擬人步行機器人的設計【10張CAD圖紙+PDF圖】

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1 緒論 1.1 課題的研究意義 1.2 擬人步行機器人的發(fā)展及技術 1.3 擬人步行機器人優(yōu)點及國內外研究概況 2 擬人步行機器人的本體結構設計 2.1 引言 2.2 擬人步行機器人的結構設計 2.3 擬人步行機器人的自由度配置 2.4 驅動方式的選擇 3 擬人步行機器人的結構設計 3.1 總體結構圖 3.2 頭部的部件圖 3.3 身體部分部件圖 3.4 身體腿部部件圖 35 身體腳部件圖 結束語 致謝 參考文獻 擬人步行機器人的設計方案 雙足步行機器人本體的機械結構是研究機器人的基礎，結構的好壞直接影響到機器人后續(xù)的研究工作。以雙足類人結構特征為基礎，各研究結構研制的雙足機器人在自由度，驅動方式，重量，高度與結構特征等方面都存在很大的差異。機器人結構的不同，其控制的方式也有所不同。 兩足步行機器人是對人類自身的模仿，但是人類總共有上肢52對，下肢62對，背部112對，胸部52對，腰部8對，頸部16對，頭部25對之多的肌肉。從目前的科學發(fā)展情況來看，要控制具有400個雙作用式促進器的多變量系統(tǒng)是不可能的，因此，在設計步行機械時，人們只考慮移動的基本功能。例如，只考慮在平地或者具有已知障礙物的情況下的步行。鄭元芳博士從仿生學的角度對類人機器人的腿部自由度配置進行了深入的研究，得出關節(jié)扭矩最小條件下兩足步行機器人的自由度配置。他認為髖部和踝部設兩個自由度，可使機器人在不平地面上站立，骸部再加一個扭轉自由度，可改變行走方向，踝關節(jié)處加一個旋轉自由度可使腳板在不規(guī)則表面上落地，這樣機器人的腿部需要有7×2個自由度(骸關節(jié)3個，膝關節(jié)1個，踝關節(jié)3個)。但是，無論現(xiàn)在的兩足步行機器人還是擬人機器人都還只能在規(guī)則路面上行走，所以各研究機構都選擇了6×2個自由度(踝關節(jié)3個，膝關節(jié)1個，踝關節(jié)2個)，如:哈爾濱工業(yè)大學的HIT-m、國防科技大的“先行者”、本田公司的AsIMO和索尼公司的SDR和QRIO。具有6×2個自由度的機器人的機械結構和控制都特別的復雜。按照在能完成研究目標的情況下，自由度最少的設計原則，在過去的四十年中，為了不同的研究目標，人們設計了許多具有不同自由度的兩足步行機器人，按照行走過程中的穩(wěn)定方式，兩足步行機器人一般分為三類: (1) 靜態(tài)機器人，這類步行機器人的COM(Censer of Mass)始終處于支撐多邊形(單腳支撐期為支撐腳的輪廓線，雙腳支撐期為兩只腳的外邊沿所圍成的凸多邊形)內，所以只能實現(xiàn)靜態(tài)行走； (2) 動態(tài)機器人，這類步行機器人有踝關節(jié)，依靠踝關節(jié)來保證它的ZMP點(Zero Momeni Censer)始終處于支撐多邊形內，所以可以實現(xiàn)靜態(tài)行走和動態(tài)行走； (3) 全動態(tài)機器人，這類步行機器人的踝關節(jié)沒有驅動，甚至沒有踝關節(jié)所以，支撐多邊形在單腳支撐期縮小成一個點，在雙腳支撐期縮小為一條線段，所以，這類機器人不能保持靜態(tài)平衡，只能實現(xiàn)動態(tài)行走[8， 9]。 自由度數(shù)最少的兩足步行機器人只有一個自由度，如圖2.1所示。這類機器人沒有軀干，兩條腿直接鉸鏈在一起。這類機器人理論上只有一個自由度，實際上，為了防止擺動腿擺動時和地面干涉，這兩條腿都必須是可以伸縮的。加上這兩個平移自由度，這個機器人實際上有3個自由度。它的運動學模型是平面的，沒有側向運動，在徑向平面內的運動象一個兩腳圓規(guī)。在雙腳支撐期，沒有冗余自由度。這類兩足步行機器人不能保持靜態(tài)平衡，屬于完全動態(tài)機器人，在僅受重力作用時，可以在斜面上行走。 圖1 一個自由度的兩足步行機器人 雙足機器人的自由度配置 我們設計了一個雙足步行機器人模型，如圖2所示。顯著的結構特征就是采用多關節(jié)型結構。行走機構能實現(xiàn)平地前后行、爬斜坡等功能。動力源采用舵機直接動，這樣不但可以實現(xiàn)結構緊湊、傳動精度高以及大大增加關節(jié)所能達到的最大角度，而且驅動源全為電機，便于集中控制和程序化控制。 圖3 雙足步行機器人模型 圖3模仿人類，肩關節(jié)三個自由度，前向和側向自由度，一般不考慮轉動的自由度。肘關節(jié)兩個自由度前向和側向自由度，腕關節(jié)一個自由度。踝關節(jié)有兩個自由度，前向和側向自由度:膝關節(jié)只有一個前向自由度，髖關節(jié)處要模擬人類髖關節(jié)行為理論上要求有三個正交的自由度，但在機器人直線前進時只需要正交的前向和側向自由度，同樣不考慮[5， 6]。 畢 業(yè) 設 計（論 文） 設計(論文)題目：擬人步行機器人的設計 學生姓名： 指導教師： 二級學院： ?！　I(yè)： 班　　級： 學　　號： 提交日期： 年 月 日 答辯日期： 年 月 日 金陵科技學院學士學位論文 目錄 目 錄 摘 要 III Abstract IV 1 緒論 1 1.1 國外仿人機器人的介紹 1 1.1.1 HODON仿人機器人 1 1.1.2 HRP仿人機器人 2 1.1.3 索尼仿人機器人 2 1.1.4 韓國仿人機器人KHR 3 1.2 國內仿人機器人的研究 4 1.2.1 “先行者”仿人機器人 4 1.2.2 BHR-01仿人機器人 5 2 擬人步行機器人本體結構設計分析 6 2.1 確定基本技術參數(shù) 6 2.2 擬人步行機器人的結構分析 6 2.3擬人步行機器人的自由度配置 9 2.4 驅動方式的選擇和舵機工作原理 11 2.4.1 驅動方式的選擇 11 2.4.2 舵機的工作原理 12 3 擬人步行機器人圖 13 3.1 總體結構三維圖 13 3.2 臂部結構三維 15 3.3 部分零件三維圖 15 總 結 18 參考文獻 19 致 謝 20 19 金陵科技學院學士學位論文 摘要 擬人步行機器人的設計 摘 要 機器人屬于機電一體化系列產品之一，擬人步行機器人已經成為當今科學家專家們的研究重要對象。擬人步行機器人的設計研究深入到各個領域，比如機械、電子、信息論、人工智能、生物學以及計算機等諸多學科知識，機器人的發(fā)展同時也促成了這些學科的發(fā)展。 本文對一種使用在擬人步行機器人結構進行設計，并完成總裝配圖和零件圖的繪制。要求對機器人模型進行分析，估算各關節(jié)所需轉矩和功率，完成鴕機的選型。 