机器人行走结构
爬壁机器人分类与行走机构
二、爬壁机器人移动方式
2.2 车轮式
日本三菱重工两组 永磁铁安装于机器 人腹部能够保证机 器人可靠地吸附于 钢质表面，用于壁 面检测、清洁和喷 漆等作业。
二、爬壁机器人移动方式
2.3 履带式 右图所示，哈尔滨工业大学研
制了永磁铁吸附履带行走式爬壁机 器人，靠两条履带的差速移动来实 现转弯。
在履带一周上安装有数十个永 磁吸附块，其中的一部分紧紧地吸 附在壁面上。
一、爬壁机器人分类
• 吸附原理图
二、爬壁机器人移动方式
• 2.1 腿足式
2004 年，美国密歇根州立大学研制 的两种双足式小型爬壁机器人.
这两款样机均采用欠驱动机构，用 三个电机驱动机器人的五个自由度，减 小了机器人的重量和能量消耗，可以在 光滑无孔的壁面上可靠吸附，例如在墙 壁、天花板上爬行，以及在两个相邻表 面间作过度爬行，也可爬越管道一类的 障碍物。
一、爬壁机器人分类
1.4 机械力抓持吸附式
SpinyBot 的脚上有 极细小的倒钩刺，通过 在粗糙壁面上“扣”住凸 缘实现爬壁，适合在水 泥壁面、砖壁面上作业
一、爬壁机器人分类
1.5 基于范德华力的仿生 壁虎脚掌吸附式(干性粘 剂--人造仿生壁虎脚) 大量的微精细刚毛保 证了壁虎脚掌与接触面 的充分接触，从而产生 强大的黏附力
二、爬壁机器人移动方式
香港城市大学和英国多个 大学的学者在2005年合作开发 出了多足部多吸盘式爬壁机器 人Robug Ⅱs，如右图所示。
该机器人属于吸盘式爬壁 机器人，智能性高，自由度高 ，能够在各种危险和复杂的环 境下工作。它最大的特点是具 有自动寻迹功能和非常灵活的 脚，机器人不仅在墙壁上和地 面上能够自由移动，而且还能 在爬行中实现的从地面到墙壁 转换的自动爬壁。
机器人行走机构分类
机器人行走机构分类一、简介机器人行走机构是指用于实现机器人行走功能的机械结构。
机器人的行走机构种类繁多，根据不同的应用需求和环境条件，可以选择合适的行走机构来满足机器人的运动要求。
本文将对常见的机器人行走机构进行分类介绍。
二、轮式行走机构轮式行走机构是最常见的机器人行走机构之一，其特点是结构简单、易于控制和稳定性较高。
轮式行走机构通常由两个或多个轮子组成，通过电机驱动轮子旋转，从而实现机器人的行走。
轮式行走机构适用于平坦的地面，并且能够快速移动。
三、履带式行走机构履带式行走机构采用履带来实现机器人的行走，其特点是具有较好的通过性和抓地力。
履带式行走机构通常由一条或多条履带组成，通过电机驱动履带的运动，从而实现机器人的行走。
履带式行走机构适用于复杂的地形和恶劣的环境条件，能够克服一些障碍物。
四、足式行走机构足式行走机构模仿了生物的步态，通过仿生设计实现机器人的行走。
足式行走机构通常由多个关节和连接件组成，通过电机驱动关节的运动，从而实现机器人的行走。
足式行走机构具有较好的灵活性和适应性，能够适应不同的地形和环境条件。
五、腿式行走机构腿式行走机构是一种特殊的行走机构，其特点是具有较好的稳定性和适应性。
腿式行走机构通常由多个腿部组成，通过电机驱动腿部的运动，从而实现机器人的行走。
腿式行走机构适用于复杂的地形和狭窄的空间，能够克服一些障碍物。
六、轮腿混合式行走机构轮腿混合式行走机构是将轮式行走机构和腿式行走机构结合起来的一种行走机构。
轮腿混合式行走机构通常由轮子和腿部组成，通过电机驱动轮子和腿部的运动，从而实现机器人的行走。
轮腿混合式行走机构综合了轮式行走机构和腿式行走机构的优点，能够在不同的地形和环境条件下灵活行走。
七、其他行走机构除了上述介绍的常见行走机构外，还有一些其他特殊的行走机构，如链式行走机构、球形行走机构等。
这些行走机构通常被应用于特定的领域和特殊的环境条件，具有一些特殊的优势。
八、总结机器人行走机构是机器人的重要组成部分，不同的行走机构适用于不同的应用场景。
收集的几种连杆机构机器人行走背后的机械原理(二)
收集的几种连杆机构机器人行走背后的机械原理（二）第三、克兰连杆机构（Crane Linkage）克兰连杆机构是一个六杆机构，相对于四杆的切比雪夫机构有着更好的受力性能。
其一般被用作仿生蜘蛛，拥有急回特性。
1、单个克兰连杆2、四腿行走机构（四个克兰机构）3、六腿行走机构（六个克兰机构）第四，RPRPR支腿机构第五，Tokyo Institute of Technology支腿机构第六、缩放腿机构第七、八杆腿机构第八、Trotbot腿机构使用乐高积木搭建的Trotbot腿机构机器人在国外网站上搜到的大型Trotbot腿机构的机器人第九、Plantigrade腿机构第十、Ghassaei行走机构（4腿）6腿Ghassaei行走机构第十一、Jansen 连杆机构是由Jansen发明的，用于模拟平稳行走，Jansen利用这种连杆制造了著名的海滩巨兽，这种连杆兼具美学价值和技术优势，通过简单的旋转输入就可模仿生物行走运动，这种连杆已经用于行走机器人和步态分析。
