多足机器人行走机构设计(论文)

第一篇：多足机器人行走机构设计(论文)

高职学生毕业设计 题目： 多足机器人行走机构设计

学 院: 专 业: 学 号: 学生姓名: 指导教师: 日 期:

机械自动化学院

武汉科技大学高职生毕业设计(论文)

摘要

本文旨在设计一种能够实现灵活、全方位运动的机器人的行走机构。本文设计的多足步行机器人具有冗余驱动、运动拓扑的特点。为实现其步行全方位机动性及作业多功能性，需要解决一系列的技术问题，而结构设计是其中的关键。

首先，对于国内外机器人的发展现状进行阐述和比较，并分析了多足机器人的研究趋势；接着，从机构自由度入手，明确设计思路，确定行走机构结构，对主要零件、构件进行设计，分析机构的受力情况，找出较危险的零件，并对其强度进行校核。最后,初步研究了机器人的行动方式，拟定了简单的步态规划方案，规划了机器人直线行走步态、定点转弯步态。

关键词：多足机器人；机构自由度；行走机构；机构设计 武汉科技大学高职生毕业设计(论文)

Abstract

This paper aims to design a travelling mechanism of a flexible and omnibearing motorial robot.The multiped walking robot referred to this paper has the characteristics of redandant drive and topological motion.In order to achieve its omnibearing walking mobility and working polyfunctionality, a series of technique questions need to resolved, of which the structural design is the key point.Firstly, the paper states the current situation of the robots development and compares the differences of the robots both domestic and overseas.Moreover ,it analyses the research trend of multiped robots.Secondly, it make clear of the designing ideas and confirm the travelling mechanism in terms of the structural variance,as well as designing the major parts and constuctional elements.Besides ,it analyses the stress state of the mechanism,trying to find out the rather dangerous parts and checking their intensity.Finally, it initially research the walking patterns of the robots and make out a simple tread program, which plans out the robot tread of linear walking and fixed point swerving.Keyword：Multiped robot;Degree of freedom;travelling mechanism;Mechanical design 武汉科技大学高职生毕业设计(论文)

目录

第一章 绪论……………………………………………………………1 1.1 引言……………………………………………………………1 1.2 国内外多足机器人发展概况………………………………1 1.3 多足机器人研究发展趋势……………………………………3 第二章 多足机器人行走机构的设计及校核…………………………5 2.1 多足机器人行走机构结构的拟定……………………………5 2.2 重要组件的设计及校核………………………………………6 2.2.1 重要组件的选定………………………………………6 2.2.2 圆柱凸轮的设计………………………………………7 2.2.3 凸轮滚子轴的强度校核………………………………7 第三章 其它部分设计…………………………………………………9 3.1 电机和减速器的选用…………………………………………9 3.2 机器人步态初步规划…………………………………………9 设计总结………………………………………………………………11 参考文献………………………………………………………………12 致谢……………………………………………………………………13 武汉科技大学高职生毕业设计(论文)

第一章 绪论

1.1 引言

步行机器人是模仿动物的运动形式，采用腿式结构来完成多种移动功能的一类特种机起人。参照工业机器人的标准定义，可以把步行机器人理解为“一种由计算机控制的用足机构推进的地面移动装置”以区别于行走式机械玩具及固定行走模式的机械装置。通常足数多于或等于四的步行机器人称为多足步行机器人，该类机器人能够在不平的路面上稳定地行走，可以取代轮式车完成在一些复杂环境中的运输作业，因此多足步行机器人在军事运输及探测、矿山开采、水下建筑、核工业、星球探测、农业及森林采伐、教育、艺术及娱乐等许多行业有着非常广阔的应用前景。长期以来，多足步行机器人技术一直是国内外机器人领域研究的热点之一。为了探索多足步行机器人技术的研究前沿，给我国多足步行机器人工程实用化开发提供关键技术的支持，开展多足步行机器人相关理论和技术的研究具有十分重要的科学意义和应用价值。

1.2 国内外多足机器人发展概况

多足步行车最早可以追溯到中国古代的“木牛流马”。Muybridge在1899年用连续摄影的方法研究动物的行走，则是人们研究多足机器人步态的开端。

二十世纪六十年代，机器人技术的研究进入了以机械和液压控制实现运动的发展阶段。美国的Shigley(1960年)和Baldwin(1966年)就使用凸轮连杆机构设计出比轮式车或履带车更为灵活的步行机。这一阶段比较典型的是美国的Mosher于1968年设计的四足车“Walking Truck”（如图1所示）[1]，步行车的四条腿由液压伺服马达系统驱动，安装在驾驶员手臂和脚上的位置传感器完成位置检测功能。虽然整机操作比较费力，但实现了步行及爬越障碍的功能，被视为是现代步行机发展史上的一个里程碑。从步态规划及控制的角度来说，这种要人跟随操纵的步行机并没有体现步行机器人的实质性意义，只能算作是人操作的机械移动装置。武汉科技大学高职生毕业设计(论文)

