六足爬虫机器人
六足机器人的运动分析及路径规划
六足机器人的运动分析及路径规划
引言：
一、六足机器人的运动分析
1.静态平衡：
2.步态：
3.动态平衡：
二、六足机器人的路径规划
1.全局路径规划：
全局路径规划是指六足机器人在未知环境中通过规划整个路径来达到目标地点。
常见的算法有A*算法和Dijkstra算法等。
这些算法可以通过地图信息确定机器人需要经过的路径，从而避免障碍物和陷阱。
2.局部路径规划：
局部路径规划是指六足机器人在行进过程中根据当前环境实时规划行进路径，以避开障碍物和克服地形等不利因素。
常见的算法有避障算法，如B样条算法和虚拟力场算法等。
这些算法可以根据传感器信息进行实时调整路径，以避免碰撞和陷入困境。
3.速度规划：
速度规划是指六足机器人在行进过程中根据当前环境和任务要求来规划移动速度。
常见的算法有PID控制算法和模糊控制算法等。
这些算法可以根据机器人的位置和目标位置以及环境信息来调整机器人的运动速度，以达到更加平滑和高效的运动。
三、总结
六足机器人的运动分析及路径规划是使机器人能够进行正常运动和完
成任务的关键。
静态平衡、步态和动态平衡是六足机器人运动分析的重点，全局路径规划、局部路径规划和速度规划是六足机器人路径规划的关键。
通过对六足机器人运动特点的深入分析和合理的路径规划算法的选择，可
以实现六足机器人的稳定运动和高效任务执行，从而提高机器人的实际应
用性能。
六足昆虫机器人中级PPT课件
搭建结构分析：六只脚都能动起来，并且 要像真的昆虫爬行一样。六只脚交错运动， 用到齿轮的带动连杆的交错连接
程序编写
当颜色传感器作为尾巴，感应红色启动一 直发出叫声，行走遇到障碍物停止，后退 一段距离，转向。触动传感器控制关闭整 个程序。
想一想如何让小车执行动作的同时显示 图片
1.完善六足机器人，使其更加像真的昆虫 一样行 走。 2.装饰美化我们的机器人
ห้องสมุดไป่ตู้
向爸爸妈妈做个展示吧！他们或许 有更好的主意喔！
六足机器人
教学目标 1、触动传感器、颜色传感器作为开关的使用。 2、超声波传感器的使用。 3、无轮行走结构（齿轮连杆带动）的设计搭建。 难点 1、齿轮、连杆带动行走的搭建。 2、循环终止程序的编写。 3、颜色传感器作为开关的编写。 时间安排 本次项目为两个课时，时长90分钟。
哪些昆虫有六只脚？是怎样爬行或行走的？
l六足昆虫机器人机械原理
一、基本原理本项目的机器人，传动系统还是继续利用“摆动曲柄滑块机构”原理，把减速电机的旋转运动转换为驱动腿迈步的往复摆动运动，再结合简单的连杆结构，协调六条腿按照昆虫的步态规律实现爬行运动。
1、运动方式本项目机器人是模仿拥有六条腿的昆虫的爬行运动。
昆虫爬行想必大家都是见过的，但是由于昆虫的六条腿还是多了些，而且一般昆虫的动作都比较迅速，观察起来有点眼花缭乱，所以可能很多人并不是很了解昆虫爬行时这六条腿是如何协调动作的。
而要做好六足爬行机器人，就要清晰的了解这六条腿的每个阶段的步伐状态，也就是我们常说的“步态”。
实际上，一般六条腿的昆虫，是以三条腿为一组、共两组交叉进行协调运动的。
同一时间内，有一组也就是三条腿着地，另外一组的三条腿是离开地面的，然后两组交替切换往前爬行。
我们都知道，三点可以确定一个平面，即三条腿可以保证整个身体的平衡，这也许就是很多昆虫都是长了六条腿的主要原因吧。
以下是六足昆虫爬行步态的分解，以前进方向为例进行说明：1、静止时六条腿都是同时着地；2、前进时，先迈出第1组三条腿（左前、右中、左后），第2组三条腿着地（右前、左中、右后）；3、第1组三条腿（左前、右中、左后）往前迈出着地后保持不动，然后换第2组三条腿（右前、左中、右后）往前迈出；4、第2组三条腿（右前、左中、右后）往前迈出着地后保持不动，再换第1组……如此循环往复，同一时间都保证有一组三条腿着地以保持身体的平衡，并不断往前进。