图为单个Jansen 连杆机构。
2腿Jansen行走机构4腿Jansen行走机构6腿Jansen行走机构瑟·严森（Theo Jansen）出生于1948年，荷兰动能艺术家。
瑟·严森求学于代尔夫特理工大学物理系，后转为学习绘画。
20世纪80年代因“飞行UFO项目”成名。
20世纪90年代开始“海滩野兽”系列动能艺术项目，在世界各地做展。
严森上世纪70年代毕业于荷兰的代尔夫特理工大学物理系。
那时正值“嬉皮士年代”，深受嬉皮士文化影响的严森开始转行学习艺术。
20世纪80年代末，他开始给一家杂志社写专栏，每天都要尝试用不同的眼光来看待世界，寻找看现实的新颖的角度。
“海滩怪兽”最初就出现在他的笔下。
他构思了这样一个动物，一个能够在海滩上独立生存的简单“生物”。
对于“海滩怪兽”，严森最初的想法是建造一些能够采集沙子，搭建沙丘的机器人，这样，当海平面上升时，这些机器人就可以拯救人类不被海水淹没。
收集的几种连杆机构机器人行走背后的机械原理(一)
收集的几种连杆机构机器人行走背后的机械原理（一）机器人概念已经红红火火好多年了，目前确实有不少公司已经研制出了性能非常优越的机器人产品，我们比较熟悉的可能就是之前波士顿动力的“大狗”和会空翻的机器人了，还有国产宇树科技的机器狗等，这些机器人动作那么敏捷，背后到底隐藏了什么高科技呢，控制技术太过复杂，一般不太容易了解，不过其中的机械原理倒是相对比较简单，大部分都是一些连杆机构。
连杆机构（Linkage Mechanism）又称低副机构，是机械的组成部分中的一类，指由若干（两个以上）有确定相对运动的构件用低副（转动副或移动副）联接组成的机构。
低副是面接触，耐磨损；加上转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面，制造简便，易于获得较高的制造精度。
由若干刚性构件用低副联接而成的机构称为连杆机构，其特征是有一作平面运动的构件，称为连杆，连杆机构又称为低副机构。
其广泛应用于内燃机、搅拌机、输送机、椭圆仪、机械手爪、牛头刨床、开窗、车门、机器人、折叠伞等。
主要特征连杆机构构件运动形式多样，如可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂运动，从而可用于实现已知运动规律和已知轨迹。
优点：（1）采用低副：面接触、承载大、便于润滑、不易磨损，形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。
（2）改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。
（3）两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。
（4）连杆曲线丰富，可满足不同要求。
缺点：（1）构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。
（2）产生动载荷（惯性力），且不易平衡，不适合高速。
（3）设计复杂，难以实现精确的轨迹。
百度百科的相关词条图片如下下面我们就看看一般都有什么连杆机构适于用于行走（或者移动）的。
第一、平面四杆机构（Planar four-bar mechanism ）平面四杆机构是由四个刚性构件用低副链接组成的，各个运动构件均在同一平面内运动的机构。
10个机器人构型示例
03 履带式机器人
该机器人由四条履带组成， 机体上端配置有两条机械 臂，用以装置摄像头和机 械手来完成相应任务，在 结构上这种履带式机器人 相比坦克的“单节双履带 式”机器人具有更好的越 障能力，其两条外履带可 以相当于“辅助手臂”帮 助跨越障碍。
04 自行车机器人
自行车运动力学特征较为 复杂，其两轮纵向布置， 与地面无滑动接触，它本 身就是一个欠驱动的非完 整系统，还具有一定的侧 向不稳定性，如果不对它 实施侧向控制，自行车就 一定会不能站立起来。
01 四足搜救机器人
机器人每足具有三个 自由度，其中大腿关 节具有前后摆动和上 下转动两个自由度， 膝关节具有一个上下 转动自由度． 质量约 40 kg，有效负载5 ～ 7 kg，行走速度达到0. 3 ～ 0. 9 /s． 该机 器人的体积和重量都 较大，步态切换的灵 活性受到抑制．