图1 四足车“Walking Truck”

第二阶段，由于计算机大计算量的复杂数据处理能力的提高，机器人技术进入了全面发展的阶段。1987年，K.J.Waldron等研制成功了ASV六足步行机器人；1989年，W.Whittake等成功研制了用于外星探测的六足机器人AMBLER；1993年1月，八足步行机器人DANTE用于对南极的埃里伯斯火山的考察，而后，其改进型DANTE-II也在实际中得到使用。在航空领域，美国NASA研制了爬行机器人“spider-bot”；英国在1993研制了六足步行机器人“MARV”（如图2所示）[2]；印度也于2002年研制了六足行走式机器人“舞王”，（如图3所示）[2]。

图2 六足步行机器人“MARV” 武汉科技大学高职生毕业设计(论文)

图3 六足行走式机器人“舞王”

第三阶段，多功能性和自主性的要求使得机器人技术进入新的发展阶段。由于许多危险工作可以由机器人来完成，这就要求机器人不但要具备完成各种任务的功能，还必须有自适应的运动规划和控制性能。所以，多足步行机器人的研究也进入了融合感知、规划和行动与交互的自主或与人共存的新一代机器人研究阶段。

在国内，中科院沈阳自动化研究所、清华大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、国防科技大学等单位和院校都先后开展了机器人技术的研究，并在多足步行机器人技术的发展上也取得了较大的成果。但与工业机器人相比，三十多年来步行机器人的研究进展缓慢，除很少几台投入实际试用外，大多数研究开发工作基本上没有走出实验室。制约多足步行机器人技术进一步发展的基础理论问题并没有得到根本的解决。

1.3 多足机器人研究发展趋势

随着对多足步行机器人的研究的日益深入和发展，多足步行机器人在速度、稳定性、机动性和对地面的适应能力等方面的性能都将不断提高，自主化和智能化也将逐步的实现，从而使其能够在更多特殊环境和场合中使用，因而具有广阔的应用前景。[1]

纵览当前多足步行机器人的发展，多足步行机器人有以下几个值得关注的趋势：

(1)多足步行机器人群体协作

多个多足步行机器人协调合作共同完成某项任务。与单个多足步行机器人相比，多个多足步行机器人的总负荷更大，可以携带的仪器和工具更多，功能性更强。它们之间通过通信进行协调，也可以按照某种规则指定主机器人和从机器人，从而按照一定的队形和顺序对目标进行不同的测量和操作。而当其中某一多足步行机器人出现故障时，其它机器人还可以照常工作，大大提高了工作效率和可靠性。武汉科技大学高职生毕业设计(论文)

(2)多足步行机器人的智能化

传统步态规划的方法是在机器人逆运动学的基础上，并且己知步行环境，来计算机器人各驱动关节转角的。这就提出了在机器人对未知环境的识别后，具有普遍实用意义的智能化的自主步态规划生成及控制的研究，以及对机器人实现步行空间精度定位问题的研究。

(3)多足步行机器人的模块化和可重组

针对不同的工作环境，机器人需要根据环境的变化对自己的姿态进行调整。而模块化设计的多足步行机器人则可以根据环境的不同进行自重构。自重构多足步行机器人比起固定结构的多足步行机器人对地形的适应性更强，可应用的场合更多。因此，自重构机器人是多足步行机器人的发展方向之一。武汉科技大学高职生毕业设计(论文)第二章 多足机器人行走机构的设计及校核

2.1 多足机器人行走机构结构的拟定

步行机器人的机械部分是机器人所有控制及运动的载体，其结构特点直接决定了机器人的运动学特征，其性能的好坏也直接决定了功能可行性[4]。多足步行机器人的机构系统主要包括机器人腿部件的布局、腿部件的结构形式、腿的数量等，而其中腿部件的结构形式是多足步行机器人机构的重要组成部分，是机械设计的关键之一。因此，从某种意义上说，对多足步行机器人机构的分析主要集中在对其腿机构的分析。一般地，从机器人结构设计要求看，腿机构不能过于复杂，杆件过多的腿机构形式会引起结构和传动的实现产生困难。因此对多足步行机器人腿机构的基本要求可以归纳为：