2、驱动机理本项目机器人是采用六足爬行的方式运动，对于六足的驱动力量也是有一定要求的，所以与前几个仿生类机器人项目一样都是借助减速电机所具有的“低转速、高扭矩”的特性来实现的。
与PVC-Robot 11号、PVC-Robot 12号机器人驱动双臂以及与PVC-Robot 13号驱动双足类似，本项目机器人六足中的中间两足是主动足，是由减速电机直接驱动的，而采用的减速电机同样也必须要满足两个条件：1、拥有足够的动力，能够支撑双足行走；2、减速电机左右两侧同轴输出。
机器人等级考试搭建-六足步行机器人
第11章六足步行机器人仿生六足机器人又叫蜘蛛机器人，顾名思义，六足机器人架构中惜鉴了自然界中昆虫的行走方式，是多足机器人的一种。
11.1探索六足的行走方式是多样的，其中最典型的行走方式就是模仿六足纲昆虫的三角步态。
图 11.1六足步行机器人三角步态是什么样子呢？六足昆虫行走时，一般不是六足同时直线爬行，而是将三对足分成两组，每组三只足，以三角形支架结构交替前进，如图11.2所示。
分组情况是这样的：身体左侧的前后、足及右侧的屮足为一组，右侧的前足、后足和左侧的中足为另一组，分别组成两个三角形支架。
行走时接触地而的腿如绿方块所示，形成稳定的三角结构，这样模型通常会保持直立平稳的走姿而不会走路时跌跟头了。
这种六足机器人控制简单，不过动作单一，因为他的毎个关节都是通过机械连接完成，最后由一个统一的动力源控制。
另外，我们还能看到很多杂的六足机器人每一个关节都足分开控制的。
参照关节类动物的运动形式，这个六足机器人的每条腿的关节都是相对独立的，每个关节都是用180度的舵机来实现的，每条腿上三个关节，对应就是3个舵机，六条腿就是18个舵机。
不过这种用18个舵机支搾起来的机器人控制复杂，对电源的要求太高，还需要通过程序来控制，调试时间长。
我们综合以上的知识内容，制作一个六足移动机器人，即保证了机器人的控制苟单，也能实现机器人前后左心、左转右转的移动效果。
11.2制作7倍10倍这里要注意的是2倍的梁圆孔部分要朝上，和对面的正好相反10倍和12倍11.3六足运动方式六足机器人的运动方式为三角步态，上面我们简单介绍过，三角步态就是六足机器人的六只足分成了两组，组成了两个三角支架。
当一组三角形支架所有的足同时提起，另一机三角形的足原地不动，支撑身体并以中足为支点。
这一组的三脚架抬起到下落的过程中，前肢的构件向前迈进拉动身体向前，后足的构件将机器人向前推。
这一组落地，另一组的三只足抬起，重心落在这一组三角形支架的三足上，然后重复前—组的动作，之后互相轮换周而复始。
仿生六足机器人的发展现状与应用
仿生六足机器人的发展现状与应用
仿生六足机器人是一种具有人型协调运动能力的机器，可以为研
究者提供在室内外环境中进行自由运动的机会，也能实现复杂环境下
多参数感知和模仿有智能的行为。
近年来，人们在仿生六足机器人的发展方面取得了许多突破。
例如，最近一些机器人已经能够实现外部环境下的高速、大范围行走；
他们也能够识别和跟踪动态实例，实现抓取物品；此外，还可以模仿
人的行为，成为具有一定的社会意识的机器人。
在研究方面，传感器、机械控制、运算处理、人机交互等技术的发展优化也取得了很大的进步。
从应用的角度来看，仿生六足机器人已经用于自主开发、家庭智
能辅助照料服务、调查、巡查、负责人员教学等多个场合。
作为一种
携带多种传感器、具有微米精度的机器，它们也可以应用于野外环境
的危险焊接任务、生物多样性研究、地形信息采集以及建筑物的搜索