關鍵詞：機械臂，結構設計，擬人步行機器人，鴕機 金陵科技學院學士學位論文 Abstract Anthropomorphic Walking Robot Design Abstract Robot is a typical mechatronic products, anthropomorphic robot walking robot is a hot research field. Anthropomorphic walking robot requires a combination of mechanical, electronic, information theory, artificial intelligence, biology and computer knowledge, and many other disciplines, while its own development but also promote the development of these disciplines. This paper, an anthropomorphic walking robot for use in structural design, and complete drawing and part drawing general assembly drawings. Requirements for the robot model is analyzed to estimate the required torque and power of each joint, complete selection of ostrich machine. Keywords: arm, structural design, anthropomorphic walking robot, ostrich machine... 金陵科技學院學士學位論文 1 緒論 1 緒論 1.1 國外仿人機器人的介紹 在機器人，美國是機器人的第一項研究中，但日本后來居上，優(yōu)良的機械技術和半導體結合起來，在這方面，美國是世界上第一臺機器人。目前，80％的在日本機器人全世界生產。人形機器的發(fā)展始于20世紀60年代末，只有三，四十年本世紀。然而，研究進展迅速人形機器人。許多科學家都參與了這方面的研究已經成為在機器人研究領域中最重要的項目之一。許多國家在國際研究，但每個國家都有其自身的特點：日本傾向于模仿人類的??活動，主要是在歐洲，醫(yī)療服務，特別是在美國用于軍事目的。 1.1.1 HODON仿人機器人 根據(jù)最有影響力的本田人形機器人人形機器人。 1996年，當?shù)诙咎镱惾藱C器人原型P2（圖1.1A），他的秘密（高度1820毫米，寬度600毫米的機身重量210千克，共出版的成功開發(fā)出來后10年30自由度），健身震驚國際機器人。 P2是世界無限制的樓梯往下走的第一個人形機器人。研究P2跳下機器人兩足步行推向了高潮，使得本田在這一領域的絕對的世界領先地位。 1997年12月本田（1800毫米高度1600從原來的210公斤毫米減壓130千克）發(fā)布P3型雙足機器人（圖1.1B）和P2型相差無幾，但重量減輕和高度以及使用新材料鎂[3]。 2000年，P2和P3 ASIMO（圖1.1C），1200毫米高450毫米的機身寬度問世的縮小版，重物52公斤，有26個自由度，不僅為步行，爬樓梯，各種聲音識別，也由攝像機頭捕獲的圖像和預先設計的程序來識別各種手勢和身體動作10個不同的面。 跑步人形機器人，以最新的技術。一旦在一定的時間段的執(zhí)行，用他的腳關同時地面期間的機器人。目前，ASIMO的腳從地面到0.08s，新一代50毫米的距離跳投。檢查浮動平衡，本田改善四肢和關節(jié)體控制和旋轉運動腰部的控制的結構，改進的快速流動的控制進行了改進中發(fā)揮重要作用[3]。 圖1.1 HODON仿人機器人 1.1.2 HRP仿人機器人 工業(yè)技術日本（METI）研究所于2002年在1998年開始研究人形機器人項目，經過五年的項目，應用，HRP（圖1.2）機器人系列的開發(fā)。的HRP2155厘米身高，體重54千克有32個自由度，特別是6×2（腿）+6×2（ARM）2（腰）2（主要）+2×（平均）= 32-2 HRP臂具有六個自由度（肩3，第一肘，腕2），和一個較強的工作能力。腰圍兩個自由度，這使得它可能的上漲后，他的第一個機器人人形下降。兩側連接到大腿懸臂懸垂，從而增加了腿的靈活性，使得兩個支路可以外腿之間相對小的碰撞內實現(xiàn)臀部，行走步驟函數(shù)模型。圖1.2。 圖1.2 HRP仿人機器人 1.1.3 索尼仿人機器人 2000年11月，索尼推出了一款仿人機器人SDR-3X娛樂公司（索尼夢機器人-3X），SDR-3X是一種小型人形機器人。規(guī)格為高度為500mm，5公斤，共24個自由度的寬度220毫米包重量。的自由度的分布：二，軀干2.4每個臂，每條腿6. SDR 3X七動作（1）最多為15米/分鐘向前/向后/向上橫行，（2）促進旋轉速度（異步傳輸90度），（3）從仰臥位/楊州（4）單腿站立（也做在一個斜坡上）工藝（5），走在凹凸不平的地面這個動作; （6）打（7）舞。 2003年，SDR機器人SDR-4X SDR 4XII最新型的改進版（如圖1.3）出580毫米，寬270毫米機身，重量為7公斤，共有38個自由度?，F(xiàn)更名為QRIO。 QRIO不僅能夠行走，還可以躺下，站起，多機器人同步舞蹈。作為一個娛樂機器人，可以與他人共同生活，帶來的樂趣和享受。 QRIO很快就會上市銷售。如圖1.3所示。 圖1.3 索尼仿人機器人 1.1.4 韓國仿人機器人KHR KAIST（韓國科學技術院）于2002年1月，在智能機器人的發(fā)展，今年八月發(fā)展吳君浩教授正式開發(fā)，智能機器人韓國KHR-1的首體，并于2003年1月運行khr- 1。然后身體（圖1.4左）十二月KHR-2開發(fā)，只能機器人在2004年8月執(zhí)行shutdown線。 KHR-1 1200毫米高，體重48公斤，共21個自由度，下部構件12，臂8，腰部。 KHR-2 1200mm高度，秤砣54公斤，有41個自由度，其蔓延：前六，八臂，手和腿14 12. 2004年12月22日，韓國科學技術院已成功開發(fā)出新型智能機器人“HUBO”，新的智能機器人高度1.250毫米，體重宣布300 mm的前55千克類型，可以運行識別和語音1.2公里，距離眼睛能轉動的一個小時，合成，并具有良好的功能視覺。 41連接器，輕輕打開五指分開的活動，與人握手，“石頭，剪子，布”游戲，會跳布魯斯舞。 