（1）实现运动的要求；

（2）承载能力的要求；

（3）结构实现和方便控制的要求。

为了设计行走机构的结构，我们首先引入空间自由的的概念：

一个杆件（刚体），在空间上完全没有约束，那么它可以在3个正交方向上平动，还可以有三个正交方向的转动，那么就有6个自由度。若在二维空间中有n个完全不受约束的物体，选其中的一个为固定参照物，因每个物体相对参照物都有6个运动自由度，则n个物体相对参照物共有6(n-1)个运动自由度，若在所有的物体之间用运动副联接起来，设第1个运动副的约束为ui如果所有n个物体之间的运动副数目为g，这时的运动自由度应减去所有的约束数的总和。

gM6(n1)u

（1）

ii1一般地，多足步行机器人能实现灵活的行走动作，其腿机构至少必须有两个自由度，即前后的摆动和上下的抬放运动。构成两个自由度地方法可以都采用回转副，或是采用一个回转副和一个可伸缩的移动副，还有就是采用两个移动副，将前后的摆动变为前后滑移。目前，这种两自由度的腿机构多足机器人的研究中以有了较多的应用，但是想利用腿的转动改变前进方向，或是在原地旋转，那腿部机构就至少三个自由度，即在两自由度腿上加一个水平旋转自由度。也就是说机构空间自由度M=3。

基于空间三自由度机构，我们设计出如下结构，结构图如图4所示 武汉科技大学高职生毕业设计(论文)

图4 行走机构结构简图

以A点实现第一个自由度，即控制机器人腿的上下抬放运动，B为摆动中心轴，A处上下循环运动，带动连杆机构周期性的上下抬放。

以C点实现第二个自由度，即处控制机器人腿的前后运动，C点前后循环运动带动连杆机构周期性前后摆动。

第三个自由度，机器人的转向无需在增加原动件，只需在步态控制上就能达到，简单地说如果左侧腿摆动比右侧慢，则机器人向左拐，反之亦然。

2.2 重要组件的设计及校核

2.2.1 重要组件的选定

行走机构的主体部分由连杆组成，这里不作赘述。

本文主要考虑图4所示A点和C点处控制行走机构分别做上下抬放运动和前后摆动的组件。在整个机构中，此两处起到了传动和实现规定步态的重要作用，并且是受力比较复杂的组件之一，所以本文将其作为整个机构设计的基础。

本文选用圆柱凸轮来实现A、C处的运动，不但运动循环性好，而且凸轮机构使机器人足部落地静止时平衡自身整体重力所需的转矩无需有电机转动来实现，大大提高了机器人的承载能力和电机的使用寿命。武汉科技大学高职生毕业设计(论文)2.2.2 圆柱凸轮的设计

A点、C点处控制机器人的抬放腿、前后摆腿选用圆柱凸轮来实现。

考虑到结构的紧凑，凸轮理论周长S0不宜过大；同时，为了保证凸轮和凸轮滚子的强度，理论周长S0也不能太小，经过多次设计选择，考虑结构和强度的关系最后确定理论周长S0取120mm，相应的理论直径d0约为38.2mm。

由于凸轮的槽深与凸轮的直径大小有直接关系，所以最后确定外径为46mm内径28mm槽深9mm。（见附图一）

2.2.3 凸轮滚子轴的强度校核

在整个机构中，凸轮滚子是力从电机传递到腿的中心零件（见附图二），而目由于其尺寸较小，属于比较危险的容易失效零件，所以对其进行校核非常必要。而在分别负责上下摆动和前后摆动的两组凸轮中，又以负责上下摆动的凸轮起滚子轴受力最大，这是因为在腿的落地阶段，即凸轮的静止行程，机器人整体的重力是由凸轮轴承受的。所以这里我们考虑图4中A点处负责机器人腿上下运动的凸轮的校核。

机器人自身的重力支反力由足传到A处滚子轴，以3+3六足机器人为例： 机器人自身估重30kg，由于三条腿在身体两侧同时着地，其中一侧只有一条腿着地，承受的力为机器人重力的一半。Fz 3F2g(2)

450N330g2

F——凸轮轴的支反力 zFg——机器人重力的支反力，Fg =30g，g取10 MF'zL(3)Fz1.33L4501.33127.2Nm

F——凸轮滚子轴的当量载荷，考虑冲击的影响，在F的基础上乘以系数1.33 zz'轴的剪切弹性模量

Wd323(4)武汉科技大学高职生毕业设计(论文)

d——轴的直径

循环应力的特性值分别为 maxM3.14103320.0982106m3

(5)

W=7.20.0982=73.32MPa74MPa

10-6minmax

=-74MPa 轴采用24Cr深渗碳淬火，疲劳极限为

1273MPa

安全系数

n1k(6)

max 2732.73.5

0.87374k——有效应力集中系数，取2.7 ——尺寸因数，取0.87 ——表面质量因数，渗碳淬火取3 考虑到工作情况安全系数取n=3，小于计算得到的安全系数，所以满足强度条件。武汉科技大学高职生毕业设计(论文)

