创意之星之四足机器人
四足仿生机器人毕业设计
四足仿生机器人毕业设计毕业设计背景随着科技的飞速发展，机器人技术在工业、医疗、军事等领域发挥着重要作用。
而仿生机器人技术尤为吸引人们的注意，它借鉴了生物学中的智慧，通过模仿动物的结构和行为来实现各种功能。
四足仿生机器人是一种模拟四足动物的机器人，具有行动灵活、稳定性强等优点。
它可以在不平坦的地形上自由移动，拓展了机器人的应用范围。
本毕业设计将设计和制作一款四足仿生机器人，通过对其机身结构、运动控制和智能算法等方面的研究，提高机器人的稳定性、灵活性和智能性能，为未来机器人技术的发展做出贡献。
毕业设计目标本毕业设计的目标是设计和制作一款具备以下特点的四足仿生机器人：1.机身结构紧凑、轻量化，以增加机器人的灵活性和运动速度；2.采用先进的运动控制算法，提高机器人的稳定性和动态能力；3.集成各种传感器和感知技术，使机器人具备环境感知和自主导航的能力；4.具备一定的智能化能力，可以完成基本的任务，如物品搬运、巡逻等。
毕业设计内容1. 机身结构设计与制作1.1 机身结构设计通过研究四足动物的骨骼结构和运动方式，设计一种紧凑而稳定的机身结构。
考虑材料的选择、关节的设计以及机身部件的连接方式等因素，使机器人能够灵活自如地在各种地形上行走。
1.2 机身结构制作根据机身结构设计，制作出机体骨架、关节部件和外壳等，并进行组装和测试。
通过优化机身结构，提高机器人的运动效率和结构强度，达到设计要求。
2. 运动控制算法研究与实现2.1 运动学分析通过对四足仿生机器人的运动学进行建模和分析，推导出机器人的运动学方程，为后续的运动控制算法设计提供依据。
考虑机器人的步态、关节角度和身体姿态等因素，实现机器人的平稳运动和姿态控制。
2.2 动力学分析基于运动学分析的基础上，进一步进行机器人的动力学分析，推导出机器人的动力学方程。
根据机器人的质量、惯性和外部力矩等因素，实现机器人的动态行走和冲击抗性。
2.3 控制算法设计与实现根据运动学和动力学分析的结果，设计机器人的运动控制算法。
四足机器人机械结构设计
摘要四足机器人在19世纪就有研究记录，但无论是机械结构还是控制因受到技术的束缚，到20世纪末，才有了突破性的进展。
四足机器人的应用很广，现在已经在军事上得到应用，推广民用也只是时间问题。
它以其能适应各种复杂地形以及能承载一定负重而优于轮式机器人。
在国外，也已经开始在物流行业应用四足机器人。
现在国内也掀起了四足机器人的研究热潮，以宇树科技为首的一大批公司在前后发布四足机器人量产及推出市场的信息。
本课题四足机器人机械结构设计主要是从简单的四足机器人结构入手，在原有的八自由度的基础上，优化八自由度的方案，得到其中的经验，为十二自由度的四足机器人的设计打下基础。
并且提供一个廉价的八自由度四足机器人的设计方案，能在一定程度上降低四足机器人在中国高校的研究门槛。
关键词：四足机器人；电控制；测试与仿真；同步轮计算AbstractQuadruped robots have been studied in the 19th century, but it was not untilthe end of the 20th century that breakthroughs were made in terms of mechanical structure and control technology. Quadruped robot has been widely used in military,and it is only a matter of time before it is popularized in civilian. It is better than wheeled robot because it can adapt to various complex terrain and can carry certainload. In foreign countries, quadruped robots have been applied in the logistics industry. Now there is also a upsurge of research on quadruped robots in China. Alarge