与救援等，以及更多的用途等等。
例如，目前KHR-1机器人正在被用
于教学研究、加工制造及服务机器人，以及护理行业服务，而ASIMO
机器人则被用于接待与安全服务。
综上所述，随着技术的不断进步，仿生六足机器人仍在向着更快、更多样化的发展趋势不断推进，由于其优异的性能和广泛的应用范围，仿生六足机器人拥有广阔的发展前景。
六足机器人的应用场景
六足机器人的应用场景这六足机器人啊，可真是个厉害的家伙。
它不像咱平时常见的那些只有两条腿或者四个轮子的家伙，它有六条腿呢，这就让它在很多地方都能大显身手。
先说说在复杂地形中的应用吧。
你想想，要是有个地方坑坑洼洼的，有大石头、小土坡啥的，普通的车子或者机器人可能就过不去了。
但六足机器人可不怕，它那六条腿就像六个小能手，能轻松地爬上爬下。
比如说在山区，要是需要进行地质勘探或者救援行动，六足机器人就能派上大用场。
它可以稳稳地走过那些崎岖的山路，把各种设备和物资运送到需要的地方。
或者在一些建筑工地，地面不平整，还有很多杂物，六足机器人也能灵活地穿梭其中，帮忙搬运材料或者进行一些危险的作业。
在科学研究领域，六足机器人也是个宝贝。
比如说在野外考察的时候，科学家们可能需要去一些人迹罕至的地方，收集各种数据和样本。
六足机器人可以跟着科学家们一起去，不怕艰难险阻。
它可以携带各种仪器，比如摄像头、传感器啥的，帮助科学家们更好地了解自然环境。
而且，六足机器人还可以在一些危险的地方工作，比如火山口、深海底部等。
这些地方人类很难到达，但六足机器人可以凭借它的特殊结构和强大的性能，完成各种艰巨的任务。
在工业生产中，六足机器人也有很大的潜力。
比如说在一些工厂里，需要搬运重物或者进行精细的操作。
六足机器人可以根据不同的任务需求，调整自己的姿势和动作。
它可以稳稳地抓住重物，然后准确地把它放到指定的位置。
或者在一些需要高精度操作的地方，比如电子元件的组装，六足机器人可以用它的小巧灵活的“手”，完成各种复杂的动作。
而且，六足机器人还可以和其他设备进行协作，提高生产效率和质量。
在军事领域，六足机器人更是有着重要的作用。
它可以在战场上执行各种任务，比如侦察、排雷、运输物资等。
六足机器人可以悄无声息地接近目标，不被敌人发现。
它还可以穿越各种障碍物，把重要的物资和装备送到前线。
而且，六足机器人还可以携带武器，进行自卫或者攻击敌人。
在一些危险的环境中，比如核辐射区、化学污染区等，六足机器人可以代替人类去执行任务，保护士兵的生命安全。
仿生六足机器人研究报告
项目研究报告北京理工大学机电学院 20081043 吴帆——小型仿生六足探测机器人一、课题背景：仿生运动模式的多足步行机器人具有优越的越障能力，它集仿生学原理、机构学理论、自动控制原理与技术、计算机软件开发技术、传感器检测技术和电机驱动技术于一体。
不论在何种地面上行走，仿生六足机器人的运动都具有灵活性与变化性，但其精确控制的难度很大，需要有良好的控制策略与精密的轨迹规划，这些都是很好的研究题材。
二、项目创新点：作为简单的关节型伺服机构，仿生六足机器人能够实现实时避障，合理规划行走路线。
简单的关节型机器人伺服系统不仅具有可批量制造的条件，作为今后机器人群系统的基本组成，也可以作为探索复杂伺服机构的研究对象。
三、研究内容：1.仿生学原理分析：仿生式六足机器人，顾名思义，六足机器人在我们理想架构中，我们借鉴了自然界昆虫的运动原理。
足是昆虫的运动器官。
昆虫有3对足，在前胸、中胸和后胸各有一对，我们相应地称为前足、中足和后足。
每个足由基节、转节、腿节、胫节、跗节和前跗节几部分组成。
基节是足最基部的一节，多粗短。
转节常与腿节紧密相连而不活动。
腿节是最长最粗的一节。