第三章 其它部分设计

3．1 电机和减速器的选用

为了实现整体结构的紧凑和性能的良好，本文设计的机器人选用了瑞士FAULHABER集团生产的直流电动机和精密减速器作为机器人的心脏。FAULHABER集团产品代表着当今世界微电机制造工艺和指标的最高标准。FAULHABER产品与传统的直流电机相比，其优异性关键在于电机转子的不同上。FAULHABER直流电机采用斜绕方式的空心杯转子，没有齿槽效应以及非常轻的重量，这使得转子转动惯量极小。对小功率产品，FAULHABER电机采用精密合金换向器，因其接触电阻低而使性能优良。

选取抬落电机的型号为2224-006SR型精密减速电机，参数如下: 名义电压 6V 最大输出功率 4.55 W 最大效率 82% 输出转速 100r/min 选取前后摆电机的型号为2232-O15SR精密减速电机，参数如下: 名义电压 15V 最大输出功率 8.41 W 最大效率 85% 输出转速 120r/min 3.2 机器人步态初步规划

本文以3+3型六足机器人为例，为了方便阐述，我们把左侧的三条腿分为A组，右侧的则分为B组。[5,6,9,10]（1）直线行走步态规划: 直线行走步态的摆腿顺序虽可分为A组-B组或B组-A组，但其步行的效果上是一致的，这单以A组-B组的摆腿顺序为例，规划机器人在一个步态周期中的步行。

阶段1:机器人六条腿都着地，机身前移，重心前移；

阶段2:A组腿作摆动腿，摆起；B组腿作支撑腿；重心继续前移；

阶段3:机器人六条腿着地，做姿态调整，重心前移；

阶段4:B组腿作摆动腿，摆起；A组腿作支撑腿；重心继续前移，完成一个步态周武汉科技大学高职生毕业设计(论文)期。

（2）定点转弯步态规划: 定点转弯步态也将步态周期划分为4个执行阶段，其摆腿顺序也有两种:A组-B组或B组-A组。若A组腿先摆动，机器人右转，若B组腿先摆动，则左转。这里机器人的摆腿顺序B-A，左传转动ψ个角度为例来规划。

阶段1:机器人做姿态调整，六条腿站地支撑，站地点不变，机身转动；

阶段2:B组腿摆起，转动，A组腿支撑；

阶段3:机器人做姿态调整，六条腿站地支撑，支撑点不变，机身转动；

阶段4:A组腿摆起，转动，B组腿支撑。武汉科技大学高职生毕业设计(论文)

设计总结

本文针对自行设计的多足仿真机器人行走机构，完成了如下工作：

（1）综合分析了目前多足机器人的步行机构，理解所研制的六足步行机器人的结构特点，并进行运动学分析。

（2）设计了机器人的机械部分，并进行了校核。

（3）初步研究了机器人的行动方式，拟定了简单的步态规划方案。

在上述的工作中主要体现了如下几点创新:（1）传动部分的凸轮机构使机器人足部落地静止时平衡自身整体重力所需的转矩无需由电机转动来实现，大大提高了机器人的承载能力和电机的使用寿命。

（2）凸轮滚子的轴承外置方式使凸轮的尺寸减小同时增加了滚子轴的强度。

在高技术发展的推动下，针对多功能的应用情况和复杂的工作环境，对机器人机械结构的设计和研究应该更加深入和全面，只有在良好的机械平台上，结合合理、有效地控制策略，才能更好的规划机器人的步行，体现其作为足式机器人的优点和特点。武汉科技大学高职生毕业设计(论文)

参考文献

[1] 黄俊军，葛世荣，曹为.多足步行机器人研究状况及展望.机床与液压，2008年5月 第36卷第5期.[2] [3] 王新杰.多足步行机器人运动及力规划研究.华中科技大学 博士学位论文 迟冬祥，颜国正.仿生机器人的研究状况及其未来发展.机器人，第23卷第5期 2001年9月.[4] [5] 蒋新松，机器人学导论[M] ,辽宁，辽宁科学技术出版社，1993.汪劲松，张伯鹏.全方位双二足步行机器人(I)——步行原理、机构及控制系统，清华大学学报(自然科学版),1994,No.2:102-107.[6] 汪劲松，张伯鹏.全方位双二足步行机器人(H)——步行模式规划，清华大学学报(自然科学版),1994,Vol34,No.5:63-71 [7] 雷静桃，高峰，崔莹.多足步行机器人的研究现状及展望.机械设计，第23卷第9期 2006年9月

[8] 臧红彬.一种新型的多足仿生机器人的机构设计与研究.机械设计与制造，第8期 2010年8月

[9](美)R.西格沃特(Roland Siegwart)(美)I.R.诺巴克什(IllahR.Nourbakhsh).自主移动机器人导论.西安交通大学出版社 2006 [10] 广茂达编写组.智能机器人.中国社会出版社 2003 [11] D.E.Orin.Supervisory Control of Research,1982,Vo1.1,No.l,pp.79-91 [12] N.Koyachi.The World of Multi-Legged Robots,J.of Robotics Society of