number of companies led by Yushu technology have released information aboutmass production and market launch of quadruped robots around the world.In this paper, the mechanical structure design of quadruped robot is mainlybased on the simple structure of quadruped robot. On the basis of the original eight degrees of freedom, the eight degrees of freedom scheme is optimized, and the experience is gained, which lays the foundation for the design of twelve degrees of freedom quadruped robot. And provide a cheap design scheme of 8-DOF quadrupedrobot, which can reduce the research threshold of quadruped robot in Chinese universities to a certain extent.Keywords: Quadruped robot; Electric control; Optical torque sensor; Test and simulation; Synchronous wheel calculation目录1 .引言 (3)1.1 研究意义 (3)1.2 国内外研究现状 (3)1.2.1国外研究概况 (3)1.2.2国内研究概况 (5)1.2.3总体发展概况 (7)1.3主要研究内容 (8)2．四足机器人总体方案的基础理论规则 (9)2.1 四足哺乳动物的近似运动模型 (9)2.2 近似运动模型下的四足机器人设计规则 (9)2.3 四足机器人腿长腿间距的选取，及腿的布局 (10)2.4 四足机器人腿越长越稳、机身质量越大越稳 (13)2.5 前期验证总体方案的腿部结构测试（9月份测试模型） (14)2.5.1测试目的： (14)2.5.2测试结构方案： (14)2.5.3测试方式： (15)2.5.4测试结果以及优化方案： (15)3．冲击设计：估计碰撞过程中的传输载荷 (20)3.1 碰撞的鲁棒性对机械结构的影响 (20)3.2 通心轴的有限元分析 (22)3.2.1 Soildworks2019简介 (22)3.2.2 Soildworks2019 Simulation 插件介绍以及通心轴有限元分析 (22)3.3 同步轮及同步带节线长的计算 (23)4.整体方案的确定以及优化 (24)4.1 同步轮及同步带节线长的计算 (24)4.2 整体机构具体方案实物展示及二次优化方案 (25)4.2.1 第一版的优化方案（已做出实物）： (25)4.2.2 第二版的优化方案： (26)5. 三维建模图展示 (27)6. 总结 (28)1 .引言1.1 研究意义足式机器人未来的发展前景很大，它除了能应用在军事、航空探索领域上以外（例如扫雷排雷、运输物资等），还能在物流行业（外卖配送、快递运输等）、教育行业（硬件的学习以及功能、算法的开发等）还有智能家电等行业占有一席之地。
四足机器人方案设计书
浙江大学“海特杯”第十届大学生机械设计竞赛“四足机器人”设计方案书“四足机器人”设计理论方案自从人类发明机器人以来，各种各样的机器人日渐走入我们的生活。
仿照生物的各种功能而发明的各种机器人越来越多。
作为移动机器平台，步行机器人与轮式机器人相比较最大的优点就是步行机器人对行走路面的要求很低，它可以跨越障碍物，走过沙地、沼泽等特殊路面，用于工程探险勘测或军事侦察等人类无法完成的或危险的工作；也可开发成娱乐机器人玩具或家用服务机器人。
四足机器人在整个步行机器中占有很大大比重，因此对仿生四足步行机器人的研究具有很重要的意义。
所以，我们在选择设计题目时，我们选择了“四足机器人”，作为我们这次比赛的参赛作品。