圖1.4 KHR-2和Hubo仿人機器人 1.2 國內仿人機器人的研究 中國在“六五”計劃，以解決機器人列國家重大研究計劃的內容，撥巨款在全國第一個機器人的研究示范項目的沉陽，展開了全面的理論和基本組件機器人基地。在過去的十年中，已經開發(fā)了教學和演奏治療，點焊，弧焊的類型，生產噴涂，裝配工業(yè)機器人和水下作業(yè)，軍事和特種機器人的完整范圍。此時，教學和機器人技術的類型的播放已經變得成熟，以及促進在植物中使用的。長春第一輛車的作品，自己的油漆生產線操作機器人東風汽車工廠。國家發(fā)展計劃863高科技始于1986年3月，被列入研究，智能機器人內容的開發(fā)。現(xiàn)在，我們必須加快生產和應用，與中國國情相結合，生產出結構簡單，成本低，實用機器人和特種機器人。 這項研究還支持國家人形機器人863和自然科學基金項目時，連續(xù)多年，如國防科技大學，哈爾濱工業(yè)大學，北京理工大學，清華大學，上海交通大學，理工大學和永久的一部分中國已建立了一個原型人形機器人開始[4]。 1.2.1 “先行者”仿人機器人 在中國，國防，科學技術是機器人的第一發(fā)展。科技部和國防科技大學于1988年研制成功的聯(lián)合計劃6英尺，1990年，1210，系統(tǒng)空間公共關節(jié)機器人，人類行走的基本任務開發(fā)的。 2000年11月30日，先進的機器人在國防科技大學研制成功。 “先鋒”的高度140厘米，體重20公斤，上肢和下肢模仿簡化，旋轉15度，可以是在地面上。向前，向后，向左，右，左，右移動;手臂旋轉頭可以左右旋轉的權利，可以證明所有的目光閃爍。和某些語言技能;動態(tài)頻率步驟2秒散??步迅速在小的偏差，在一個不確定的環(huán)境中運行。在機械結構，控制系統(tǒng)，規(guī)劃和協(xié)調運動控制的整體結構提出了一些進展。但“先鋒”的機器人的原型，在交通，特別是人的肢體語言的類似要求。如圖1所示。 圖1.5 “先行者”仿人機器人 1.2.2 BHR-01仿人機器人 目前的結果是一個新的發(fā)展，成功的在2002年12月，北京工業(yè)學院，我們的第一個真正的人形機器人BHR01中，“惠童”一個中國名字。 身高158厘米和BHR 01，體重76公斤，33度，特別是6×2（的）＋7×2（ARM）+（工具）+（2×2）+（BHR）33。- 01可以模仿。前進，后退，邊，角，上樓梯，太極，整個行動。與視覺、語音對話、力量、平衡等；1英里每小時的步伐走路，33厘米；此外，空載運行。根據(jù)自己的高度平衡，實現(xiàn)穩(wěn)定的步行道不明。太極拳，BHR - 01的部署，這些特點研制成功，標志著我國已經有機器人機構、控制、傳感器、電源，在一個高度集成的技術，如圖1.6所示。。 圖1.6 BHR仿人機器人 金陵科技學院學士學位論文 2 擬人步行機器人本體結構設計分析 2 擬人步行機器人本體結構設計分析 2.1 確定基本技術參數(shù) 為實現(xiàn)全面自由的制度空間位置的19，可以結合不同的體育項目，根據(jù)本課題的設計可以為以下五種方案： 這是一個圓柱狀的旋轉運動通過兩個移動，共有三個自由運動，工作空間圖形是圓柱形的。類型和協(xié)同工作的身體條件在同一空間，體積小，而大的運動。 （b）直角坐標直角坐標系下的工業(yè)機器人的運動，是由三個正交的空間組成的，圖形是一種梁在軸向位移軸距離，可直接讀出，簡單，方便的位置、姿態(tài)規(guī)劃，定位精度。一個簡單的身體結構，但空間的體積和靈活性較差。 （c）協(xié)調型球和極性，包括兩個旋轉和直線運動，即旋轉，俯仰和伸展運動，空間的一個球，可以上下移動和地面運動可以爬行或工作相對較低；結構緊湊，大尺寸的特征空間，但結構復雜。 D。也被稱為綜合協(xié)調，機器人的上肢前臂前三個關節(jié)，其中以共同的、普遍的支柱和規(guī)模，這些機器人臂之間形成后，肩、臂和小臂之間形成的大臂肘，回臂和小臂開口。與波的特征。規(guī)模較大的靈活性，工作場所，通用性強，可以通過一個對象的把握。 E面有兩個共同關節(jié)；兩個聯(lián)合檢查之前和之后，從左到右，共同執(zhí)行移動是移動的，空間的橫截面的轉動軌跡圖形，矩形，高移動連接長度，共同形成的兩個角決策的截面尺寸的大小，形狀，在一個方向的剛度較大的靈活性，在垂直方向。很簡單，動作靈活，用于裝配組件，特別是小規(guī)格的會議。 超過五個方案，方案不能完全實現(xiàn)所需的行動方案；第二，復雜結構的方案，三種方案；五不到這個問題的基礎上，采取行動。研究的四個方案：決定考慮機器人。這些節(jié)目的小空間，空間，動作靈活，加工精度。 為了深入研究所奉獻的機器人，從而實現(xiàn)目標函數(shù)的機構運行，必須深入認識和理解。 2.2 擬人步行機器人的結構分析 其他人模仿短機器人的人類，再加上一共有52對上下肢，雙下肢62，在后面的112，胸52，8從腰部，頸部16，比頭部的肌肉25個。按目前的發(fā)展在科學判斷，有400雙重作用來控制推廣多變量系統(tǒng)是不可能的，因此，在步行機，人們只考慮基本功能的運動的設計。例如，只有平面或具有屏障[15]的已知周期。 鄭元方博士仿生學角度出發(fā)做了全面檢查人形雙腿配置自由度機械手，關節(jié)力矩短仿人機器人的配置最低標準的條件下生產。他認為，髖關節(jié)和踝關節(jié)的兩個自由度，在不平的地面上，臀部和反向自由足機器人，你可以改變行程，踝關節(jié)和一定程度的自由旋轉的方向可以使表面凹凸不平在你的腳下的土地，一個機器人銷7×2個自由度（3髖，膝，1,3腳踝）。 但現(xiàn)在，一個機器人或機器人只能在運行規(guī)則，所以在不同的機構有選擇的自由度（6×2髖關節(jié)，膝關節(jié)，3，1，2），如：大學“擊中三大防御先鋒”因此，本田和特別提款權（SDR）和索尼公司可利歐一起。 機械結構和機器人的控制6×2個自由度是非常復雜的。調查的結論，根據(jù)目標，至少對于設計自由度，在過去40年中，其它的目的的原則，有很多人有不同程度的機器人的自由度，根據(jù)工藝穩(wěn)定性，機器人它們被分為三類： （1）本機器人靜態(tài)機器人，COM（中心的支持一直在哈爾濱工程大學（大量）多邊形內部的支持和支撐腿的腳的輪廓，支持兩個腳的邊緣包圍多邊形），所以只是默默的走著。 （2）動態(tài)的機器人，機器人依靠，只有確保ZMP（零Momeni一直在支持中心）的多邊形，從而實現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)步態(tài)。 （3）完全動態(tài)的機器人，它的踝關節(jié)上沒有驅動，基本無踝關節(jié)。因此，在支持多邊形的內部支持減少到一個點上，以減少支撐線，所以這類機器人的靜態(tài)平衡，可以實現(xiàn)動態(tài)行走。 然后，根據(jù)自由至少能夠實現(xiàn)類似人行走機器人多個參考模型，行走的人形機器人的功能結構的原理。要計算自由度，我們采用了以下原則：因為機器人一端固定在機器人單腿支撐結構開放，自由連鎖。機器人而腿關閉冗余自由度的鏈結構分析。的自由度的數(shù)目，至少一個人行走機器人只有一個自由度，如圖2.1。 圖2.1這些機器人不干直接源于兩雙腿并攏。這種類型的機器人的，在理論上，自由的只有一個度，事實上，介入，以防止擺動腿和地板，腿必須是可伸縮的。兩個平移自由度，機器人實際上三個自由度。它的運動學模型是像兩只腳的圓運動的徑向平面平，側向運動。在腿上，沒有冗余自由度。此行走人形機器人不能保持靜平衡是一個完全動態(tài)的機器人，當時只有靠重力，可以去的山坡上。 圖2.1 一個自由度的擬人步行機器人 圖2.2是一個四自由度機器人簡圖。這種機器人結構，是由兩條腿和一個軀干組成的。這個機器人的模型飛機，沒有橫向移動，以避免對傾銷的定義，兩個腳，腿上的徑向垂直的平面。的方向上的表面的運動方案。在五個離合器（包括船體和結構變化的兩個腿）和四個自由度的機器人。這個機器人屬動態(tài)型的，可以在水平面內直線走了幾步，然后雙腿，因為有一個很大的影響。 圖2.2 四個自由度的擬人步行機器人 這是一個圖2.3八度的機器人。圖2.3顯示了人形機器人行走八度的自由。這些包括軀干和兩條腿，臀部和膝蓋關節(jié)是最高的自由和踝度橫向轉動自由度由報頭和一個自由度。倒立擺模型作為剛性腳踝從側縫自由的只有一個程度的橫向移動，使外側平衡。包括7連桿6，并在運動的徑向方向上的關節(jié)。該型機器人的行走在平坦的山坡上和地板上，上下樓梯。但因為只有一個踝關節(jié)的側面，以使共同驅動馬達的性能方面，并且需要控制的更大的精確度，往往轉儲輸出側。 圖2.3 八個自由度的擬人步行機器人 該機器人是在圖2.4示出的真正的自由機器人12，這三個自由度漫游器髖關節(jié)和膝關節(jié)有一定的自由度，只有兩個度。運動的表面，包括五道杠，四自由度，包括在酒吧土壤運動和76度。由于髖關節(jié)周圍的垂直軸自由轉動，因此，這些機器人可以彎曲期間。六個這樣的機器人，這些機器人的冗余，是一個動態(tài)的機器人，可以在一般的水平地面（塑料瓦，地面或草原）和斜坡走也可以走樓梯，旋轉和這些機器人可以很容易的。在手臂和脖子上更普遍的接受。 圖2.4 具有十二個自由度的擬人步行機器人 從上面的分析我們可以看出，這類機器人是從完全動態(tài)機器人到動態(tài)機器人。大多數(shù)人在腳支撐期可作為重心腳到另一只腳，但相對的，在某些時期，有很多問題，無論機器人結構的腿，在巨大的沖擊，因此不保證不平衡在膝關節(jié)，特別是機器人。 2.3擬人步行機器人的自由度配置 總之，我們設計了稱為XW（XW機器人機械手），或腳模式，在圖2.6中普通的結構清除所示的結構特征。該機構可以在地面行走，邊坡等直接與電源驅動，所以不僅結構緊湊，精度與大量增加的最大的角落，如果發(fā)動機的控制規(guī)律，并對控制系統(tǒng)中的應用。 圖2.6 雙足步行機器人模型 圖2.6經過三次自由人，肩膀和一般自由，無論兩自由度旋轉。肘部和自由，脈沖的自由。自由之前只有兩個自由度，自由只是一個膝，髖模擬的三個垂直要求彼此的行為，而是自由的在機器人前面的程度可以由沒有?？紤]。如表2.1。 表2.1 機器人關節(jié)編號 “兩條腿”走路。其中一個在穩(wěn)定性和靈活性的內在動力足站立不穩(wěn)的主要問題，你可以步行到模仿的動作，機器人的設計和規(guī)劃是非常重要的。在設計時必須考慮的機器人關節(jié)力矩的問題的一個主要的限制機構的剛度，鉛的腿，如果稅會導致?lián)p壞的機器人重量欄之間的連接材料，操作簡便，維修方便等優(yōu)點。等。 基于仿生學原理，設計長度比四肢和人類肢體的長度，以提高機器人的穩(wěn)定性是更大的模型。為了簡化動力計算和運動和髖，踝嚙合雙縫結構，削弱和非線性的，并能適應的解離飛機的水平運動。 材質，重量輕，剛性的選擇原則。為韌性斷裂鋁，重量，材料主要原料的機器人。 2.4 驅動方式的選擇和舵機工作原理 2.4.1 驅動方式的選擇 驅動機構的聯(lián)合運動的推動力量。目前，特別是氣動、液壓、伺服電機驅動，兩條腿走路。人的作用相當于肌肉中，當連桿和關節(jié)的機器人提出了骨頭，然后開車在肌肉、移動或改變輪胎通過機器人的構型。必須有加速或減速稅足夠的流量。同時，駕駛員必須準確，靈敏且易于光，經濟性，操作和維護。 現(xiàn)在已經有很多驅動器，常用的有如下： （1）電機的轉向，電機，電機直接； （2）液壓傳動； （3）驅動程序； （4）形狀記憶合金； （5）超磁致伸縮驅動器。 剛度和液壓驅動活塞精密一起做。剛性固定的活塞和汽缸油，促進氣缸活塞的內部壓力的調節(jié)結束時，液壓缸的另一端可以控制活塞油的移動量。早在大型工業(yè)機器人，液壓系統(tǒng)的廣泛應用，大重量的轉矩、功率高、穩(wěn)定可靠、響應速度快、力量、速度、驅動自動控制等；在工業(yè)機器人廣泛用于大規(guī)模，液壓，重扭矩，高功率，穩(wěn)定和可靠，快速反應，強度，速度，驅動器和在開始自動控制，但該方法的成本高，重量和復雜性可傾倒甚至爆炸，VA和由于其固有的腳大，缺點不可行駛。 氣動，成本低，控制簡單。氣動裝置作品和液壓系統(tǒng)的壓縮空氣的供應時，氣缸和工程大學哈爾濱手動控制閥或電磁的線性或旋轉運動。精密閥門要求不高氣動液壓元件，快速控制，無污染，但由于位置很難控制，只能免費使用（1/2關節(jié)限制，定義為各種可能的聯(lián)合執(zhí)行類型），在一個簡單的操作，運輸和穩(wěn)定性。除了需要壓縮空氣，水，液壓與氣動驅動更大的能量是不可能實現(xiàn)的，很難直接應用到雙足機器人系統(tǒng)的行為。 機器人各關節(jié)的旋轉。出現(xiàn)在電腦前，主要的問題是低成本電腦來控制大量的旋轉，因此，最好的線路單元時。今天的成本，電機和控制顯著減少，有效利用晶體管構成，可以驅動的強大動力。價格越來越便宜的微型計算機，總成本的比例大大降低了計算機機器人，甚至在每個自由或微處理器關節(jié)。根據(jù)以上分析，可以得出結論，廉價的電機驅動，精確且易于管理，可靠，易于使用，機器人是比較常見的。 