02 轮足混合式的四足机器人
其可以在足式移动方式和 轮式移动方式之间进行切 换，用以实现在不同的结 构环境下以不同的方式行 进，当机器人进行步态行 走时，两个驱动轮通过电 磁铁锁死，车轮与机器人 小腿形成一体，机器人通 过驱动每条腿髋关节两个 自由度和膝关节一个自由 度进行步态行走． 当机器 人进行轮式驱动时，髋关 节两个自由度和膝关节一 个自由度锁死，驱动轮电 磁铁打开，通过驱动轮快 速前进。
机器人的驱动系统(1)
进电机作为机器人的执行电机，由于电机速度较高，所以需配以 大速比减速装置 ；通常其电机的输出力矩大大小于驱动关节所需要的力矩，所以 必须使用带减速器的电机驱动。 但是，间接驱动带来了机械传动中不可避免的误差，引起冲击振 动，影响机器人系统的可靠性，并且增加关节重量和尺寸。 由于手臂通常采用悬臂梁结构，所以多自由度机器人关节上安装 减速器会使手臂根部关节驱动器的负荷增大
一、驱动方式
2. 关节直接驱动方式
日本、美国等工业发达国家已经开发出性能优异的 DD机器人．美国Adept公司研制出带有视觉功能的 四自由度平面关节型DD机器人．
日本大日机工公司研制成功了五自由度关节型DD一 600V机器人．其性能指标为：最大工作范围1.2 m， 可搬重量5 kg，最大运动速度8.2m／s，重复定位 精度0.05 mm
一、驱动方式
（2）远距离驱动 远距离驱动将驱动器与关节分离，目的在于减少关节的
体积、减轻关节重量。 一般来说，驱动器的输出力矩都远远小于驱动关节所需
要的力，因此也需要透过减速机来增大驱动力。 远距离驱动的优点在于 能够将多自由度机器人关节驱动所必需的多个驱动器设
置在合适的场所。 由于机器人手臂都采用悬臂梁结构，远距离驱动是减轻
位于手臂根部关节的驱动器负载的一种措施。
二、驱动元件
机器人关节的驱动元件有： （1）液压元件 （2）气动元件 （3）电动元件
二、驱动元件
1.液压驱动
机器人的驱动系统采用液压驱动， 有以下几个优点：
1）液压容易达到较高的单位面积压力（常用油压为25～ 63kg/cm2),体积较小，可以获得较大的推力或转矩；
捡垃圾的机器人上下(抓取及行走机构)设计
本科毕业论文（设计）课题名称垃圾拾捡机器人抓取及行走机构设计学院机械学院专业机械班级名称学生姓名学号内容存在大量删减指导教师↓完成日期有兴趣可以直接拉最下看教务处制1垃圾拾捡机器人抓取及行走机构设计摘要经济在迅速发展增长，人们的物质生活追求也在不断地提高，产生的垃圾排放量正因此有增无减，造成越来越大的环境压力，像是校园、商店、街道这类集中人流的地方，每日都会造成大量的垃圾出现，而为了让这些地方保持清洁又需要投入大量环卫工人的劳动。
假若能设计出垃圾拾捡机器人将会很大程度上缓解上述的状况。
垃圾拾捡机器人系统作为多功能于一体的综合系统，其作用有感知周边环境、进行动态的操作规划、机构的配合控制等等。
其中主要部件的机械手作用有抓取、移动到指定位置等；行走机构作为机械手的脚，能开阔机械手的工作空间，令到机械手能以多方位角度执行任务，相反，机械手自身也在提升移动机器人的操作性能。
关键词垃圾抓取机构；小车行走机构；机器人2ABSTRACT The rapid development of economy makes our materialistic pursuit gradually better, thus waste emissions be on the increase day by day, making more and more pressure on the environment, the densely populated place like campus, shops, street, manufacture large quantities of garbage, it need a large amount of manpower of cleaner and material resources in order to let these places keep clean.To design a garbage robot can ease the current situation.This robot is a set of environment perception, behavior control and execution, dynamic decision-making and planning functions in one integrated system. The