第四节叫胫节，一般比较细长，长着成排的刺。
第五节叫跗节，一般由2-5个亚节组成﹔为的是便于行走。
在最末节的端部还长着两个又硬又尖的爪，可以用它们来抓住物体。
行走是以三条腿为一组进行的，即一侧的前、后足与另一侧的中足为一组。
这样就形成了一个三角形支架结构，当这三条腿放在地面并向后蹬时，另外三条腿即抬起向前准备替换。
前足用爪固定物体后拉动虫体向前，中足用来支持并举起所属一侧的身体，后足则推动虫体前进，同时使虫体转向。
这种行走方式使昆虫可以随时随地停息下来，因为重心总是落在三角支架之内。
并不是所有成虫都用六条腿来行走，有些昆虫由于前足发生了特化，有了其他功用或退化，行走就主要靠中、后足来完成了。
大家最为熟悉的要算螳螂了，我们常可看到螳螂一对钳子般的前足高举在胸前，而由后面四条足支撑地面行走。
慧鱼六足PPT
8
应用价值
添加页脚
六足机器人可以更好的适应复杂的环境，对地 形的适应能力更强，其可实现提高运载工具在 复杂地面上的通过能力，实现特殊的功能要求， 避免恶劣的工作环境对人体的伤害。可实现探 索，检测功能。在很多恶劣的环境中，准确地 完成特殊任务和难以完成的工作，比如废墟、 火灾现场等，在国防、救灾等工作上有难以替 代的意义。在特定场合替代人工巡检的巨大优 势。因此推进多足机器人的研究对国防、救灾、 巡检探索等领域具有重要意义。
3
六足步行机器人步态示意图
三角步态运动原理 FR
• 机器人的六条腿采用 “三脚行走步态”的 行走方式,以保持其直立平稳的走姿,就是在 行走时,其中三条腿总是同时离开地面,它们 是一侧的前、后腿和另外一侧的中间腿。
• 接触地面的腿,形成了稳定的三角形结构.根 据三脚行走步态安装、调整好驱动腿部运动 的六个曲柄,使之带动六只脚协调移动.即要 使同时接触地面的三只脚保持曲柄位置相同, 这时离开地面的三只脚的曲柄做180°旋转。
仿生六足昆虫机器人
机械结构简介
该机器人的整机结构包括三大部分：机械部分、传感器部分和控制部分。机 械部分主要由机体、两个直流电机、齿轮——蜗杆传动机构、六套四连杆机 构组成。直流电机驱动电机轴上套接直齿轮，通过齿轮联接带动蜗杆轴的转 动。其中电机轴是输出轴，蜗杆轴是工作轴。蜗杆转动带动其一侧的三个蜗 轮转动，继而带动腿部运动来控制模型的移动。电机逆向转动来实现模型前 进。传感器用机械限位开关可检测前方的障碍物。 由于同一边的腿关节由曲轴与蜗轮联接。可以通过调节曲轴角度来控制各腿 相位的异同以及相位差，故可以达成不同的步态。
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本文的设计为六足爬虫机器人，机器人以锂电池为动力源，单片机为控制元
件，伺服电机为执行部件，机器人采用三足着地进行运动，通过单片机对伺服电
机的控制，机器人能够实现前进、后退等运动方式，三足着地运动方式保证了机
器人能够平稳运行。伺服电机具有力量大，扭矩大，体积小，重量轻等特点。单
片机产生20ms 的PWM 波形，通过软件改写脉冲的占空比，从而达到改变伺服电
机角度的目的。
1 机器人运动分析
1.1 六足爬虫式机器人运动方案比较
方案一：六足爬虫式机器人的每条腿都能单独完成抬腿、前进、后退运动。
此方案的特点：
每条腿都能自由活动，每条腿都能单独进行二自由度的运动。每条腿的灵活
性好，更容易进行仿生运动，六足爬虫机器人可以完成除要求外的很多动作，运
动的视觉效果更好。由于每条腿能单独完成二自由度的运动，所以每条腿上要安
装两个舵机，舵机使用数量大，舵机的安装难度加大，机械结构部分的制作相对
复杂，又由于每个舵机都要有单独的信号控制，电路控制部分变得复杂了，控制