直接由發(fā)動機，一直是記憶形成尚處于研究開發(fā)階段，在不久的將來，這將是有幫助的。步行兩條腿。直接驅動。轉向系統(tǒng)是運動中的核電廠的應用模式中，信號是調制信號的脈沖寬度，所以很容易用數(shù)字系統(tǒng)的標準接口。雖然可以使用的數(shù)字設備的信號來控制，如PLC安裝，SCM，轉向系統(tǒng)，體積小，輸出扭矩，穩(wěn)定，控制簡單，轉向齒輪箱，以便廣泛用于該領域機器人。 2.4.2 舵機的工作原理 機器人的電源是研究對象劃船機，機器人控制系統(tǒng)，管理和控制系統(tǒng)有一個柵欄清華知識管理是一個有效的玉駕駛員座椅，廣角需要改變時，維護控制，原理劃船機的工作是：從信號控制馬達電路，齒輪傳動軸系列，車輪減速度輸出接收的信號。輸出軸和連接到旋轉電位器的位置反饋控制電路和一個信號到控制室節(jié)氣門位置的電位器，并根據(jù)該決定和旋轉速度以停止。 片材接收的接收信號的調制路徑，只留下激勵。這是一個內部參考，為期20，參考信號寬度為1.5ms，用于與電位器輸出接收DC電壓。最后，在馬達片的正面和負面的結果之間的張力，是相反的決定。讀取電機，齒輪，使級聯(lián)電壓你，0，馬達停止旋轉，其結構如下。最后，之間的電壓積極的和消極的結果，在電機芯片，決定是相反的。 （1）發(fā)動機。 （2）減速器：降低高速度，獲得的扭矩。 （3）主軸系統(tǒng)：提供你的反饋。 （4）電子控制板： 金陵科技學院學士學位論文 3 擬人步行機器人圖 3 擬人步行機器人圖 3.1 總體結構三維圖 擬人步行機器人由42個鋁合金材質的零件，19臺舵機，145個螺母螺栓，若干導線，和AVR控制板等組成，理論高約385mm，寬約242mm。 自由度，在最廣泛的意義上說，是在一個特定的方向轉動或移動。這是一個重要的機器人性能參數(shù)、轉向連接。通常伺服多少自由度的數(shù)量。通過設計機器人的機械結構，在顧及到機器人類似于人類。建立的每個相互自由類似于動作來完成。 頭是旋轉自由度的自由的只有一個程度。肩關節(jié)三個自由度，并提前度側無論旋轉自由度。兩個自由度，自由的在肘部和脈自由度。調節(jié)踝關節(jié)有兩個自由度，向前和自由度側：膝蓋只是一個自由前進，髖關節(jié)，以模擬人類行為髖理論需要三個正交的自由，但只有當也不是正交度機器人前進，直邊考慮。模型和圖3.1，3.2和3.3所示的那種。 (a) 擬人步行機器人正面三維圖 圖3.1 擬人步行機器人正面 圖3.2 擬人步行機器人反面 圖3.3 擬人步行機器人側面 3.2 臂部結構三維 一個機器人臂包括六個部分，兩個和理論的線程數(shù)，約195毫米，50毫米高。 頂部具有6個自由度，一定程度的三個自由度是肩和肘。二自由度控制臂前肩和旋轉后，和擺動，手肘，自由度控制上下。 初始角度之前安裝舵機90°，這樣的擺動間的上端。致動器的最大角度為180°。當設置為90安裝角度°與配件不會釋放干擾可以完成簡單的擺臂和左手臂動作兼容。參見圖3.4。 (a) 擬人步行機器人臂部三維圖 3.3 部分零件三維圖 “輝盛”MG945舵機。如圖3.5所示。 圖3.5 舵機 這些鋁部件，長度55，50毫米毫米的寬度。主要用于連接兩個兩個孔來連接轉向箱型截面圖3.7。關于連接軸孔，其特征在于，其中用于連接齒輪連接三個孔，兩個軸孔。如圖3.6。 (a) 擬人步行機器人臂部零件三維圖 圖3.6 臂部零件 專業(yè)的鋁合金尺寸20毫米和32毫米這部分。如圖3.7.het主要通過轉向器，如圖3.7（b）在由螺栓固定在元件4。然后通過上部和兩個螺栓圖3.7兩個連接臂組成，研究最多的是。 (a) 擬人步行機器人臂部零件三維圖 圖3.7 臂部零件圖 手部零件如圖3.8所示。 圖3.8 手 金陵科技學院學士學位論文 總結 總 結 我們的機器人的研究和應用起步較晚，但隨著國內外機器人，社會需求的增加和技術的進步，機器人是一個快速發(fā)展的各種小批量，生產和提高產品質量和生產效率和生產的需要，是促進發(fā)展的一個直接焊接。由于廉價的機器人，簡單的工作，機器人焊接。問題是在后臺。這個問題就是在這個背景下，這是一個重要的研究課題。本文的主要內容如下： 總體設計和詳細設計的機器人腰關節(jié). 機器人必須有一個簡單的，簡單的原則，等等。為了這個目的，六度的機器人結構包括旋轉體部分的自由的設計，手臂，手腕。 6百倍。直流電動機驅動六個選擇。與第一齒輪傳動精度兩級位置組合；其他五個共同的齒輪和齒輪傳動的結構，充分利用大型武器和輕武器的空間，結構緊湊。 金陵科技學院學士學位論文 參考文獻 參考文獻 [1] 汪愷. 機械設計標準應用手冊[M]. 機械工業(yè)出版社. 1997.8. 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[13] 馬香峰.工業(yè)機器人的操作機設計[M].冶金工業(yè)出版社. 金陵科技學院學士學位論文 致謝 致 謝 本課題是在導師的關懷與指導，實現(xiàn)XX。在三個月的學習和生活中的學習、研究、指導老師，我的耐心和關懷，并提出寶貴的意見。他的老師，我不但學到了科學研究的方法也很多，但它的真相。在本文中，且在項目的最后教官XX，老師給了我很大的幫助，不僅是對我在給定的時間刻度來完成，我也學到了很多有益的經驗。在這里，我衷心感謝高老師。我也想四年學習我的老師的了解，以及曾經幫助我的同學。 經過幾個月的工作，畢業(yè)已接近尾聲。由于缺乏實踐經驗，這樣的設計難免考慮不周的地方。沒有教師和輔助人員的這一組中的指導，可能不會是設計為成功完成。由于開放性的問題老師小心地管理設計的每一個環(huán)節(jié)，從查找數(shù)據(jù)已被有關更改的具體方案，教師必須提出寶貴意見，讓我受益匪淺。此外，老師會交流科學性，準確性和偉大的專業(yè)知識，但我學習。再次表示衷心的感謝，本組教師和學生！ 感恩導演和老師幫我！這是辛苦的付出，一旦你有我今天積累的知識。 最后，感謝人民生活在父母的照顧，我的人生道路上，她總是做每一項成就。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 設計(論文)題目： 擬人步行機器人的設計 　　　　　　　　 學生姓名： 學　　號： ?！　I(yè)： 所在學院： 指導教師： 職　　稱： 年 月 日 開題報告填寫要求 1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3．