一.装置的原理方案构思和拟定：随着社会的发展，现代的机器人趋于自动化、高效化、和人性化发展，具有高性能的机器人已经被人们运用在多种领域里。
特别是它可以替代人类完成在一些危险领域里完成工作。
科技来源于生活，生活可以为科技注入强大的生命力，基于此，我们在构思机器人的时候想到了动物，在仔细观察了猫.狗等之后我们找到了制作我们机器人的灵感，为什么我们不可以学习小动物的走路呢，于是我们有了我们机器人行走原理的灵感。
为了使我们所设计的机器人在运动过程中体现出特种机器人的性能及其运动机构的全面性，我们在构思机器人的同时也为它设计了一些任务：1. 自动寻找地上的目标物。
2. 用机械手拾起地上的目标物。
3．把目标物放入回收箱中。
4. 能爬斜坡。
图一如图一中虚线所示的机器人的行走路线，机器人爬过斜坡后就开始搜寻目标物体，当它发现目标出现在它的感应范围时，它将自动走向目标，同时由于相关的感应器帮助，它将自动走进障碍物中取出物体。
二.原理方案的实现和传动方案的设计：机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。
根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。
四足机器人运动原理
四足机器人运动原理
四足机器人是一种仿生机器人，它的运动原理基于模拟动物的行走方式。
它拥有四条类似于四肢的机械结构，通过一系列的电动和机械部件来实现运动。
四足机器人的运动分为步态运动和平衡控制两个主要部分。
在步态运动方面，四足机器人采用类似于动物的步态，即通过交替运动四条腿来实现行进。
通常有两种常见的步态模式：波浪步态和踏步步态。
波浪步态是指后腿向前迈进，前腿向后摆出的运动方式，这种步态在速度较慢的情况下运动稳定；而踏步步态是指前后两条腿轮流进行迈步的运动方式，这种步态在速度较快时更适用。
为了实现平衡控制，四足机器人通常配备了倾角传感器和陀螺仪等传感器来检测机器人的倾斜情况。
通过实时检测和反馈机制，机器人可以根据倾斜情况进行动态平衡调整，以保持稳定的行走状态。
除了步态和平衡控制，四足机器人的运动还涉及到其他方面的技术，比如轮辐传动、电机驱动、关节设计等。
这些技术的应用使得四足机器人能够在不同的地形和环境中自如地行走，并完成一系列特定的任务。
总的来说，四足机器人的运动原理是通过模拟动物的行走方式，配合平衡控制和其他关键技术，实现机器人的步态运动和移动
能力。
这种仿生设计使得四足机器人能够在各种复杂的环境中进行灵活的运动和任务执行。
BigDog四足机器人关键技术分析
2、控制模块
2、控制模块
BigDog四足机器人的控制模块采用了先进的控制算法和硬件设备，可以实现 机器人的稳定行走和动态调整。通过复杂的算法和传感器数据反馈，机器人的步 态和姿态可以得到精确控制，使其在不同的地形和环境下保持稳定运动。
3、传感模块
3、传感模块
BigDog四足机器人的传感模块包括多种传感器，如IMU、地面力传感器、距 离传感器等。这些传感器可以实时监测机器人的运动状态、位置信息、地形变化 等，为控制模块提供数据支持，使机器人能够适应不同的环境和工作条件。
机器狗整体结构分析
传感器：BigDog四足机器人装有多种传感器，包括加速度计、陀螺仪、压力 传感器和触觉传感器等，以实现对其运动状态和周围环境的感知。
机器狗整体结构分析
电子控制系统：电子控制系统是BigDog四足机器人的核心部分，它可以接收 传感器的信号，根据预设的算法对机器人的运动进行控制。
机器狗整体结构分析
机器狗应用场景分析
机器狗应用场景分析
BigDog四足机器人的应用场景非常广泛，主要包括工业、医疗和军事等领域。 在工业领域，BigDog四足机器人可以用于生产线上的货物搬运、设备维修和 安全巡检等工作。由于其具有较好的越障能力和适应能力，可以在不同环境下完 成相关任务。
机器狗应用场景分析
在医疗领域，BigDog四足机器人可以用于康复训练、护理服务和医疗救援等 工作。例如，在地震等灾害现场，BigDog可以帮助救援人员快速找到被困人员， 并运送物资和设备。
机器狗控制技术分析
智能感知：智能感知技术可以帮助BigDog四足机器人感知周围环境，包括地 形、障碍物和人员等信息。通过这些感知信息，BigDog可以自主判断当前环境， 并作出相应的反应。