role of the main components of mechanical hand is manipulator grasping, move to the specified location; As the base of mechanical hand, moving platform is used to expand the working space of the manipulator, making it perform the task in a more appropriate gesture, the addition of manipulator also greatly enhanced the performance of the mobile robot.KEY WORDS Garbage grabbing mechanism；Walking mechanism；Robot3目录1.绪论 (6)1.1移动机器人概述 (6)1.2全球机器人行业发展现状分析 (6)2. 垃圾拾捡机器人总体方案设计 (7)2.1 垃圾拾捡机器人原理 (7)3.垃圾拾捡机器人行走机构设计 (9)3.1工作原理 (9)3.2方案设计 (10)3.5设计链传动 (11)3.5.1 选择链轮齿数 (11)3.5.2 确定计算功率 (11)3.5.3 选择链条型号和节距 (11)3.6链轮的设计.......................................................................... 错误!未定义书签。
工业机器人结构设计ppt课件
2.2.1 钳爪式手部的设计
四、钳爪式手部结构及其夹紧力的计算公式举例
N
N
P
N=P/2 注：①两手指平移 ②增力比（N/P）小
齿轮齿条式手部结构
No.32
2.2.1 钳爪式手部的设计
四、钳爪式手部结构及其夹紧力的计算公式举例
α
γB A β
P
C
EN
N
N=PLcos(α+β+γ)/(2lsinαcosβ)
2、开式连杆系中的每根连杆都 具有独立的驱动器，属于主动连 杆系，连杆的运动各自独立，不 同连杆的运动之间没有依从关系， 运动灵活。
No.5
2.1 机器人本体的基本结构
二、机器人本体基本结构特点：
3、连杆驱动扭矩的顺态过程在 时域中的变化非常复杂，且和执 行器反馈信号有关。连杆的驱动 属于伺服控制型，因而对机械传 动系统的刚度、间隙和运动精度 都有较高的要求。
应根据被抓取工件的要求确定吸盘的形 状。由于气吸式手部多吸附薄片状的工 件，故可用耐油橡胶压制不同尺寸的盘 状吸头。
No.41
2.2.2 吸附式手部的设计
三、气吸式手部的吸力计算
吸盘吸力的大小主要取决于真空度(或 负压的大小)与吸附面积的大小。
真空吸盘吸力F计算公式：
F nD2 ( H )
4K1K2K3 76
注：①AB＝DE，DB＝AE，L＝BC杆长，l＝AB杆长； ②两手指保持平行；③当α角较小时，可获得较大的力比。
平行连杆杠杆式手部结构
No.33
2.2.1 钳爪式手部的设计
四、钳爪式手部结构及其夹紧力的计算公式举例
P
φ
α
c
bN
N
N=Pcsin(α+φ)/2bsinαsinφ
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机器人行走结构的类型及特点
一、移动机器人行走机构概述
机器人行走机构按照其运动轨迹可分为固定式轨迹和无固定式轨迹两种。
固定式轨迹主要用于工业机器人，它是对人类手臂动作和功能的模拟和扩展；无固定轨迹就是指具有移动功能的移动机器人，它是对人类行走功能的模拟和扩展。
移动机器人的行走结构形式主要有：车轮式移动结构；履带式移动结构；步行式移动结构。
此外，还有步进式移动结构、蠕动式移动结构、混合式移动结构和蛇行式移动结构等，适合于各种特别的场合。
从移动机器人所处环境看，可以分为结构环境和非结构环境两类。
结构环境：移动环境是在轨道上（一维）和铺好的道路（二维）。
在这种场合，就能利用车轮移动结构。
非结构环境：陆上二维、三维环境；海上、海中环境；空中宇宙环境等原有的自然环境。
陆上建筑物的阶梯、电梯、间隙沟等。
在这样的非结构环境领域，可参考自然界动物的移动机构，也可以利用人们开发履带，驱动器。
例如：2足、4足、6足及多足等步行结构。
行走结构的设计对于移动机器人的工作效率有着至关重要的作用，选择适当、精巧的行走结构往往可以大大提高机器人的动作效率。
这就需要我们熟悉和了解不同机器人行走结构的类型及特点。
二、三种常见的行走结构
1)车轮式移动结构