Japan,1993,Vo1.11,No.3,pp.379-384 [13] R.B McGhee.Some finite state aspects of legged locomotion, Mathematics Bioscientes,1968,2: 67-84 [14]

Dominiek Reynaerts,Tan Peirs,Hendrik Vau Brussel.Sliape memory micro-actuation for a gastro-intestuial uitercention system.Sensors and Actuators 77 1999 157-166

a Multilegged Robot,Int.J.Robotics 武汉科技大学高职生毕业设计(论文)

致谢

本篇论文虽然凝聚着自己的汗水，但却不是个人智慧的产品，没有导师的指引和赠予，没有同学和朋友的帮助和支持，我在大学的学术成长肯定会大打折扣。当我打完毕业论文的最后一个字符，涌上心头的不是长途跋涉后抵达终点的欣喜，而是源自心底的诚挚谢意。我首先要感谢我的导师，对我的构思以及论文的内容不厌其烦的进行多次指导和悉心指点，使我在完成论文的同时也深受启发和教育。此外，还要各位同学对我的帮助。我也在努力的积蓄着力量，尽自己的微薄之力回报母校的培育之情，争取使自己的人生对社会产生些许积极的价值！

第二篇：机器人设计论文

绿化植树机器人设计

摘要：

这个机器人是针对大量绿色植树而设计的，利用机械四足作为其活动方式，机器人通过视频识别系统在有限范围内对地形与植被作出判断，然后通过自动行走系统移动到目标地点前面，再通过机械手取出携带的植物幼苗，通过这个可以360度旋转的机械臂进行种植工作，机械臂可以进行种植、培土、等工作。种植完成后还将用一层可分解的塑料薄膜覆盖植物幼苗，保证其在能够自行成长前的安全。

关键词：

绿化植树、四足行走、山坡作业、视频识别、机械臂操作

设计背景：

地球现在正面临着绿色植被在不断减少的危机，而人类也因为这样要面对日益严峻的环境问题。大量植树还原绿色植被是一个相当重要的手段来解决这个难题，但是依靠人力去做的话，效率始终不够高。所以在这里我想设计一个专门用于大作业量的绿化植树机器人。

设计思路：

这个机器人，是需要面对山坡这样的陡峭地形的，由于特殊的使用环境，机器人的活动方式要求能够灵活的应对颠簸不平的土地，机械四足需要能够根据不同的地势调整四足的高度，确保平稳的行走，这种活动方式才能使机器人轻松到达山崖大部分位置。移动起来必须十分的轻巧，以避免对其他植物的伤害。由于这个机器人对视频识别有着较高的要求，所以必须在这方面有所突破，同时当发现有杂草或者有害植物的时候，还可以通过高温蒸汽将其杀死，来保证种植的植物幼苗的生长。360度旋转的机械臂可以保证种植过程的顺利进行。

详细具体设计方案：

一． 整体结构：

1.整个机器人分成上下两大部分，上部分是机械手臂，主要实现机器人的整个种植操作，下部是机器人的机身和四足，包括：植物幼苗存放仓、红外线距离测量仪、摄像头、电脑处理系统。

2.机器人是通过电力驱动的，所以必须携带储电池，也是安装在机身。二． 中央处理系统：

机器人的机身将安装一个中央处理系统，作为机器人的大脑，它主要调节机器人三大系统：机械四足行走系统、机器人视觉系统、机械臂控制系统。中央处理系统要接收和分析红外线距离测量仪、摄像头、机械臂传感器等反馈信息，以及控制四足的行进系统、机械臂操作等。三． 机械四足行走系统： 1.机械四足的形状：

一开始的时候，我曾经很困惑于如何把握行走稳定与行走速度之间的平衡，后来设想出仿人类四肢的关节加上圆形的脚盘这个方案，总体感觉可以满足行走的需要。2.如何实现行进：

参考了机械小狗的设计，将机械四足连接在机器人的中央处理系统而成为一个整体，接受中央处理系统的控制。每次改变一个机械足的位置，实现整个机器人的行

走。

3.如何保持位置稳定：

在机器人机身安装有3个红外线距离探测器，当机器人识别到了目标之后，三个探测器同时从3个方向测量其与目标的实时距离，这样就可以确定机器人和目标的相对三维位置。确定了相对位置之后，将数据传送给中央处理系统。再次调节四足关节处的角度以及脚盘关节处的角度，让机器人可以平稳的站立。四． 机器人视觉系统：