Big_Dog四足越野机器人
Big Dog四足越野机器人Big Dog四足越野机器人像生物一样，具有自主决策能力、能快速行走及捕获流动物体，这种机器人能像传统车辆机器人一样在陡峭，岩石，车辙，湿地，泥泞与雪地里行走。
本文就是以波士顿动力学工程公司设计的这种新的越野机器人Big Dog为对象，从这个机器人的感知、移动、通信、驱动等系统方面出发，简单介绍相应的实现机理与控制的方案。
出色的“大狗”身强力壮的“挑夫”我们在泥泞、雪地和倾斜地面、也包括车辙、岩石和松散碎石等环境中都测试过大狗。
尽管大狗通常携带50kg负载，但是在地势平坦的地方却可以携带154kg负载。
大狗有大量的运动行为它能站立,蹲下，一次一条腿动的爬行，对角线脚一起动的慢跑，包括有一个腾空过程的小跑，和像马一样飞驰。
在实验室测得爬行速度约0.2m/s，慢跑速度约1.6m/s，腾空小跑速度约2m/s，飞驰速度约3.1m/s。
大狗自重约109kg，约1米高，1.1米长，0.3米宽。
视觉敏锐的侦察兵大狗身上集成了立体视觉系统和激光雷达立体视觉系统可以收集到机器人前方的三维地形状况，并找到一条最适合的前进途径。
激光雷达可以使大狗能接受人的引导，而不需要操控人员不断发出操控指令。
超强的越野性能这种机器人能像传统车辆一样在陡峭，岩石，车辙，湿地，泥泞与雪地里行走。
也能够在有台阶、楼梯和家里杂乱的限制轮子的城市家庭环境中行走Big Dog越野机器人各系统结构通过相关资料的查阅，下面对Big Dog越野机器人组成的各部分系统进行简单介绍。
1、动力系统Big Dog越野机器人的动力源是由一个约15马力的水冷二冲程内燃机提供的。
内燃机驱动一个液压泵，提供高压液压油，通过过滤器、歧管、蓄电池等其他管道到达机器人的脚驱动器。
2、驱动系统它的执行器是通过两个阶段调节航空伺服阀来调节低摩擦液压缸工作的。
每个执行器都有位置传感器和力传感器。
每条腿有四个连接了动力的执行器，故有5个自由度。
同时，Big Dog 身上安装有一个热交换器冷却液压油和一个散热器冷却发动机以维持其连续运行。
四足机器人原理
四足机器人原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊四足机器人原理，这可真是个超级有趣的玩意儿呢！你想想看，那四足机器人就像一只灵活的小怪兽，能在各种地方跑来跑去。
它为啥能这么厉害呢？这就得从它的构造说起啦。
就好比咱人走路得靠两条腿交替迈步吧，四足机器人也是一样的道理，只不过它有四条腿呢。
这四条腿就像是它的法宝，通过各种精妙的设计和控制，让它能稳稳地站立，还能快速地移动。
它的每条腿都有好多关节呀，就像咱人的关节一样，可以弯曲、伸展，这样就能适应不同的地形。
要是遇到个小坡呀，它的腿稍微调整一下角度，嘿，轻松就上去了！这多神奇呀！还有哦，四足机器人的控制系统就像是它的大脑。
这个大脑可聪明啦，能指挥着四条腿该怎么动，什么时候动。
这就好像咱要去一个地方，得先想好怎么走一样。
再说说它的动力吧，就像汽车得有油才能跑，四足机器人也得有能量呀。
有了足够的能量，它才能活力满满地到处溜达。
你说这四足机器人是不是特别牛？那它能用来干啥呢？这用处可多啦！可以去一些危险的地方探险呀，咱人不好去的地方，它可以大摇大摆地进去。
还可以帮咱干些重活呢，搬个东西啥的，多省力呀！想象一下，未来要是到处都是四足机器人，那该是怎样一番景象呀？是不是感觉特别酷？它们就像一群勤劳的小助手，在我们身边忙前忙后。
而且呀，随着技术的不断进步，四足机器人肯定会变得越来越厉害。
说不定以后还能跟咱聊天呢，那得多有意思呀！反正我是觉得四足机器人真的太神奇啦，它的原理虽然复杂，但是一旦了解了，就会觉得特别有意思。
这就是科技的魅力呀，能创造出这么厉害的东西。
大家也都快来了解了解四足机器人原理吧，相信你们也会被它吸引的！原创不易，请尊重原创，谢谢!。
四足机器人运动及稳定控制关键技术综述
