六足仿生机器人研究报告
一种六足仿生机器人的研究
第1期(总第146期)2008年2月机械工程与自动化M ECHAN I CAL EN G I N EER I N G & AU TOM A T I ON N o 11Feb 1文章编号:167226413(2008)0120139203一种六足仿生机器人的研究申景金,李成刚(南京航空航天大学机电学院,江苏 南京 210016)摘要:基于仿生学原理,应用连杆机构学中的Robert 原理,设计出一连杆轨迹能较好地近似于机器人理想足部轨迹的六杆机构。
并通过ADAM S 动力学仿真软件,对用这一连杆机构作为腿部机构的六足机器人进行了前进和转弯步态仿真。
仿真结果表明该机器人具有良好的移动性能。
关键词:Robert 原理;六连杆机构;六足机器人;步态中图分类号:T P 242 文献标识码:A收稿日期:2007205215;修回日期:2007209221作者简介:申景金(19842),男,山东人,硕士研究生,研究方向为智能机器人技术。
0 引言轮子或履带移动方式在移动机器人中已经普遍应用,但这种移动方式适应地形的能力较差,因此根据仿生学原理设计出一种具有较好适应性的移动方式已成为机器人研究的一个重要部分。
采用足作为移动系统的机器人和采用其它方式作为移动系统的机器人相比,具有以下优点:①可以穿过不规整的地形而保持机体水平,从而不破坏其稳定性;②具有跨越障碍物、壕沟和楼梯的移动能力;③能够穿过松软的地形;④具有全方位移动性;⑤相比轮子、履带移动机器人能较多地避免外部环境的破坏作用[1]。
可见,足式步行机器人已成为机器人研究中的一个热点。
本文根据仿生学原理,以六足机器人的足部轨迹为出发点,设计出一种能够较好符合其要求的腿部机构,并通过ADAM S 动力学仿真软件进行了分析与验证。
1 步态生成与结构设计111 仿生学原理与步态生成六足纲昆虫行走时一般不是六足同时直线前进,而是将三对足分成两组。
身体左侧的前、后足及右侧的中足为一组,右侧的前、后足和左侧的中足为另一组,分别组成两个三角形支架。
仿生六足机器人 结题报告
编号：13哈尔滨工业大学机电工程学院基于项目学习的机械创新设计大赛结题报告书项目名称：仿生六足机器人项目负责人：闫振学号：1120830201联系电话：电子邮箱：院系及专业：机电工程学院飞行器制造工程指导教师：李立青职称：高级工程师联系电话：电子邮箱：院系及专业：机电工程学院航空宇航制造工程系姓名性别专业方向班级学号本人签字闫振男飞行器制造工程 王志强男飞行器制造工程 晏理邦男飞行器制造工程 赵京昊男飞行器制造工程 穆思宇男飞行器制造工程签 名：年 月 日哈尔滨工业大学机电工程学院制表填表日期：2014 年7月 20日项目名称： 仿生六足机器人 一、课题组成员：（包括项目负责人、按顺序）二、指导教师意见：三、院评审委员会意见：评审主任签名（或盖章 ）：年 月 日四、研究背景1.研究现状4.1国外研究现状随着电子技术发展，计算机性能的提高，使多足步行机器人技术进入了基于计算机控制的发展阶段。
其中有代表性的研究为1993年,美国卡内基-梅隆大学开发出有缆的八足步行机器人DANTE，图1所示,用于对南极的埃里伯斯火山进行了考察，其结构由2个独立的框架构成。
这一阶段研究的重点在于机器人的运动机构的设计、机器人的步态生成与规划及传统的控制方法在机器人行走运动控制过程的应用。
1983年，Odetics公司推出的六足机器人Odex1，图2所示，把六条腿均匀分布在一个圆形框架上，可方便的实现全方位运动，而且能够通过对形体的重构改变机器人的形状，是对传统的长方形框架六足步行机的挑战。