程序也相应的变得复杂。
方案二：六足爬虫式机器人采取三腿为一组的运动模式，且同一侧的前腿、
后腿的前后转动由同一侧的中腿进行驱动。采用三腿为一组(一侧的前足、后足
与另一侧的中足为一组)的运动方式，各条腿能够协调的进行运动，机器人的运
动相对平稳。
此方案特点：相比上述方案，个腿能够协调运动，在满足运动要求的情况下，
舵机使用数量少，节约成本。机器人运动平稳，控制、驱动部分都得到相应的简
化，控制简单。选择此方案，机器人还可进行横向运动。
两方案相比，选择方案二更合适。
1.2 六足爬虫式机器人运动状态分析
1.2.1 机器人运动步态分析
六足爬虫式机器人的行走是以三条腿为一组进行的，即一侧的前、后足与另
一侧的中足为一组。这样就形成了一个三角形支架结构，当这三条腿放在地面并
向后蹬时，另外三条腿即抬起向前准备轮换。这种行走方式使六足爬虫式机器人
运动相当稳定，任何时刻有三足着地，能够保持良好的平衡，并可以随时随地停
息下来，因为其重心总是落在三角支架之内。
三角步态行走运动原理：
步行时把六条足分为两组，以身体一侧的前足、后足与另一侧的中足作为一
组，形成一个稳定的三角架支撑虫体，因此在同一时间内只有一组的三条足起行
走作用：前足用爪固定物体后拉动虫体前进，中足用以支撑并举起所属一侧的身
体，后足则推动虫体前进，同时使虫体转向，行走时虫体向前并稍向外转，三条
足同时行动，然后再与另一组的三条足交替进行，两组足如此交替地摆动和支撑，
从而实现昆虫的快速运动，其行走的轨迹线是一条锯齿状曲线。
图2-1 运动示意图
机器人开始运动时，左侧的 2 号腿和右侧的4、6 号腿抬起准备向前摆动，
另外 3 条腿1、3、5 处于支撑状态，支撑机器人本体确保机器人的原有重心位
置处于 3 条支撑腿所构成的三角形内，使机器人处于稳定状态不至于摔倒（见
图 2-1（a)，摆动腿 2、4、6 向前跨步（见图 2-1（b)，支撑腿 1、3、5 一面
支撑机器人本体，一面在驱动装置作用下驱动机器人本体，使机器人机体向前运
动了半个步长!（见图 2-1（c))。
在机器人机体移动到位时，摆动腿 2、4、6 立即放下，呈支撑态，使机器
人的重心位置处于 2、4、6 三条支撑腿所构成的三角形稳定区内，原来的支撑
腿 1、3、5 已抬起并准备向前跨步（见图 2-1(d）），摆动腿 1、3、5 向前跨步
（见图 2-1（e）），支撑腿 2、4、6 此时一面支撑机器人本体，一面驱动机器人
本体，使机器人机体又向前运动了半个步长（见图 2-1（f）），如此不断从步态
（a）、（b）、（c）、（d)、（e)、（f）、（a），循环往复，周而复始实现机器人不断向
前运动。这样的六组爬虫机器人每向前跨一步即行走一个步长的距离，也就是三
角步态的的行走原理。
占空系数β又称有荷因数，占空系数(或负载因数)是信号在一个周期内触发
电平以下或以上的时间百分比。步态设计是实现步行的关键之一，为达到较为理
想的步行，本文所研究的六足机器人的步态是β=0.5时的状态；在其中的三条摆
动腿着地的同时，另外三支支撑腿立即抬起，即任意时刻同时只有支撑相或摆动
相。这样能够使机器人的行进过程比较连续，而且比较稳定。
在机器人遇到障碍物时，通过传感器和电路控制装置，可以控制电动机的旋
转方向，使得两侧的电机的旋转方向相反，从而使机器人转向。
图2-2 机器人转弯时的步态图
具体的控制过程如下（向右偏转）：
1）使控制足1、足2和足3的电机反转，如图2-2(a)所示(图2-2中实线代表着地，
虚线代表悬空)；
2）这时足1、足3、足4和足6准备悬空，只有足2、足5是准备抓紧地面的，
3）在这一瞬间只有两个足着地，机器人处于不稳定状态，直到有四只足着地，
