可重构机器人设计(附件)
随着科学技术的发展，机器人的应用领域不断扩大，机器人在各类的工作环境中灵活地适应，并发挥着更大的作用。过去的机器人因自身的限制，很难适应各类环境和任务的变化，因此可以通过重新构建机器人来解决这样的问题。我们把它应用在机器人的钻研中，以蚂蚁身体为模型设计了可重构机器人。蚂蚁型可重构机器人可以在繁杂环境和未知环境中进行空间、海底搜索、军事侦察、灾难救援等有重要的理论价值和实际意义。论文主要说明了可重构的机器人和六足机器人的国内外研究的现状，然后总结并且提出本课题的主要内容。根据蚂蚁的身体结构特征,基于机器人机构学,生物机器人设计等方法的运用,自由度和关节尺寸重新组成,并设计、利用三维绘图solidworks将机器人的完全可以建立理模型。在蚂蚁运动特点的基础上,设计出行走的三角步态。关键词 可重构，机器人，六足，建模
目 录
1 绪论1
1.1可重构机器人研究背景及意义2
1.2可重构机器人发展现状2
1.2.1可重构机器人国外发展3
1.2.2可重构机器人国内发展3
1.3国内外六足机器人的研究4
1.4本课题内容5
2 可重构机器人总体结构设计6
2.1引言6
2.2蚂蚁结构特点6
2.3可重构机器人模型的设计7
2.3.1机构模型及其自由度7
2.3.2机器人总体设计8
3 可重构机器人分组模块设计8
3.1电机的选择9
3.2机器人腿部设计10
3.3连接模块的设计11
3.4可重构模块设计17
4 控制系统设计18
4.1可重构机器人的三角步态规划18
4.2可重构机器人的控制系统19
结论22
致谢23
参考文献24
1 绪论
1.1研究的意义及背景
伴随着经济的增加，市场竞争变得愈来愈剧烈。市场的需求也变得更加多样化，更加的不可加以测量。但是每个产品未来都会具有一定的特点。比如：信息量变得巨大，而每个产品都保有自己的个性，生命的周期也逐渐变短。这些特点都会影响机器人的发展， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
而要改变这些特点，就需要对产品进行新的系统规划与要求。目前有以下的两种方法：对于产品设计和组织将使用更大规模的研究及定制生产的规划模式。产品的生产要以族为基点的设计方式，建立各个模块化的平台方式。将单个产物的设计变成模块化单元布局的计划；另一种是加大每个制造体系的柔性，使之具有柔性化。采取大规模的加工中心，提升机器人体系的功效规模。为了满足不同的种类和尺寸的设计与加工，采用全功能的数控设备，这种方式已经取得了较好的效果。但市场竞争日益增长，体系也将愈来愈庞大。这种加大制造系统的柔性和大规模采用的加工中心与设备来使系统复杂性提高已经不能满足需求，因为这种方法的可靠性降低，生产的效率也并不太高。因此今后的发展就将变为可重构的方向，这种方式的效率高，又具有柔性化。
可重构机器人的特性就是可根据外界的环境或是任务的不同而改变自身结构的能力。它动力来源主要是为外部和内部的不同变化。适应不同环境的需求是自身可重构的目的。可重构转变的有以下三种：结构形状的转变，控制系统的转变和组织结构的转变。现如今，机器人的发展愈来愈好，使得机器人的能力愈来愈高，机器人所涉及的领域也变得非常之广。所以人们也会更加深入机器人的研究，来完成更加繁杂的任务。通过不同的编程可以使机器人执行许多不同的任务。然而，由于它们自身结构的局限性，每个机器人都有不同类型的任务。对于特定的任务，机器人的配置要求更高。机器人的结构只能根据任务来选择。但是对与高精度的组装桌面，则需要采用的是另一种水平结构的机械手。但是对于无法预知的一些任务需求，无法选择机器人类型去完成。而是需要多种不同类型的机器人或者机械手去完成。这样的成本更高并且效率也较低，甚至不可以完成任务。因此，这需要机器人结构，可以改变其配置设计，以完成这些困难的任务。基于这样的背景，可重构机器人的设计与研究开始了。
1.2可重构机器人的发展及现状