麻省理工的Raibert利用相对自由度数较少的简单腿部机构建造了一些机器人，利用简单的控制，这些机器人能够实现走、跑、跳等动作，实现主动平衡，如图3所示。
1993年,美国卡内基-梅隆大学开发出有缆的八足步行机器人DANTE，图4所示,用于对南极的埃里伯斯火山进行了考察，其结构由2个独立的框架构成。
这一阶段研究的重点在于机器人的运动机构的设计、机器人的步态生成与规划及传统的控制方法在机器人行走运动控制过程的应用。
六足仿生机器人的视觉及步态稳定性分析
六足仿生机器人的视觉及步态稳定性分析六足仿生机器人的视觉及步态稳定性分析人类一直以来都将生物作为创新设计的灵感源泉之一。
仿生学就是基于生物学原理来研究人造系统的学科领域，其目标是将生物系统的特征与功能应用到工程设计中。
六足仿生机器人是仿生学最经典的研究对象之一，以其在复杂环境中的优秀适应能力而闻名。
本文将重点分析六足仿生机器人的视觉感知与步态控制，以及其相关的稳定性问题。
六足仿生机器人的视觉感知是其能够感知周围环境和障碍物的关键能力。
为了实现视觉感知，研究者们通常会使用多个摄像头或激光传感器来获取周围环境的信息。
这些传感器通过采集环境中的图像或深度信息，进而构建出机器人所处环境的模型。
然而，在复杂且不确定的环境中，如何准确地获取环境信息成为了一个挑战。
一种常见的方法是使用机器学习算法来进行环境模型的构建和识别。
例如，可以使用卷积神经网络（CNN）来对环境中的物体进行分类和识别。
同时，也可以结合深度学习技术，实现对物体的定位和跟踪。
通过这些方法可以提高六足仿生机器人的感知能力，使其能够更准确地识别和避免障碍物。
六足仿生机器人的步态控制是保持其稳定性的关键因素之一。
步态控制旨在实现机器人在不同地形上的平稳行走和高效运动。
在步态控制中，研究者们通常采用中枢模式产生器（CPG）来实现机器人的运动控制。
CPG是一种仿生学概念，它模拟了生物系统中神经元之间的相互作用方式，从而实现了机器人的步态控制。
为了保持稳定性，六足仿生机器人需要遵循一些基本原则。
首先，机器人需要保持足底的接触力平衡。
通过动态调整每个足底的接触力分布和施加力矩，机器人可以实现平稳的行走。
其次，机器人需要根据环境中的障碍物和地形的变化，动态调整步态。
例如，在攀爬陡峭坡度时，机器人可以通过增加对角足底的接触力来增加附着力。
最后，机器人还需要实时监测自身姿态和外部力的变化，并进行相应的调整以保持稳定性。
除了步态控制外，机器人的结构设计也对稳定性有着重要影响。
六足移动式微型仿生机器人的研究
六 足 移 动 式 微 型 仿 生 机 器 人 的 研 究
徐 小 云 颜 国正 丁 国 清 刘 华 付 轩 吴 岩
（ 上海交通 大学信 息检测技术及仪器 系 上海 ２ ０ ３ ） ０ ０ ０
摘 要 ： 文 描 述 了 一 种 微 型 六 足 仿 生 机 器 人 的 结 构 与 控 制 ， 析 了 这 种 微 型 六 足 仿 生 机 器 人 的 移 动 原 理 ． 本 分 该 机 器 人 基 于 仿 生 学 原 理 ， 构 独 特 、 单 、 颖 ， 方 便 地 实 现 前 进 和 后 退 ， 样 机 外 形 尺 寸 为 ： ３ ｒｍ ， 结 简 新 能 其 长 ０ ａ 宽
ｔ ｘｐｅ ｉ ｅ ａ ｅ ｕｌｓ ｓ ｈｅ ｅ ｒ ｍ ｎｔ ｌｒ ｓ ｔ ｈｏｗ ｈａ ｈｅ ｒ ｂｏｔｈａ ｏｄ ｍ ｏｂｉｉｙ． ｔ ｔｔ ｏ ｓ ｇｏ ｌｔ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ｈ ｘ ｐ ｄ ｒ ｂ ｔ ｉ ｎ ｃ ｒ ｂ ｔ ｉ ｋ ｃ ｒ ｅ ａ ｌ ｓ ａ ｔ ｙ ｒｓ ｅ ａ ｏ ｏ ｏ ，ｂ ｏ ｉ ｏ ｏ ，ｌ ｕ ｖ ｔａ ，ｇ ｉ ｎ