1.识别原理：

当机器从人移动到距离目标五米范围内，就开始识别目标的过程了。负责识别目标地点的摄像头就安装在机身上。

识别的工作原理是根据环境颜色和形状的不同作判断，再通过视频摄像和经过中央处理系统程序计算识别出来的。2.摄像头要求：

由于工作需要，摄像头的视角范围必须足够大。因此摄像头的形状设计为圆球形，好像眼球一样可以转动。

五． 机械臂夹持系统：

当目标已经识别出来之后就应该开始收集工作了。这个机器人的收集垃圾的工作是通过外夹式机械臂来完成的。1.手指类型：结合课堂知识，机械臂的手指类型选择是由被握持物件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态的不同而决定的。由于这个机器人针对的目标是装有植物幼苗的器皿，因此机械手指的设计采用针对圆柱形物件的特殊中空手指，你也可以说没有手指，可以直接将圆柱状的幼苗器皿卡住，种入泥土中。另外内面将采用柔性材料镶衬橡胶来增加摩擦力。

2.驱动装置：采用直流伺服电机驱动机械臂的各个关节。3.除草系统：通过识别系统识别出杂草或者有害植物的时候，还可以通过手臂中的高温蒸汽将其杀死，来保证种植的植物幼苗的生长。

六． 植物幼苗存放仓：

植物幼苗存放仓将安装在机器人机身上部，以轻型塑料制作，为仓盒状，可以有透明的材料遮挡恶劣的天气环境。仓的下部安装有平衡测试仪器，防止装幼苗的时候由于重心变化而导致机身倾斜。七． 可能遇到的实际问题：

这只是一个机器人的理论设计而已，我也想到了一些实际上可能遇到的问题，比如：具体的行走效率有多高？遇到坡度太大的地形，如何保证安全的攀登上去？机器人是采用电力驱动的，但电池的体积和质量都不能太大，如何可以保证电力的持久供给？

简易设计图：

第三篇：双足步行机器人相关翻译

本科毕业论文

外文文献及译文

文献、资料题目：Walking Control algorithm of

Biped Humanoid Robot

文献、资料来源：期刊

文献、资料发表（出版）日期：1999.6.3 院（部）： 理学院

专

业： 光信息科学与技术 班

级： 光信112 姓

名： 王若宇 学

号： 2011121135 指导教师： 赵俊卿 翻译日期： 2015.5.14

山东建筑大学毕业论文外文文献及翻译

外文文献：

Walking Control algorithm of Biped Humanoid Robot

Many studies on biped walking robots have been performed since 1970 [1-4].During that period, biped walking robots have transformed into biped humanoid robots through the technological development.Furthermore, the biped humanoid robot has become a one of representative research topics in the intelligent robot research society.Many researchers anticipate that the humanoid robot industry will be the industry leader of the 21st century and we eventually enter an era of one robot in every home.The strong focus on biped humanoid robots stems from a long-standing desire for human-like robots.Furthermore, a human-like appearance is desirable for coexistence in a human-robot society.However, while it is not hard to develop a human-like biped robot platform, the realization of stable biped robot walking poses a considerable challenge.This is because of a lack of understanding on how humans walk stably.Furthermore, biped walking is an unstable successive motion of a single support phase.Early biped walking of robots involved static walking with a very low walking speed [5,6].The step time was over 10 seconds per step and the balance control strategy was performed through the use of COG(Center Of Gravity).Hereby the projected point of COG onto the ground always falls within the supporting polygon that is made by two feet.During the static walking, the robot can stop the walking motion any time without falling down.The disadvantage of static walking is that the motion is too slow and wide for shifting the COG.Researchers thus began to focus on dynamic walking of biped robots [7-9].It is fast walking with a speed of less than 1 second per step.If the dynamic balance can be maintained, dynamic walking is smoother and more active even when using small body motions.However, if the inertial forces generated from the acceleration of the robot body are not suitably controlled, a biped robot easily falls down.In addition, during dynamic walking, a biped robot may falls down from disturbances and cannot stop the walking motion suddenly.Hence, the notion of ZMP(Zero Moment Point)

第四篇：多足绑腿跑教学设计

《多足绑腿跑》教学设计

一、教学目标：

1.认知目标：通过趣味性较强的多足绑腿跑练习，学习多足绑腿跑的技巧方法，认识多足绑腿跑中同伴相互协作的重要性。2.技能目标：通过多足绑腿跑，加强学生协调性和体能训练。3.情感目标：通过多足绑腿跑，强化学生相互协作意识，培养同学们互相帮助互相包容的大集体主义观。

二、教学重点

强化同学之间的配合意识

三、教学难点

协作跑时队员步伐节奏的把握

四、场地器材：绑腿绳20个

五、教学课时：二课时

六、教学过程：

（一）开始部分

1．鸣哨集合，接受体育委员的汇报

2．师生问好，讲解本节课的课堂目标、任务及要求 3．队列队形的练习

（二）准备部分

1．找朋友（报团的游戏）

游戏准备：让学生围成一个圈 游戏的规则与方法：学生在逆时针运动的过程中听老师出数学题并迅速算出结果后相应的几个学生站在一起并摆出自己喜欢的造型。

游戏目的：在游戏的过程中需要学生具有较强的判断力，而且还要求学生的视、听、时间、空间等感觉灵敏，并具有一定认识问题、分析问题的能力从而去激发学生智力的发展。2．徒手操