四足机器人运动及稳定控制关键技术综述目录一、内容概览 (2)1. 四足机器人概述 (3)2. 研究背景与意义 (4)3. 研究现状和发展趋势 (5)二、四足机器人运动原理及结构 (7)1. 四足机器人运动原理 (8)1.1 动力学模型建立 (9)1.2 运动规划与控制策略 (10)2. 四足机器人结构组成 (11)2.1 主体结构 (13)2.2 关节与驱动系统 (14)2.3 感知与控制系统 (17)三、四足机器人运动控制关键技术 (19)1. 运动规划算法研究 (20)1.1 基于模型预测控制的运动规划算法 (21)1.2 基于优化算法的运动规划策略 (22)2. 稳定性控制策略研究 (23)2.1 静态稳定性控制策略 (25)2.2 动态稳定性控制策略 (26)3. 路径规划与轨迹跟踪控制技术研究 (27)3.1 路径规划算法研究 (28)3.2 轨迹跟踪控制策略设计 (29)四、四足机器人稳定控制实现方法 (31)1. 基于传感器反馈的稳定控制方法 (32)1.1 传感器类型与布局设计 (34)1.2 传感器数据采集与处理技术研究 (35)2. 基于优化算法的稳定控制方法应用探讨 (37)一、内容概览四足机器人运动机制：阐述四足机器人的基本运动模式，包括行走、奔跑、跳跃等，以及不同运动模式之间的转换机制。
稳定性分析：探讨四足机器人在运动过程中的稳定性问题，包括静态稳定性和动态稳定性，以及影响稳定性的因素。
运动控制关键技术：详细介绍四足机器人运动控制的关键技术，包括运动规划、轨迹跟踪、力控制等，以及这些技术在实现机器人稳定运动中的应用。
传感器与感知技术：介绍四足机器人运动及稳定控制中涉及的传感器与感知技术，包括惯性测量单元（IMU）、激光雷达、视觉传感器等，以及这些技术在机器人运动控制中的作用。
控制算法与策略：探讨四足机器人运动及稳定控制中常用的控制算法与策略，包括基于模型的控制、智能控制方法等，以及这些算法在实际应用中的效果。
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大学
专业实践课题：四足追光机器人
姓名：
学院：机械工程学院
专业：机械设计制造及其自动化
班级：
学号：
指导教师:
四足追光机器人
一、实验目的
用“创意之星”机器人套件组装可以进行追光行走的四足机器人；
二、实验套件（创意之星）
1.机械结构：基本结构件、舵机动力关节、可转向轮子、机械爪等；
2.控制系统：控制卡、舵机、直流电机、各类传感器、电源等；
3.控制软件：NorthSTAR 图形化开发环境
三、实验步骤
1、确定其基本功能
基本功能：
a．在平地上通过步态设计，可以正常迈步行走。
同时头部传感器检测前方光源，便于及时调整运行动作，追光行走。
b．当左侧红外线传感器检测到光源强于右侧红外线传感器检测到的光源时，机器人运行步态会改变，控制机器人左转。
右侧的光源强于左侧的光源时用同样的原理控制机器人右转。
c．当两侧均检测到光源亮度相等时，调整步态，追光机器人会向前走。
直至检测不到光源停止，再控制向后退。
2、机构设计
整个巡视机器人由大致三个模块组成：
a.由8个舵机组成四足机器人的4条腿模块；
b.由2个舵机组成四足机器人尾部部分；
c.由2个红外接近传感器和1个舵机组成的感应模块。
3、机构的装配
整个四足避障机器人由1个控制板，1个舵机和两个红外接近传感器组成可转动头部，8个舵机组成主要的4条机械腿，由两个舵机构成尾部部分。
整个四足机器人共由11个舵机、两个红外接近传感器及“创意之星”机器人零部件组成。
安装可分为零件的安装，部件的组装以及最后的总装过程。
根据预先设计好的机器人结构方案，组装四条腿的部件、头部、尾部以及机器人主体部分，最后组装到一块，形成完整的整体结构。
4、连接电线
由于我们此次使用的是创意之星的标准套件，舵机接线、传感器模拟与数字端口的连接都及其方便简单。
5、设置各个舵机的限制参数
一方面保护所使用器件的性能，防止过载或错误操作而将其损坏；另一方面
也为我们进行各种复杂的调试做良好的准备，能够顺利的完成设计任务。
6、微调初始姿态
为了更好的进行预期动作，可以将机器人的舵机位置调整合适，由于之前已将舵机调整中位，所以这部调整较为简单，只需旋转舵机的舵盘的位置即可，即当机器人通电后，舵机自动调至中位，此时为机器人的初始姿态,之后的所有调试，都是基于这个初始姿态设计的。
7、绘制程序流程图
8、AVR Studio的程序书写与调试
在该编译环境下，图形化的编程界面极大的方便和提高的了我们编写一系列动作的程序，而且可以更直观的观测到所有输出与输入端口，很好的完成对机器人的控制。
下面是图形化的程序语言：