“文獻綜述”應按論文的框架成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）； 4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。 5.開題報告（文獻綜述）字體請按宋體、小四號書寫，行間距1.5倍。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫不少于1000字的文獻綜述： 1.1 引言 什么是機器人呢?在國際上，關于機器人的定義很多，出發(fā)點各不相同，有的強調工業(yè)機器人特征，有的側重于智能機器人。美國機器人協(xié)會認為“機器人是一種用于移動各種材料、零件的工具或專用裝置；是通過程序動作來執(zhí)行各種任務，并具有編程能力的多功能操作機”，顯然該定義指的是工業(yè)機器人，國際標準化組織(ISO)也有類似的定義。日本工業(yè)機器人協(xié)會(JIRA)定義機器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行裝置的且能夠完成各種移動來代替人類勞動的通用機器。有些定義直接把機器人分為工業(yè)機器人和智能機器人兩種情況來解釋，認為工業(yè)機器人是“一種能夠執(zhí)行與人的上肢(手和臂)類似動作的多功能機器”，智能機器人是“一種具有感覺和識別能力，并能夠控制自身行為的機器”。我國的蔣新松院士曾建議把機器人定義為“一種擬人功能的機械電子裝置”。盡管定義各不相同，但有共同之處，即認為機器人應具有下列特征: （1）像人或人的上肢，并能模仿人的動作； （2）具有智力或感覺與識別能力； （3）是人造的機械或機械電子裝置。 當然，隨著機器人的進化和其智能的發(fā)展，這些定義很難涵蓋其本質，有必要修改[1]。 1.2 機器人的發(fā)展及技術 1.2.1 機器人的發(fā)展 20世紀40年代，伴隨著遙控操縱器和數(shù)控制造技術的出現(xiàn)，關于機器人技術的研究開始出現(xiàn)。60年代美國的 Consolidatedcontry公司研制出第一臺機器人樣機，并成立了Unimation公司，定型生產了Unimate機器人。20世紀70年代以來，工業(yè)機器人產業(yè)蓬勃興起，機器人技術逐漸發(fā)展為專門學科。1970年，第一次國際機器人會議在美國舉行。經過幾十年的發(fā)展，數(shù)百種不同結構、不同控制系統(tǒng)、不同用途的機器人已進入了實用化階段。目前，盡管關于機器人的定義還未統(tǒng)一，但一般認為機器人的發(fā)展按照從低級到高級經歷了三代。第一代機器人，主要指只能以“示教一再現(xiàn)”方式工作的機器人，其只能依靠人們給定的程序，重復進行各種操作。目前的各類工業(yè)機器人大都屬于第一代機器人。第二代機器人是具有一定傳感器反饋功能的機器人，其能獲取作業(yè)環(huán)境、操作對象的簡單信息，通過計算機處理、分析，機器人按照己編好的程序做出一定推理，對動作進行反饋控制，表現(xiàn)出低級的智能。當前，對第二代機器人的研究著重于實際應用與普及推廣上。第三代機器人是指具有環(huán)境感知能力，并能做出自主決策的自治機器人。它具有多種感知功能，可進行復雜的邏輯思維，判斷決策，在作業(yè)環(huán)境中可獨立行動。第三代機器人又稱為智能機器人，并己成為機器人學科的研究重點，但目前還處于實驗室探索階段。機器人技術己成為當前科技研究和應用的焦點與重心，并逐漸在工農業(yè)生產和國防建設等方面發(fā)揮巨大作用。可以預見到，機器人將在21世紀人類社會生產和生活中扮演更加重要的角色。 1.2.2 機器人技術 機器人學是一門發(fā)展迅速的且具有高度綜合性的前沿學科，該學科涉及領域廣泛，集中了機械工程、電氣與電子工程、計算機工程、自動控制工程、生物科學以及人工智能等多種學科的最新科研成果，代表了機電一體化的最新成就。機器人充分體現(xiàn)了人和機器的各自特長，它比傳統(tǒng)機器具有更大的靈活性和更廣泛的應用范圍。機器人的出現(xiàn)和應用是人類生產和社會進步的需要，是科學技術發(fā)展和生產工具進化的必然。目前，機器人及其自動化成套裝備己成為國內外備受重視的高新技術應用領域，與此同時它正以驚人的速度向海洋、航空、航天、軍事、農業(yè)、服務、娛樂等各個領域滲透。目前，雖然機器人的能力還是非常有限的，但是它正在迅速發(fā)展。隨著各學科的發(fā)展和社會需要的發(fā)展，機器人技術出現(xiàn)了許多新的發(fā)展方向和趨勢，如網絡機器人技術、虛擬機器人技術、協(xié)作機器人技術、微型機器人技術和雙足步行機器人技術等。人們普遍認為，機器人技術將成為緊隨計算機技術及網絡技術之后的又一次重大的技術革命，它很可能將世界推向科學技術的新時代[2]。 1.3 雙足機器人的優(yōu)點及國內外研究概況 1.3.1 雙足步行機器人的優(yōu)點 機器人是現(xiàn)代科學技術發(fā)展的必然產物，因為人們總是設法讓機器來代替人的繁重工作，從而發(fā)明了各種各樣的機器。機器的發(fā)展和其它事物一樣，遵循著由低級到高級的發(fā)展規(guī)律，機器發(fā)展的最高形式必然是機器人。而機器人發(fā)展的最高目標是制造出像人一樣可以行走和作業(yè)的機器人，也就是擬人機器人。因為它具有良好的環(huán)境適應性，并且這種優(yōu)秀品質在高低不平的路面上以及具有障礙物的空間里更加突出，所以與之相關的問題己經成為研究熱點。擬人機器人的研制工作開始于20世紀60年代，短短的幾十年時間內，其研制工作進展迅速。步行機器人的研制工作是其中一項重要內容。目前，機器人的移動方式主要包括輪式、履帶式、爬行式、蠕動式以及步行等方式。對輪式和履帶式移動機器人的研究主要集中在自主運動控制上，如避障路徑規(guī)劃等。這兩種機器人過分依賴于周圍環(huán)境，應用范圍受限。爬行和蠕動式機器人主要用于管道作業(yè)，具有良好的靜動態(tài)穩(wěn)定性，但速度較低。常見的步行機器人有雙足、四足和六足等情況。自然界事實、仿生學以及力學分析表明:在具有許多優(yōu)點的步行機器人中，雙足步行機器人因其體積相對較小，對非結構性環(huán)境具有較好的適應性，避障能力強，移動盲區(qū)很小等優(yōu)良的移動品質，格外引人注目。首先，對于支撐路面，雙足步行機器人的要求很低，理論上只需要分散的、孤立的支撐點，就可以通過機器人自行選擇最佳的支撐點，獲得最佳的移動性能。而輪式移動機器人通常要求連續(xù)的、硬質的支撐路面，對于惡劣的支撐路面，它只能被動的適應。其次，在存在障礙物的情況下，雙足步行機器人能夠跨越與自身腿長相當?shù)恼系K物，甚至跳越障礙，而輪式移動機器人僅能滾越尺寸小于輪子半徑的障礙物。