第一节：头部运动 第二节：振臂运动

第三节：腰部运动 第四节：全身运动

第五节：膝部绕环 第六节：正压腿

第七节：活动手腕脚踝(三)基本部分

要求：两人练习时的步伐要一致不要一个迈左脚一个迈右脚，还有两人尽量抱在一起。走的时候好互相照应，要摔的时候可以互助。还有就是绳子要绑紧一些，这样有利于两人的同时移动。避免步子大小一前一后。至于高度嘛尽量不要太高。

练习一：学生两人一组自由组合进行绑腿走，并思考怎样才能让两人三足的步子协调一致？并请学生回答，找走的好的同学示范。每组同学自由练习先练习两人三足绑腿走，再练习两人三足绑腿跑。

练习二：两人一组。教师通过口令指挥各组同学进行比赛。让

练习三：24人一组。从右至左开始1、2报数，喊1的同学撤右脚，喊2的同学撤左脚，进行撤脚练习。听到教师“踏步走”每组相邻的两个同学进行踏步，达到步子协调一致，并告诉学生大腿要高抬。教师以同样的方法指导学生进行撤脚并告诉学生手有三种放法，两手搭肩；两手搭腰；右手搭肩，左手搭腰，建议学生用两手搭腰的方法。学生前腿弓步、上体前倾原地踏步练习，再绑腿走最后再绑腿跑进行练习。

（四）结束部分 1．小结本课 2．放松操

3．归还器材 4．师生道别

五、教学反思

学生能在教师指导下认真参与各个练习，课堂气氛活跃，结束时学生基本掌握多足绑腿跑的技术方法，同学们团结协作的能力得到了提高。

第五篇：智能机器人论文

湖南农业大学课程论文

学 院： 工学院 班 级：11级机械1班 姓 名： 曾强 学 号：201140614114 课程论文题目：未来智能机器人

课程名称：MCS-51单片机原理、接口及应用 评阅成绩： 评阅意见：

成绩评定教师签名：

日期： 2014年 5月 12日

未来智能机器人

摘要：机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。近二十年中，因为电脑技术、电子产品及生物遗传工程等技术的大踏步发展，“智能机械人”的研发热潮已从专业人士的实验室中走了出来，成为一种综合科研能力的开发活动。

关键字:智能，CPU，拟人化，人性化

（一）机器人的结构组成及工作原理

机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成。执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。

检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。

控制系统有两种方式。一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制。如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。

（二）机器人的未来发展

机器人的研究从一开始就是拟人化的，所以才有机械手、机械臂的开发与制作，也是为了以机械来代替人去做人力所无法完成的劳作或探险。但近十几年来，机器人的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用的范畴十分广阔。大而言之，用之于太空开发，月球车，深海探测器，海洋石油开采，航天飞机机械臂等，小至微型手术机械，生命监测仪等。军事上的用途更是日新月异，从拆弹机器人、清除机器人到无人驾驶飞机、自动化战车，有人甚至预测未来战争可能如星球大战一样，是机器人的战争。至于工业、农业、遗传生物产业、医学、文化产业、电讯业、能源开发，都将因机器人的大量登场而出现产业革命。英国电讯公司未来学部门研究员曾因准确预测手机短讯、垃圾邮件及网上搜寻引擎的出现而闻名，在最近公布的科技展望五十年的预测中，其中就有数条是关于机器人的。未来的机器人将会朝着三个方面发展：

一、与人类的生活更为密切地结合起来，以为人提供更多服务作为要素

二十年后，家中扫除、清洁的工作或老人的护理保健的工作可能全由机器人取代。美国旧金山的医院已开始使用机器人为病人送药、配药的服务。美国的阿伊机器人公司的总裁接受媒体采访时表示，该公司生产的家用大扫除机器人产品，2002年只有一百二十万美元销售额，到2012年已猛增50倍以上。还有，家居的全自动化，无需驾驶的自动汽车等等，实在无法一一计数或做出估计。

二、仿生性，生物性的大趋向

以趣味性、生物性来制造机器狗、猫、鱼等动物。譬如日本三菱重工附属公司Ryomei Engineering研制成功的金色机械鱼“金鱼虎”长1公尺，重25公斤，是一只不小的巨鱼，能自动畅游于水中，可协助监察桥梁的保安和搜集鱼汛的情况，监视河水污染等。索尼公司研制的Aibo机器狗会对主人声音有情绪反应，已能够模仿喜怒哀乐和恐惧等情绪，将来可出现代替真正导盲犬的机器狗。另外，电影《侏罗纪公园》的恐龙机器人等也是例子。这类仿生性机器人还被广泛用于军事上的侦察救险、情报传送，甚至杀敌于无形的手段上去。美国夏威夷大学设有水下机器人研究中心，已具相当规模。今年八月初俄罗斯迷你潜艇在海底为渔网所缠，困于190米下的深海，就得助于英国的“天蝎”号救援艇之助而脱险的，“天蝎”号就是海底机器人。