仿生六足机器人的结构设计及运动分析
仿生六足机器人的结构设计及运动分析一、结构设计1.机体结构：仿生六足机器人的机体结构通常采用轻型材料如碳纤维和铝合金制作，以保证机器人整体重量轻，同时具备足够的强度和刚度。
机体一般采用箱型结构，保证机器人整体稳定。
2.足部结构：仿生六足机器人的足部结构是其中最重要的部分，直接关系到机器人的运动能力和适应性。
足部结构通常由刚性材料制成，具有良好的强度和刚度。
每个足部通常由三个关节驱动，分别是髋关节、膝关节和脚踝关节。
这些关节的设计对机器人的运动能力和足部适应性有着重要影响。
3.关节驱动方式：仿生六足机器人的关节驱动方式通常采用电机驱动和传动装置。
电机驱动可以提供足部的力和扭矩，使机器人能够进行各种运动，传动装置则用来将电机的运动传递到足部关节。
可以采用齿轮传动、连杆传动、带传动等方式，根据实际需求进行合理选择。
二、运动分析1.步态规划：步态规划是确定六足机器人各个足部的步态序列，以实现机器人的稳定行走。
常用的步态有三角步态、扭摆步态和螳臂步态等。
步态规划需要考虑机器人的稳定性和适应性，结合地面情况和环境要求进行合理选择。
2.动力学模拟：动力学模拟是对仿生六足机器人的运动进行分析和仿真，以优化机器人的运动能力和稳定性。
通过建立六足机器人的运动学和动力学模型，可以预测机器人的运动轨迹、步态设计和稳定性评估等。
动力学模拟可以帮助改善机器人的设计和控制策略。
3.控制策略：仿生六足机器人的控制策略采用了分布式控制和自适应控制的方法。
分布式控制通过将机器人的控制任务分配给多个子控制器，使得机器人具备较好的容错性和适应性。
自适应控制方法则通过对机器人的运动进行实时监测和反馈调整，使机器人能够自主学习和适应不同环境和任务。
综上所述，仿生六足机器人的结构设计和运动分析是实现机器人稳定行走和适应环境的重要环节。
正确的结构设计和合理的运动分析可以有效提高机器人的运动能力和稳定性，从而使机器人在实际应用中具备良好的适应性和操作性能。
易防护机械腿六足机器人机构学研究
效率。
机构设计的优化与创新
引入新型材料
使用新型材料可以减轻机器人的重量，提高机器人的强 度和刚度。例如，使用碳纤维复合材料可以显著提高机 器人的性能和效率。
应用新型技术
应用新型技术可以改善机器人的性能和效率。例如，使 用伺服电机和传感器技术可以提高机器人的精度和响应 速度。
设计新型结构
设计新型结构可以改善机器人的性能和效率。例如，采 用更先进的关节设计和连接方式可以提高机器人的灵活 性和稳定性。
控制系统的优化与改进
控制系统优化
为了提高机械腿六足机器人的性能，需要对控制系统进行优化。优化的方向包括 提高控制精度、增强抗干扰能力、降低能耗等。常见的优化方法包括硬件电路优 化、控制算法优化等。
控制系统改进
针对特定应用场景，需要对机械腿六足机器人的控制系统进行改进。改进的方向 包括增加新的功能模块、优化感知与决策系统、增强人机交互能力等。通过改进 控制系统，可以提升机器人在复杂环境下的适应能力和任务完成能力。
评价指标
根据实验目的和需求，选择合 适的评价指标对实验结果进行 评价，包括运动学指标、动力
学指标、稳定性指标等。
结果讨论
对实验结果进行深入讨论，分 析机械腿六足机器人的性能特 点，以及在不同情况下的表现
和优劣。
未来研究方向
根据实验结果，提出未来研究 方向和需要进一步探讨的问题
。
07
结论与展望
研究成果的总结与评价
研究结论与对未来工作的建议
要点一
研究结论
要点二
对未来工作的建议
通过对易防护机械腿六足机器人机构学的研究，可以得 出该机构具有较高的可靠性、稳定性和优越性。该机构 的设计理念和方法可以为其他机器人领域提供新的思路 和方法，具有广泛的应用前景和推广价值。