機器人力學計算表明，足式步行機器人的能耗通常低于輪式和履帶式[7]。 1.3.2 雙足步行機器人的步行特點及研究意義 世界著名機器人專家，日本早稻田大學的加藤一郎教授曾經指出“機器人應當具有的最大的特征之一是步行功能”。一般說來，機器人的步行方式有兩種，即靜態(tài)步行與動態(tài)步行。靜態(tài)步行是指低速步行，不考慮慣性力，機器人在行走過程中只需要滿足靜力平衡條件，即重心要始終保持在支撐腳區(qū)域內:動態(tài)步行與之不同，必須考慮慣性力的影響，行走過程中要滿足動態(tài)平衡，即控制系統(tǒng)的零力矩點(zMP)始終在支撐腳的穩(wěn)定區(qū)域內。動態(tài)步行具有速度快效率高等優(yōu)點。靜態(tài)步行可以看作動態(tài)步行的特例。和輪式、履帶式、爬行式、蠕動式等機器人相比，雙足步行機器人在具有上述難以取代的優(yōu)越性的同時，也存在很多的技術難關，穩(wěn)定步行和高速運動都困難的。雙足步行機器人系統(tǒng)存在著高階、強耦合、多變量及非線性等特性，這些特性使得雙足步行機器人的運動學和動力學的精確求解非常困難，而且也沒有十分理想的理論或方法來求解逆運動學和動力學解析解，只有外加一些限制條件，如能量消耗最小，峰值力矩最小來求解運動學和動力學的近似解，這往往導致了機器人的規(guī)劃運動與實際運動有較大的出入。所以，迄今為止雙足步行機器人還是以“靜步行”為主，特點是步速較低、步幅較小，其運動性能與人類相比還相距甚遠。由于步行機器人的發(fā)展受到機構學、材料學、計算機技術、控制技術、微電子技術、通訊技術、傳感技術、人工智能、數(shù)學方法、仿生學等學科發(fā)展程度的制約，還處于實驗室研制階段，距離真正意義上的擬人機器人還有相當?shù)木嚯x[10]。在這一領域內還有許多的問題等待我們去解決。雙足步行是生物界最難的動作，它的完美實現(xiàn)必然要求機器人在結構設計方面產生巨大的變革和創(chuàng)新，從而有力地推動相關學科的發(fā)展。同時，雙足步行機器人具有多關節(jié)、多驅動、多傳感器，而且具有冗余自由度，這給控制研究帶來很大困難，也相應的給各種控制策略和優(yōu)化方法提供了理想的試驗平臺，因此，對雙足步行機器人的研究具有很高的理論價值，引起國內外無數(shù)專家學者的矚目[4]。為了促進機器人技術在我國的發(fā)展，全國各地尤其是部分高校舉辦了各種類型的機器人大賽。中國機器人大賽是由中國自動化學會機器人競賽工作委員會和科技部高技術研究發(fā)展中心主辦的一個全國性的賽事。其中最為引人矚目的舞蹈機器人項目就是為了促進雙足步行機器人的發(fā)展而設立的。由于步行機器人的實現(xiàn)目前還存在很多技術難題，前幾屆由中國科技大學主辦的舞蹈機器人大賽基本上是以輪式機器人為主，還沒有出現(xiàn)步行機器人參賽。由此可見，雙足步行機器人的發(fā)展還有一段很長的路要走。研制雙足步行機器人的一項重要內容就是步態(tài)規(guī)劃。所謂的步態(tài)，是指在步行過程中，步行本體的身體各部位在時序和空間上的一種協(xié)調關系;步態(tài)規(guī)劃就是給出機器人各關節(jié)位置與時間的關系，是雙足步行機器人研制中的一項關鍵技術，也是難點之一。步態(tài)規(guī)劃的好壞將直接影響到雙足步行機器人的行走穩(wěn)定性、美觀性以及各關節(jié)所需驅動力矩的大小等多個方面，已經成為雙足步行機器人領域的研究熱點。基于上述原因，本課題擬進行雙足步行機器人的步態(tài)規(guī)劃研究，研制具有高度穩(wěn)定性的雙足步行機器人平臺，為進一步的擬人機器人研制奠定基礎。 1.3.3 國外研究概況 擬人機器人的研究是一個很誘人、難度很大的研究課題。關于這方面的研究日本走在了世界的前列。早稻田大學理工學部1973年建立了“人格化機器人”研究室，曾開發(fā)出不少擬人機器人系統(tǒng)。例如會演奏鋼琴的機器人、雙足步行機器人以及電動假肢等。該研究室的帶頭人高西淳夫教授說:“人格化機器人的一個很大特征就是它具有與人類相近的結構。機器人與人類的共存是我們研究開發(fā)的課題之一”。當今世界，有“機器人王國”之稱的日本在雙足步行機器人研究領域處于絕對領先地位，具有代表性的研究機構有加藤實驗室、日本早稻田大學、日本東京大學、日本東京理工學院、日本機械學院、松下電工、本田公司和索尼公司等。日本早稻田大學的加藤一郎教授于1968年率先展開了雙足步行機器人的研制工作，并先后研制出場系列樣機若干年研制出P-1平面自由度步行機器人，該機器人具有六個自由度，每條腿有骼、膝、踩三個關節(jié)；關節(jié)處使用人造橡膠肌肉，通過充氣、排氣引起肌肉收縮，肌肉的收縮牽引關節(jié)轉動從而實現(xiàn)步行。1971年，研制出WAP-3型雙足機器人，仍采用人工肌肉，具有11個自由度，能在平地、斜坡和階梯上行走。該機器人重130kg高0.9m，實現(xiàn)步幅15cm，每步455的靜態(tài)步行；同年又研制出WL-5雙足步行機器人，該機器人采用液壓驅動，具有11個自由度，下肢作三維運動，上軀體左右擺動以實現(xiàn)雙足機器人重心的左右移動。1973年，在WAP-5的基礎上配置機械手及人工視覺、聽覺等裝置組成自主式WAROT-1。1980年，推出WL-9DR(Dynam Refined)雙足機器人，該機器人采用預先設計步行方式的程序控制方法，通過對步行運動的分析及重復實驗設計步態(tài)軌跡，用設計出的步態(tài)控制機器人的步行運動，該機器人采用了以單腳支撐期為靜態(tài)，雙腳切換期為動態(tài)的準動態(tài)步行方案，實現(xiàn)了步幅45cm，每步95的準動態(tài)步行。1984年，研制出采用踝關節(jié)力矩控制的WL-10DR雙足機器人，增加了踝關節(jié)力矩控制，將一個步行周期分為單腳支撐期和轉換期。1986年，又成功研制了wL- 12(R)雙足機器人，該機器人通過軀體運動來補償下肢的任意運動，實現(xiàn)了步行周期23秒，步幅30cm的平地動態(tài)步行。代表雙足步行機器人和擬人機器人研究最高水平的是本田公司和索尼公司。本田公司從1986年至今已經推出了Pl，PZ，P3系列機器人，在PZ和P3中，使用了大量的傳感器：陀螺儀(測定上體偏轉的角度和角速度)、重力傳感器、六維力/力矩傳感器和視覺傳感器等，利用這些傳感器感受機器人的當前狀態(tài)和外界環(huán)境的變化，并基于這些傳感器對下肢各關節(jié)的運動做出調整，實現(xiàn)動態(tài)步行。