三、最重要的发展是人性化

日本举行的万国博览会，被称为机器人的大集合之展览会，有人甚至将之称作“机器人万国博览会”，从中亦可看出日本的这一产业优势及成果。在展场中，接待处、大会清扫工作、警备工作等，多以机器人的形式出现与取替。博览会期间还举办多项人与机器人有关的活动，其中最引人注目的还是人工智能及人性化的机器人的表演，譬如接待处的一位女性机器人能听、说六国语言，而且说话时眼、嘴皆会动，面部肌肉也有活动。造型奇特有趣的高尔夫球机器人“坎迪—5”，它内置整个高尔夫球场的3D地形和球会会员的资料，并设置有全球卫星定位系统，能作360度自如旋转，它的系统将愈加精密，并更具人性化，科学家预计在2020年完成其全部制作时，它可充当球童并可从旁给予击球建议。此外，尚有具“视觉”、“味觉”的机器人，它的红外线测定可以对食物及饮品的成份、含量马上做出判定，譬如将一只苹果摆在其手臂前，可以打印出该只苹果的糖份、维生素含量等。最引人注目的是机器人管乐队的演奏，以机器人演奏真正的乐器，而且队形不断变换，演奏技术臻于上乘。东京大学于今年八月公布已开发出人的仿真性皮肤，可如人一样感受冷热、痛楚、温度反应，甚至一些人的皮肤未具有的功能都可以设定，这对仿造机器人的生命性又是一大进步。凡此种种，不一而足。

在世纪之交，生物遗传工程因“克隆人”的出现而引致伦理、法律及道德问题的争议，“克隆人”能否问世仍然是一个未知数，但机器人的研发正在取而代之，以越接近人性化为追寻目标。因而还为之出现了新的名词，比如人工智能（简称AI），并以下述二个英文名字用来指人类模样的机器人：androids和humanoids。西方的电影导演在谈到影视中出现的非常人性化的机器人时，更常常使用这些有明确倾向的专用词： A、变得人性化—humanize B、人性化的—humanized C、人道、仁慈—humanity。

我国的机器人研发工作基本上属于科学研究的项目，据说，中国科学院目前已造出说话时嘴唇能够活动、眼睛能转动、具视觉功能的机器人，其水准可媲美日本同行其实，机器人的制作绝对并非只是液压机械与电子产品的混成物，要将机器人造得越来越有人性化，就要兼及生命医学、传感、光学及创造性的文化产业等方面，比如机器人的关节就需要研究中医的经络学、生物学上的神经刺激反应以及文化产品的某种造型特征（其中很重要的是民族特征的外表）等等。英国的科学家甚至预言，到2020年，随着机器人愈来愈精密和使用有机零件制造，它们将会受到“机器人权”的保护。

在美、日、德、法、韩等国，机器人产业的开发正在日受重视，一般采取所谓的“官产学”形式。“官”即政府的制定政策及倾斜支持，调整产业结构。据情报显示，日本政府正在调整全国的产业制造结构，名古屋中部地区的未来产业为新型汽车工业，以大阪为中心的关西地方将以机器人产业为主，东京地区以资讯情报化为中心等等；“产”即产业界的自我分类的研究与开发，并将之变成产品，取得经济效益；“学”即学校设置专门的学科，教材则与以往不同，非全盘为学校教授所写，有一些则由产业研究所编写教材，利用电脑技术介入，反过来向大学师生出售。而专门出售机器人制作的教科书、教材及装配零件、专门杂志等也已成行成市，许多公司改变既有行业，转而生产为此服务的产品。那么，这是否将导致一场工业革命？现在断言尚为时过早。但可以预计的是，未来20年，机器人产业将成为未来新产业的一个领先潮流，在现代化的高科技战争中，机器人将发挥越来越大的战斗作用，从而减少前线士兵的人命伤亡，并以奇技利器克敌制胜。

总结 ：世界上先进的工业化国家都十分注重机器人的研究开发、实用化及产业化的动向，投入大量的资金、人力，优化环境及指标，特别是重视培养年轻人对此未来科学的兴趣，吸引他们的投入，以形成人材梯队，锻造出新的产业队伍。随着科学技术的飞速发展，未来的机器人将更加智能化。机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活应用领域的不断扩大正在引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。

参考文献：

1.《人工智能的未来》 陕西科学技术出版社

作者：杰夫·霍金斯

2.《人工智能:一种现代的方法》 清华大学出版社

2006 05