使机器人重新回到稳定状态，由于该不稳定状态的时间非常短暂，并不影响
机器人行走稳定的性能。
向左偏转的情况机理也是一样的，只要使控制足4、足5、足6一侧的电机反转
就可以了。
1.3 机器人平衡性分析
由于机器人在运动过程中总有三足着地，其支撑作用的三足构成了一个三角
形支架机构，保证了机器人的重心总是落在三角形支架内。在机器人运动过程中
的重心位置如下图所示：
图2-3 运动过程重心位置示意图
机器人采用三足支撑，在机器人的运行过程中，任何时刻总有三足着地，构
成一个三角形支架，并通过对机器人整体尺寸、足部摆角的设定，可使得机器人
的重心总是落在三角形支架内，保证了机器人的平衡，三足三足交替支撑，保证
了重心在水平面内的平稳运动。
1.4 微型六足仿生机器人的足端运动轨迹曲线的确定
在进行步行机构的运动仿真设计时，如果将腿直接连在轴上则足端轨迹为圆
形。这样机器人的运动将会呈半圆状起伏，如果能够使得足端轨迹在触地的部分
保持平整就可以保持机器人的平稳前进。况且步行机器人要求有很强的环境适应
能力，它必须能够在平面、台阶上稳定地行走，又能够跨越障碍，横沟，不同的
路面对轨迹曲线有不同的要求：对于平地路面要求有一定的速度，对于台阶要求
能够抬起并越过，对障碍物要求顺利跨越，可见足端运动轨迹的选择对于步行机
器人来说显得非常重要。选择足端运动轨迹曲线时应主要考虑以下问题 :
（a）曲线的高宽比：曲线的高宽比直接反应出曲线的运动特性。该比值越
大则足端运动轨迹曲线越高，相应的跨越台阶的能力就越强同时前进特性（运动
速度）就越差。
（b）曲线弧长：在曲线宽度一定的情况下，曲线长度越长，在空中运动的
时间就越长，这将直接影响到摆动腿的速度，进而影响到步行机的运行速度。曲
线弧长越短，运动时间就越短，但相应的跨越能力就越差。
根据步行机的行走要求，初步确定足端运动曲线的高宽比和曲线弧长，采用
半径是6mm弧长的足端。
1.5 腿部力学分析
对六足爬虫机器人的腿部受力进行分析，通过大致计算可估算出机器人足部
运动时所需要的扭矩大小，从而可以确定所需要的舵机的扭矩参数。支撑足上的
舵机2 承受的力通过舵机转轴轴心，支撑足上舵机在承载力时所受扭矩为零，对
于支撑足上的舵机要求，只需抬起支撑足即可，可见一般舵机都能满足工作要求。
由于机器人由支撑足支撑而与地面无滑动摩擦，对舵机1 的要求，只需克服机械
结构间的摩擦即可。
1.6 机器人运动速度计算
下图所示：
图2-4 足部运动范围示意图
机器人足部运动示意图，机器人足部运动由舵机驱动，舵机的转动角度为Ф
=2×18º,在舵机的一个运动周期内，机器人运动的直线距离为4M，舵机运动一个
周期的用时为0.8s。M=L×sin18º=36mm×sin18 º=11.12mm。机器人在0.8s 内的
运行距离为:4M=4×11.12mm=44.48mm
机器人的运行速度为:V=4M/0.8s=44.48mm/0.8s=55.6mm/s。
2 机器人机械结构设计
2.1 机械结构分析与设计
机器人各部分结构，可以较清楚的判别构件所处的位置，机器人由若干部件
组合而成，各部件都是通过螺钉、螺母、螺栓而固定在一起的。机器人各侧三足
的运动原理是相同的，故只需分析一侧的三足即可。以上已对机器人的运动状态
进行了分析，机器人的机械结构、传动机构已经确定。此时，由于机器人部分尺
寸无法确定，所以无法进行机器人的制作。为了方便的确定个机械部分的尺寸，
并避免因试制而造成的成本、工作量的增加。首先通过Pro/E 软件的三维实体功
能，进行机器人的实体设计，通过三维实体的制作可以直观、准确的控制个机械
部分的尺寸，可以使机器人的结构性更加合理。