9、源程序如下：
#include "background.h"
int main(int argc, char * argv[]) {
int Diff = 0;
int Left = 0;
int Right = 0;
MFInit();
MFSetPortDirect(0x00000FFF); MFADEnable(0);
MFADEnable(1);
MFDigiInit(100);
DelayMS(100);
MFADInit(100); MFSetServoMode(1,0); MFSetServoMode(2,0); MFSetServoMode(3,0); MFSetServoMode(4,0); MFSetServoMode(5,0); MFSetServoMode(6,0); MFSetServoMode(7,0); MFSetServoMode(8,0); MFSetServoMode(9,0); MFSetServoMode(10,0);
//左侧
Left = MFGetAD(-1);
//右侧
Right = MFGetAD(-1);
Diff = Left - Right;
//左侧的值大于右侧
if (!Diff>50)
{
//左转
{
MFSetServoPos(1,512,512);
MFSetServoPos(2,512,512);
MFSetServoPos(3,512,512);
MFSetServoPos(4,512,512);
MFSetServoPos(5,512,512);
MFSetServoPos(6,512,512);
MFSetServoPos(7,512,512);
MFSetServoPos(8,512,512);
MFSetServoPos(9,405,512);
MFSetServoPos(10,512,512);
MFServoAction();
}
}
//左侧的值小于右侧
if (Diff<-50)
{
//右转
{
MFSetServoPos(1,512,512);
MFSetServoPos(2,512,512);
MFSetServoPos(3,512,512);
MFSetServoPos(4,512,512);
MFSetServoPos(5,512,512);
MFSetServoPos(6,512,512);
MFSetServoPos(7,512,512);
MFSetServoPos(8,512,512);
MFSetServoPos(9,654,512);
MFSetServoPos(10,512,512);
MFServoAction();
}
}
//左右两侧的值近似相等
if (!((Diff>=-50)&&(Diff<=50)))
{
{
MFSetServoPos(1,512,512);
MFSetServoPos(2,512,512);
MFSetServoPos(3,512,512);
MFSetServoPos(4,512,512);
MFSetServoPos(5,512,512);
MFSetServoPos(6,512,512);
MFSetServoPos(7,512,512);
MFSetServoPos(8,512,512);
MFSetServoPos(9,512,512);
MFSetServoPos(10,512,512);
MFServoAction();
}
}
DelayMS(500);
10.机器人整体结构如下图
四、总结
这次的课程实践对于我们的实际动手能力有很大的帮助，并让我们将课本上的知识与实际连接起来。
进行部件组装的时候，刚刚开始非常慢，因为有很多部位需要提前连接好，不能按照从头到尾的顺序进行连接，那样会导致螺丝刀无法对螺丝进行拧紧，从而只能拆开重新进行组装，就是因为这些原因，导致前期组装是速度非常慢，而越到后面，对其结构和组装的先后顺序越来越了解，组装的速度也就越来越快。
在进行电脑编程时，由于不太理解各个界面的意义，并且不太熟练，导致刚开始的编程很
- -
多次都失败了，在多次进行反工后，终于把正确的程序输入成功。
总的来说，这次的课程实践学到了很多东西，有时候盲目的去做不如冷静下来思考一下解决问题的最佳方法。
机器人装配图：
- -优质-。