一般情况下，机器人装备具有柔性。它的控制是通过不同的编程来完成工作和任务。我们所了解的机器人都是基于某种特定的任务而研发。这类便是传统的机器人。然而对于一些工业方面，这样的机器人已经可以基本满足任务的需求。但是随着市场经济的增长。全球化的竞争，对于机器人的要求逐渐增加。机器人所应用到的范围也愈来愈大。所以每个机器人的设计结构的应用任务受到限制。不能我完全满足市场的需求。从而人们对可重构机器人进行研制。可重构机器人，顾名思义，可以转换自己的模块结构，以满足不同任务的需要，适应不同的工作种类。效率更高，成本也较传统机器人低。所以更多研究人员和工业等行业人员对于可重构机器人的设计产生兴趣。
1.2.1国外可重构机器人发展现状
对于可重构机器人的设计，国外早有了钻研。已经开发的体系分为静态和动态两种。可重构这种从字面上的概念可以追寻到很早计算机系统出现的快速切换这个概念中。最早是将普通的模块自动连接到各个手臂端部。在二十世纪八十年代，Toshio Fukuda将上一个概念运用于分子机器人中。这就成为了模块化的机器人。这个分子机器人能够改变自身结构，适应不同的环境。在1989年，美国的一所名叫Carnegie Mellon的大学研制了第一款原理性的机械手样机，它带有可重构的模块化系统Rmms。后来，在此基础上，一些学者进行改进。对它的结构、算法、设计等方面做了深入钻研。于1996年产生了新的系统。在1994年，美国的Grogery又研制出了一种可以变换形状的新型机器人。他也是通过许多个独立的模块构成，但是在其变形后，将模块再进行自动的连接。这种也称为自重构体系的机器人。日本的产品技术研究所在1994年也开发出了一个机械系统。它用多个可以重构的体系能够自动安装。它的优点很多，能够适应多种不同的任务环境，效率极高。如图1所示为美国的斯罗帕路艾尔拖中心在二十世纪九十年代研制的一款机器人。它是可以自重构的机器人。它表现出两种可连续的不同的运动模式，叫做ploybot。它的系统是由硬件模块互换实现，但是需要大量的这种模块。它在功能上具有多样性，可以对多个对象进行操作，它的设计为今后的可重构机器人的发展打下了基础。具备非常大的钻研价值和潜力。就在2002年，马克等人基于上一机器人的设计，研制了一款链式的可自重构体系。这类体系也由多个模块组成，并且只具备一个自由度，如图二所示，它的每一个模块都呈长方体。这款新型的机器人可以构成多足仿生类型的机器人，它的优点是对于环境障碍的问题，可以通过改变不同的运动方式来解决。
目 录
1 绪论1
1.1可重构机器人研究背景及意义2
1.2可重构机器人发展现状2
1.2.1可重构机器人国外发展3
1.2.2可重构机器人国内发展3
1.3国内外六足机器人的研究4
1.4本课题内容5
2 可重构机器人总体结构设计6
2.1引言6
2.2蚂蚁结构特点6
2.3可重构机器人模型的设计7
2.3.1机构模型及其自由度7
2.3.2机器人总体设计8
3 可重构机器人分组模块设计8
3.1电机的选择9
3.2机器人腿部设计10
3.3连接模块的设计11
3.4可重构模块设计17
4 控制系统设计18
4.1可重构机器人的三角步态规划18
4.2可重构机器人的控制系统19
结论22
致谢23
参考文献24
1 绪论
1.1研究的意义及背景
伴随着经济的增加，市场竞争变得愈来愈剧烈。市场的需求也变得更加多样化，更加的不可加以测量。但是每个产品未来都会具有一定的特点。比如：信息量变得巨大，而每个产品都保有自己的个性，生命的周期也逐渐变短。这些特点都会影响机器人的发展， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
而要改变这些特点，就需要对产品进行新的系统规划与要求。目前有以下的两种方法：对于产品设计和组织将使用更大规模的研究及定制生产的规划模式。产品的生产要以族为基点的设计方式，建立各个模块化的平台方式。将单个产物的设计变成模块化单元布局的计划；另一种是加大每个制造体系的柔性，使之具有柔性化。采取大规模的加工中心，提升机器人体系的功效规模。为了满足不同的种类和尺寸的设计与加工，采用全功能的数控设备，这种方式已经取得了较好的效果。但市场竞争日益增长，体系也将愈来愈庞大。这种加大制造系统的柔性和大规模采用的加工中心与设备来使系统复杂性提高已经不能满足需求，因为这种方法的可靠性降低，生产的效率也并不太高。因此今后的发展就将变为可重构的方向，这种方式的效率高，又具有柔性化。
