代流水线般的机械运动，更好的向美好的方向去发展。其实，早在多年前日本的一名研究人员就曾指出机器人的研究最大的一个特征就是它具有行走功能，随着一点点的发展，证明了这一点确实是它的一个重要的特征[7]。其实随着科技的不断发展，机器人行业已经独立出来，并且不断影响着机械、电气、物理等行业。因此仿人形机器人正成为机器人研究中的一个热点，在一定程度上一个国家的高科技发展水平和综合实力可以说取决于机器人这些高端研究的成果。除此以外，双足机器人的价值不仅对学术上有重大的影响，对于生活上也有很多促进的地方[8]。
机器人尽管在全世界都掀起了一番热潮，但是对于双足机器人人性化的发展还是有很大的发展空间，这也是为什么到现在为止双足机器人还没有进入我们的生活之中。综合研究现状，双足机器人还是有很大的发展方向，因此我列举了几项在今后机器人行业的重点发展方向[9]。
(1)控制稳定性：从世界上第一台双足机器人到中国生产的第一台机器人，都存在稳定性差这个问题，尽管机器人已经发展多年，但这个问题一直没有找到很好的解决方案，以后必须将控制面板和稳定结合才是出路，只有将上述的几个问题解决机器人才有可能不断进步，进入到人们的生活，而且只有这样才会有机会不断的提高发展的水平。本世纪初在苏州的机器人大赛上，双足机器人所展现的不仅可以直立站立，而且可以被控制，在途中就算是跌倒了也能够再控制下完成比赛[10]。
(2)对于新型驱动器的开发：双足机器人的驱动和制造其中一个重要的参数就是自由度，一个机器人当它的自由度多的时候，自然那它的一系列动作也会变得越来越顺畅，越来越协调，越来越自然。但是与此同时，我们知道自由度的增多同时也会对机构设计的要求也会不断的增多，同时我也相信在今后还会有更多的驱动方式会接踵而来，不断的升华我们的生活[11]。
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