六足仿蜘蛛机器人的结构设计与仿真分析
六足仿蜘蛛机器人的结构设计与仿真分析一、概述随着科技的飞速进步，机器人技术已经逐渐渗透到各个领域，特别是在仿生机器人领域，其研究与应用更是取得了显著的成果。
六足仿蜘蛛机器人作为仿生机器人的一种，其结构设计与仿真分析是当前研究的热点之一。
六足仿蜘蛛机器人是一种模拟蜘蛛行走方式的机器人，具有适应性强、稳定性高、运动灵活等优点。
通过模拟蜘蛛的六足行走机制，该机器人能够在复杂环境中实现高效、稳定的运动，具有重要的应用价值。
在结构设计方面，六足仿蜘蛛机器人需要考虑多个因素，包括机械结构、驱动方式、运动学分析等。
机械结构是机器人的基础，需要合理设计各部件的尺寸、形状和连接方式，以实现机器人的稳定行走和灵活运动。
驱动方式的选择直接影响到机器人的运动性能和效率，常见的驱动方式包括电机驱动、液压驱动等。
运动学分析则是研究机器人运动规律的重要手段，通过对机器人运动学模型的建立和分析，可以预测和优化机器人的运动性能。
在仿真分析方面，通过建立六足仿蜘蛛机器人的虚拟样机，可以在计算机环境中进行各种实验和测试，以验证机器人设计的合理性和有效性。
仿真分析可以帮助研究人员快速发现设计中存在的问题，并进行相应的优化和改进。
仿真分析还可以为机器人的实际制造和测试提供重要的参考依据。
本文旨在探讨六足仿蜘蛛机器人的结构设计与仿真分析方法，为该类机器人的研究和应用提供有益的参考和借鉴。
1. 机器人技术的发展趋势随着科技的飞速进步，机器人技术正迎来前所未有的发展机遇。
从简单的自动化操作到复杂的智能决策，机器人技术正逐步渗透到我们生活的方方面面。
在当前的科技浪潮中，机器人技术的发展趋势呈现出以下几个显著特点。
人工智能技术的深度融合是机器人技术发展的重要方向。
随着深度学习、神经网络等技术的不断发展，机器人逐渐具备了更强的感知、理解和决策能力。
这使得机器人能够更好地适应复杂多变的环境，实现更高级别的自主操作。
机器人技术的集成化趋势日益明显。
传统的机器人往往只具备单一的功能，而现代机器人则更倾向于将多种功能集成于一体，实现一机多用。
基于AVR微控制器的仿生六足机器人研究的开题报告
基于AVR微控制器的仿生六足机器人研究的开题报告一、课题背景随着科技的不断发展，机器人技术在现代社会中受到越来越多的关注。
仿生机器人作为一种新型机器人，具有与生物相似的结构、功能特性和动作方式。
仿生机器人通过模仿和学习动物和人的运动方式和行为特性，实现更加自然和高效的运动控制。
六足机器人作为仿生机器人的一种典型代表，其通过六只腿的运动组合，能够实现灵活的行动和适应各种地形的能力，具有较高的研究价值和实用性。
本课题旨在基于AVR微控制器，对仿生六足机器人的运动控制、姿态控制和智能决策等关键技术进行深入研究，以实现更加精确和高效的机器人运动控制和自主决策能力。
二、研究内容1. 六足机器人的运动控制通过传感器采集机器人姿态和运动信息，设计和实现六足机器人的运动控制算法和控制器，包括腿部运动、步幅、速度和方向的控制。
2. 六足机器人的姿态控制设计和实现六足机器人的姿态控制算法和控制器，能够实现机器人在行走过程中的平衡和稳定控制。
3. 六足机器人的智能决策基于传感器和控制器，设计和实现六足机器人的智能决策算法和控制器，能够实现机器人的避障、跟随、导航等自主决策能力。
三、研究意义本课题的研究成果具有以下几个方面的意义：1. 完善六足机器人的运动控制、姿态控制和自主决策能力，提高机器人的工作效率和适应性。
2. 推动仿生机器人技术的发展，促进机器人技术在工业、医疗、教育等领域的应用。
3. 创新基于AVR微控制器的六足机器人控制方法和策略，为相关研究提供新的思路和手段。