可重构机器人的特性就是可根据外界的环境或是任务的不同而改变自身结构的能力。它动力来源主要是为外部和内部的不同变化。适应不同环境的需求是自身可重构的目的。可重构转变的有以下三种：结构形状的转变，控制系统的转变和组织结构的转变。现如今，机器人的发展愈来愈好，使得机器人的能力愈来愈高，机器人所涉及的领域也变得非常之广。所以人们也会更加深入机器人的研究，来完成更加繁杂的任务。通过不同的编程可以使机器人执行许多不同的任务。然而，由于它们自身结构的局限性，每个机器人都有不同类型的任务。对于特定的任务，机器人的配置要求更高。机器人的结构只能根据任务来选择。但是对与高精度的组装桌面，则需要采用的是另一种水平结构的机械手。但是对于无法预知的一些任务需求，无法选择机器人类型去完成。而是需要多种不同类型的机器人或者机械手去完成。这样的成本更高并且效率也较低，甚至不可以完成任务。因此，这需要机器人结构，可以改变其配置设计，以完成这些困难的任务。基于这样的背景，可重构机器人的设计与研究开始了。
1.2可重构机器人的发展及现状
一般情况下，机器人装备具有柔性。它的控制是通过不同的编程来完成工作和任务。我们所了解的机器人都是基于某种特定的任务而研发。这类便是传统的机器人。然而对于一些工业方面，这样的机器人已经可以基本满足任务的需求。但是随着市场经济的增长。全球化的竞争，对于机器人的要求逐渐增加。机器人所应用到的范围也愈来愈大。所以每个机器人的设计结构的应用任务受到限制。不能我完全满足市场的需求。从而人们对可重构机器人进行研制。可重构机器人，顾名思义，可以转换自己的模块结构，以满足不同任务的需要，适应不同的工作种类。效率更高，成本也较传统机器人低。所以更多研究人员和工业等行业人员对于可重构机器人的设计产生兴趣。
1.2.1国外可重构机器人发展现状
对于可重构机器人的设计，国外早有了钻研。已经开发的体系分为静态和动态两种。可重构这种从字面上的概念可以追寻到很早计算机系统出现的快速切换这个概念中。最早是将普通的模块自动连接到各个手臂端部。在二十世纪八十年代，Toshio Fukuda将上一个概念运用于分子机器人中。这就成为了模块化的机器人。这个分子机器人能够改变自身结构，适应不同的环境。在1989年，美国的一所名叫Carnegie Mellon的大学研制了第一款原理性的机械手样机，它带有可重构的模块化系统Rmms。后来，在此基础上，一些学者进行改进。对它的结构、算法、设计等方面做了深入钻研。于1996年产生了新的系统。在1994年，美国的Grogery又研制出了一种可以变换形状的新型机器人。他也是通过许多个独立的模块构成，但是在其变形后，将模块再进行自动的连接。这种也称为自重构体系的机器人。日本的产品技术研究所在1994年也开发出了一个机械系统。它用多个可以重构的体系能够自动安装。它的优点很多，能够适应多种不同的任务环境，效率极高。如图1所示为美国的斯罗帕路艾尔拖中心在二十世纪九十年代研制的一款机器人。它是可以自重构的机器人。它表现出两种可连续的不同的运动模式，叫做ploybot。它的系统是由硬件模块互换实现，但是需要大量的这种模块。它在功能上具有多样性，可以对多个对象进行操作，它的设计为今后的可重构机器人的发展打下了基础。具备非常大的钻研价值和潜力。就在2002年，马克等人基于上一机器人的设计，研制了一款链式的可自重构体系。这类体系也由多个模块组成，并且只具备一个自由度，如图二所示，它的每一个模块都呈长方体。这款新型的机器人可以构成多足仿生类型的机器人，它的优点是对于环境障碍的问题，可以通过改变不同的运动方式来解决。
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