两车轮：像自行车只有两个车轮的结构。
两车轮的速度、倾斜等物理量精度不高，因此进行机器人化，所需便宜、简单、可靠性高的传感器难以获得。
此外，两轮车制动时以及低速运行时也极不稳定。
三轮车：三轮移动结构是车轮式机器人的基本移动结构，其结构是后轮用两轮独立驱动，前轮用小脚轮构成组合。
这种结构的特点是结构组成简单，而且旋转半径可以从0到无限大，任意设定。
但是他的旋转中心是在连接两驱动轴的连线上，所以旋转半径即使是0，旋转中心也与车体的中心不一致。
四轮车：四轮车的驱动结构和
运动基本上和三轮车相同。
和
汽车一样，适合于高速行走，
稳定性也好。
一般情况下，车轮式行走结构
最适合平地行走，不能跨越高
度，不能爬楼梯。
但现今也出
现特殊的轮式结构。
全方位移动车：在平面上移动的物
体可以实现前后、左右和自转3 个
自由度的运动.但如汽车等,可以前进、拐弯而不能横向移动就不是. 若具有完全的3 个自由
度,则称为全方位移动机器人,它非常适合工作在空间狭窄有限、对机器人的机动性要求高的场合中.国外很多研究机构开展了全方位移动机器人的
上下台阶车轮式结构：将普通的车轮进行适当的改装后，能够实现在阶梯上移动。
不平地移动的多车节车轮式机构：
2)履带式移动结构
履带式结构称为无限轨道方式，其最大特点是将园环状的无限轨道履带卷绕在多个车轮上，使车轮不直接与路面接触。
利用履带可以缓冲路面状态，因此可以在各种路面条件下行走。
与车轮式移动结构相比，有如下特点：
a)支承面积大，接地比压小。
适合松软或泥泞场地作业，下陷度小，滚动阻力小，
通过性能好；
b)越野机动性能好，爬坡、越沟等性能均优于车轮式移动结构
c)履带支承面上有履齿，不易打滑，牵引性能好，有利于发挥较大的牵引力
d)结构复杂，重量大，运动惯性大，减震性能差，零件易损害
这里介绍一种较特殊的履带结构
形状可变履带结构：它是指履带的构形可以根据需要进行变化的结构。
这种结构一
般由两条形状可变的履带组成，分别由两个主电机驱动。
当两个履带速度相同时，
实现前进或后退移动，当速度不同时，整个机器实现转向移动。
3)步行式移动机构
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，不仅能在平地上，而且能在凹凸不平的地上步行，能跨越沟
壑，上下台阶，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，具有广泛的适应性。
主
要设计难点是机器人跨步时自动转移重心而保持平衡的问题。
控制特点：使
机器人的重心经常在接地的脚掌上，一边不断取得准静态平衡，一边稳定的
步行。
结构特点：为了能变换方向和上下台阶，一定要具备多自由度。
的，具有很高的实用性。
四足机器人步行时，一只脚抬起，三只脚支撑自重，这时有必要移动身体，让重心落在三只脚接地点组成的三角形内。
三、其他行走结构
爬壁机器人：近年来，由于工业生产对特殊功能机器人的
需求越来越大，爬壁机器人的研究备受关注。
有的可以吸附在各种大型构造物如油罐、球形煤气罐、船
舶等的壁面，代替人进行检查或修理等作业。
这种爬壁机
器人靠磁性车轮对壁面产生吸附力，其主要特征是：行走
稳定速度快，最大速度可达9m/min，适用各种形状的壁
面，且不损坏壁面的油漆。
我国的哈尔滨工业大学已经成功研制出单吸盘真空
吸附车轮行走式爬壁机器人和永磁铁吸附履带爬壁机器
人。
其中磁吸附履带式爬壁机器人采用的是双履带永磁吸
附结构，在履带一周上安装有数十个永磁吸附块，其中的
一部分紧紧地吸附在壁面上，并形成一定的吸附力，通过履带（由链条和永磁块组成）使机器人贴附在壁面上。
机器人在壁面上的移动靠履带来完成，移动时，履带的旋转使最后的吸附块在脱离壁面的同时又使上面的一个吸附块吸附于壁面，这样周而复始，就实现了机器人在壁面上的爬行。
管道内外移动：如图，可以看出移动主要是靠
两个轮子，但每个车轮两边还有一对撑架，用来帮助
车轮在管道外移动时站立而不倒，并可以增加车轮与
管道壁之间的摩擦，从而获得较大的移动力。
这种结
构可用于检修核管道和煤气主干道等一些容易引发
危害的大型管道。
四、结论
机器人的行走结构就是机器人的脚，选择一双好脚就能事半功倍，因此在选择机器人的行走结构时，我们一定要充分的考虑各个方面，不断的调试，最后才能到达理想的效果。
参考资料：
[1] 丁学恭.机器人控制研究.杭州：浙江大学出版社，2006.9
[2] 周新伦，关绮玲.机器人.上海：复旦大学出版社，1994
[3] 周兰.机器人机身及行走机构.ppt文件
[4] 付文瀚.上下楼机器人设计。