并且于2000年11月20日，推出了新型雙足步行機器人，實現(xiàn)了與人一樣自然行走的新姿態(tài)控制技術，自律連續(xù)移動技術以及可順暢地與人同步動作的技術等，使其更容易適應人類的生活空間，通過提高雙腳步行技術使其更接近人類的步行方式。雙腳步行技術方面采用了新開發(fā)的技術,雙腳步行技術的基礎上組合了新的“預測運動控制功能”，它可以實時預測以后的動作，并且據(jù)此事先移動重心來改變步調。以往由于不能進行“預測運動控制”，當從直行改為轉彎時，必須先停止直行動作，然后才可以轉彎。索尼公司于2000年11月21日推出了人形娛樂型機器人SDR-3X(Sony DreamRobot一3x)。SDR一3X：頭部2個、軀干2個、手臂 4×2個、下肢和足部6×2個，共計24個自由度。2001年7月，川田工業(yè)公司的航空機械業(yè)務部開發(fā)出了研究用類人型雙足步行機器人。該機器人身高146.8cm，體重55kg，關節(jié)自由度全身合計32個。通過使用具有搖桿(Joystick)的操作部件，可以令該機器人向任何方向自由步行。該產品在腳趾處安裝有關節(jié)，從而提高了步行的速度，并且能夠爬上最高階差為25cm的樓梯。2002年6月12日，機器人世界杯國際委員會宣布將從2002年6月20日起在日本的福岡與韓國的釜山舉行機器人世界杯大賽。從該屆起，將增設雙足步行機器人的足球賽事。這標志著機器人選手參加的世界杯又向人類走近了一步。該大賽的目標是“在2050年之前，制造出能夠戰(zhàn)勝當時世界冠軍隊的自律型機器人隊伍”，這一夢想將由雙足步行機器人來實現(xiàn)。2005年1月12日，由日本產業(yè)技術綜合研究所的比留川博等人開發(fā)出一臺取名“H-2”擬人機器人亮相東京。該機器人身高154cm，體重 58kg。研究人員先請民間藝術家跳舞，用特殊攝像機拍攝后將畫面輸入電腦，并對手、腳、頭、腰等32個部位的動作進行解析，然后把有關解析數(shù)據(jù)輸入給機器人，最后利用這些數(shù)據(jù)來控制機器人手的動作和腳步等，使“HRP-2”可以和人一樣動作連貫,翩翩起舞。除了日本之外，美國、英國、法國等也對步行機器人做了大量的基礎理論研究和樣機研制工作，并取得一定成就。美籍華人鄭元芳博士是美國雙足步行機器人研究者中一位非常杰出的人物。他基于神經網絡研制出兩臺雙足步行機器人，分別命名為SD-1和SD-2，SD-1具有4個自由度，SD-2具有8個自由度，其中SD-2是美國第一臺真正類人的雙足步行機器人。他利用SDR-2于 1986年實現(xiàn)了平地上的前進、后退以及左、右側行；1987年，又成功地實現(xiàn)了動態(tài)步行。1971年至1986年間，英國牛津大學的Witt等人制造并完善了一個雙足步行機器人，該機器人在平地上行走良好，步速達0.23m/s。前面所述的研究主要是關于主動式步行機器人(靠關節(jié)電機驅動)。加拿大的d·McGeer主要研究被動式雙足步行機器人，即在無任何外界輸入的情況下，靠重力和慣性力實現(xiàn)步行運動。1989年，他建立了平面型的雙足步行機構，兩腿為直桿機構，沒有膝關節(jié)，每條腿上各有一個小電機來控制腿的伸縮，無任何主動控制和能量供給，放在斜坡上，可依靠重力實現(xiàn)動態(tài)步行。目前，主動和被動式雙足步行機器人在研究上很少互相借鑒。 1.3.4 國內研究概況 國內雙足步行機器人的研制工作起步較晚，我國是從20世紀80年代開始雙足步行機器人領域的研究和應用的。1986年，我國開展了“七五”機器人攻關計劃，1987年，我國的“863”高技術計劃將機器人方面的研究開發(fā)列入其中。目前我國從事機器人研究與應用開發(fā)的單位主要是高校和有關科研院所等。最初我國進行機器人技術研究的主要目的是跟蹤國際先進的機器人技術，隨后取得了一定的成就。自1985年以來，相繼有幾所高校進行了這方面的研究并取得了一定的成果，其中以哈爾濱工業(yè)大學和國防科技大學較為成果顯著。在自然科學基金和國家“863”計劃的支持下，哈爾濱工業(yè)大學自1985年開始研制雙足步行機器人，迄今為止己經完成三個型號的研制工作。1988年哈工大HIT-I型雙足步行機器人問世，HIT-I型雙足步行機器人具有10個自由度，重100kg，高1.2m，關節(jié)由直流伺服電機驅動，屬于靜步態(tài)行走。HIT-Ⅰ具有12個自由度，該機器人髖關節(jié)和腿部結構采用了平行四邊形結構。HIT-Ⅱ具有12個自由度，踝關節(jié)采用兩電機交叉結構，同時實現(xiàn)了兩個自由度，腿部結構采用了圓筒形結構。HIT-Ⅲ實現(xiàn)了靜步態(tài)行和動步態(tài)步行，能夠完成前/后行、側行、轉彎、上下臺階及上斜坡等動作。1988年春，國防科技大學成功研制出我國第一臺平面型六自由度的雙足機器人，能夠實現(xiàn)前進、后退和上下樓梯；1989年，他們又實現(xiàn)了準動態(tài)步行。1990年，進一步實現(xiàn)了實驗室環(huán)境下的全方位行走；2000年2月30日，國防科技大學在自1986年開始研制的雙足步行機器人的基礎上，成功研制出我國第一臺擬人機器人“先行者”，并通過國家“863”項目專家組驗收。與該校1990年成功研制的雙足步行機器人相比，其行走頻率從過去的6秒每步提高到每秒兩步；從只能平地靜態(tài)步行，到能快速自如地動態(tài)步行;從只能在己知環(huán)境下步行，到可在小偏差、不確定環(huán)境下行走，實現(xiàn)了多項關鍵技術突破。2003年1月取名為BRH-1的仿人機器人在北京理工大學通過國家“863”項目組的驗收。這個機器人身高1.58m，體重76kg，具有32個自由度，每小時能夠行走1km，步幅0.33m。驗收專家認為該機器人在系統(tǒng)集成、步態(tài)規(guī)劃和控制系統(tǒng)等方面實現(xiàn)了重大的突破。仿人機器人課題組負責人、北京理工大學教授李科杰認為:目前“BHR-1”仿人機器人己經能夠根據(jù)自身力覺、平衡覺等感知機器人自身的平衡狀態(tài)和地面高度的變化，實現(xiàn)在未知地面上的穩(wěn)定行走和太極拳表演，使中國成為繼日本之后，第二個研制出無外接電纜行走，集感知、控制、驅動、電源和機構于一體的高水平仿人機器人國家。 參 考 文 獻 [1] 張永學. 雙足機器人步態(tài)規(guī)劃及步行控制研究[M]. 哈爾濱工業(yè)大學博士學位論文. 2001. 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