四、研究方法本课题采用如下研究方法：1. 文献调研法，对六足机器人的相关技术和研究现状进行详细调研和分析。
2. 实验研究法，通过实验验证六足机器人的运动控制、姿态控制和自主决策等关键技术的可行性和有效性。
3. 数学模型和仿真模拟法，建立数学模型和仿真模拟环境，优化验证六足机器人的各项技术，并优化机器人的运动效率和稳定性。
五、预期成果本课题预期取得如下成果：1. 六足机器人的运动控制算法和控制器的设计和实现，能够实现机器人的运动控制和方向控制。
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六足仿生机器人研究报告
作者：谢良秋易作为皮锟雷亚雄
来源：《科学与技术》2014年第05期
摘要：多足仿生机器人拥有的出色的地形适应能力使其在特种机器人领域闪耀夺目，成为近年来机器人领域的一颗无法忽视的新星。
本课题所研制六足仿生机器人由18个舵机组成6条腿，每条腿有1个水平旋转及2个垂直升降共3个自由度。
该六足仿生机器人由ATmega16单片机精确控制到每个舵机，可实现机器人模仿昆虫三三足行走。
本文将从六足仿生机器人的设计、六足仿生机器人的功能实现、六足仿生机器人的功能扩展三大方面展示研究成果。
关键词：六足仿生机器人、昆虫行走、地形适应能力、跨障
一、六足仿生机器人的设计
六足仿生机器人集仿生学原理、机构学理论、计算机软件开发技术、自动控制原理与技术、传感器检测技术和电机驱动技术于一体。
对于传统的行动结构，其优势在于其具有的优越的跨障碍能力，以及在复杂地形条件下的地形适应能力。
本课题基于六足仿生机器人的行走方式、行动机构结构设计、伺服器的驱动进行研究。
1. 仿生学原理分析
该六足仿生机器人基于模仿昆虫的运动原理设计而成，故本课题首先对昆虫如何运动进行了研究。
昆虫有3对共6条足，分别分布于前、中、后胸，由所处位置相应被称为前足、中足、后足，每条足可分为六节，由基部向末端依次为基节、转节、腿节、胫节、跗节和前跗节。
昆虫的足的主要自由度可视为3个，分别由转节、胫节、跗节完成，实现足的自由活动。
昆虫行走时每次以三条足为一组，两组足交替运动。
在昆虫的实际运动过程中，昆虫前进、后退、转向时其足皆按此方法三三足行走，只是由每条足移动的位置不同而实现不同的动作。
2.六足仿生机器人运动学分析
(1)三角步态行走法
昆虫运动时，它的三对足分为两组交替运动，每三足构成一个三角形支架结构 ,这便是三角步态行走法。
在六足仿生机器人的实际运动中，其步态多种多样，而三角步态行走法为六足仿生机器人实现行走的典型步态。
(2)六足仿生机器人的行走分析
①昆虫的足主要有3个自由度，因此在机器人的每条足上我们安装了3个可实现角度精确控制的舵机来实现3个自由度，其中1个水平旋转自由度、2个垂直升降自由度。
舵机安装位置分别为躯干与足连接处（水平旋转）、大腿与中腿连接处（垂直升降）、小腿与中腿连接处（垂直升降）。
②按需要设计为每足3个舵机，六足仿生机器人的舵机放置情况为：
机器人在行走时采用三角步态行走法，具体为：
a．3、9、15号舵机工作，足一、2、三小腿抬升；
b．1、7、13号舵机工作，足一、2、三同向水平转动；
c．3、9、15号舵机工作，足一、2、三小腿压低；
d．6、12、18号舵机工作，足1、二、3小腿抬升。
1、7、13号舵机工作，足一、2、三往b动作中转动方向的相反方向转动；
e．4、10、16号舵机工作，足1、二、3按足一、2、三转动方向水平转动；
f．6、12、18号舵机工作，足1、二、3小腿压低；
g．3、9、15号舵机工作，足一、2、三小腿抬升。
4、10、16号舵机工作，足1、二、3往e动作中转动方向的相反方向转动；
b→c→d→e→f→g→b••••••
二、六足仿生机器人的功能实现
1.舵机简介
舵机是由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成的一套自动控制系统。
舵机一般而言都有最大旋转角度，其与普通直流电机的区别主要在于舵机只能在一定角度内转动，而其通过接收PWM信号来确定旋转角度。
因为舵机能实现在最大旋转角度范围内转动到特定的角度后精准的停下，故舵机在关节型机器人领域内应用广泛，以达到使机器人某一部位精确移动的目的。
2.舵机的驱动及控制
舵机的伺服系统由可变宽度的脉冲来进行控制，脉冲的参数有最小值、最大值、频率。
一般而言，舵机的基准信号都是周期为20ms，宽度为1.5ms。
这个基准信号定义的位置为中间位置。
舵机有最大转动角度，中间位置的定义就是从这个位置到最大角度与最小角度的量完全一样。
最重要的一点是，不同舵机的最大转动
角度可能不相同，但是其中间位置的脉冲宽度是一定的，那就是1.5ms。
本课题所使用舵机为三线控制舵机，三线分别为VCC线、GND线、信号线。
舵机的旋转角度是由来自控制线的持续的脉冲所产生，这种控制方法叫做脉冲调制。
脉冲的长短决定舵机转动多大角度，例如：1.5毫秒脉冲会到转动到中间位置。
当控制系统发出指令，让舵机移动到某一位置，并让他保持这个角度，这时外力的影响不会让他角度产生变化，但是这个是由上限的，上限就是他的最大扭力。
除非控制系统不停的发出脉冲稳定舵机的角度，舵机的角度不会一直不变。
3.控制电路
（1）电源模块
舵机内部是直流电机驱动，在带载时启停的瞬间会产生较大的峰值电流，而如果使用一个电源为控制模块及舵机供电，则这个电流会影响到控制模块的稳定工作。
为使整个电路稳定工作，特采用双线供电将舵机供电电源与控制模块电源分开，保证控制电路不受舵机启停产生的不稳定脉冲的干扰。
驱动舵机采用电压4.5-6V的直流电源，本课题使用的是7.4V镍氢电池，用LM2596 DC-DC降压模块将电压从7.4V降为5V。
控制电路采用5V的直流电源，本课题使用7805稳压电路将电流稳定在5V。
（2）控制模块
六足仿生机器人能否动起来，取决于机器人的控制模块，所以说控制模块是机器人的大脑所在。
本课题使用ATmega16单片机控制舵机，可以实现18个舵机的单独、精确控制。
三、六足仿生机器人的功能扩展
本课题研究深度较浅，所制作六足仿生机器人可完成前进、后退、转向、转圈等动作，而其它功能尚不具备。
对于该六足仿生机器人的其它功能的完备，本课题组做出了以下展望：
1. 适应能力的强化
六足仿生机器人所突出的能力为地形适应能力和跨障碍的能力，但是，在机器人没有安装传感器的情况下，它只能按照程序设定完成足的移动。
在这种情况下，当其行走在凹凸不平的地面时，机器人的足并不能全部着地。
当机器人的足有2足及以上无法着地时，或者有多足陷入小坑时，机器人无法继续前进而被困在原地。
针对这个问题，我们课题组的解决方案是在每条足上安装压力传感器，通过分析压力传感器是否受力来辨别足是否接触到了地面。
当机器人行走时，若某一足完成了预定的动作，而压力传感器未检测到受力情况时，舵机会继续转动，直到压力传感器检测到足部受力，然后反馈给控制模块，再停止该条足上的舵机的运动。
2. 无线视频传输
六足仿生机器人除了实现自动控制达到某些目的以外，遥控控制也是不能被忽视的发展方向。
因为机器人身体低矮、体积较小，故控制人员只能在近距离内才能有效的分辨机器人进行控制，而加装无线视频传输模块便能很好的解决这个问题，控制人员可通过六足仿生机器人上的摄像头观察机器人周围的环境，从而实现超视距控制，让控制不再受距离的限制。