仿生机器人的机构设计及运动仿真
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1页 前 言
随着仿生学与机器人技术的飞速发展,仿生机器人已日益成为机器人领域的研究热点。仿生学将有关生物学原理应用到对工程系统的研究与设计中,尤其对当今日益发展的机器人科学起到了巨大的推动作用[3]。当代机器人研究的领域已经从结构环境下的定点作业中走出来,向航空航天、星际探索、海洋探索、水下洞穴探索、军事侦察、军事攻击、军事防御、水下地下管道探测与维修、疾病检查治疗、抢险救灾等非结构环境下的自主作业方面发展,未来的机器人将在人类不能或难以到达的已知或未知环境里工作。人们要求机器人不仅要适应原来结构化的、己知的环境,更要适应未来发展中的非结构化的、未知的环境。除了传统的设计方法,人们也把目光对准了生物界,力求从丰富多彩的动植物身上获得灵感,将它们的运动机理和行为方式运用到对机器人运动机理和控制的研究中,这就是仿生学在机器人科学中的应用。
本文结合当前仿生机器人的研究现状与未来发展方向,以慧鱼机器人模型为平台制作对机械本体结构、传动系统,控制系统的软件编程进行了系统设计及介绍。现对研究和实验当中取得的主要成果总结如下:
1.通过对甲虫六条腿的结构与功能的研究,设计了六足仿生机器人的足的结构,实现了机器人的结构仿生。
2.在对仿生模型的结构仿生与运动仿生分析的基础上,确定了采用慧鱼ROBO接口板作为控制器。
3.利用慧鱼ROBO接口板实现了电机和微动的控制,从而对机器人进行运动控制 。
4.根据三角步态原理,设计了前进、后退以及转弯等不同运动状态。并对机器人进行了运动分析,得出了一般的结论。
5.以慧鱼公司开发的编程软件:ROBO PRO,对机器人进行软件编程,使它按规定的路线运动,实现对其运动的控制。
本次毕业设计的目的和意义是综合运用大学四年里所学到的基础理论知识达到设计目的并提高自己分析问题和解决问题的能力,提高机械控制系统设计、操纵机构的设计能力及运用PRO/E设计软件的建模能力,并增强自身的动手能力与计算机编程能力。
本课题的研究前景十分广阔。例如,可以通过对海蟹的研究,进行仿生设计,制造出海陆两用的仿生机器人,建立基于环境适应行为的智能运动控制策略。在此基础上,为未来智能化近海两栖作战新概念武器结构设计与分析提供新方法。
对于跟踪国际先进军事技术,建立新型作战武器有重要意义。同时,开展对海的如有你有帮助,请购买下载,谢谢!
页 研究也可以为水下科学考察、海底探矿等领域的新型机器人的开发打下理论基础。在对未知空间的探索方面也有极大的发展空间。例如,令人讨厌的苍蝇,与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及,但仿生学却把它们紧密地联系起来了。苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”,凡是腥臭污秽的地方,都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特别灵敏,远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”,它靠什么来充当嗅觉的呢? 原来,苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。
每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通,内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”,这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲,送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同,就可区别出不同气味的物质。因此,苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。
仿生学家由此得到启发,根据苍蝇嗅觉器的结构和功能,仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属,而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上,将引导出来的神经电信号经电子线路放大后,送给分析器;分析器一经发现气味物质的信号,便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里,用来检测舱内气体的成分。这种小型气体分析仪,也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理,还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。
也可以对陆生的甲虫和蜈蚣等腿部运动的分析核研究制造出相应的产品,应用于军事,工业和科研。如有你有帮助,请购买下载,谢谢!
页 目 录
摘 要 ................................................... 错误!未定义书签。
ABSTRACT ................................................. 错误!未定义书签。
第1章 绪 论 ............................................ 错误!未定义书签。
1.1 仿生机器人概述 ..................................... 错误!未定义书签。
1.2仿生型多足步行机器人技术综述 ........................ 错误!未定义书签。
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1.3多足机器人的关键技术 ................................ 错误!未定义书签。
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第2章 仿生机器人总体设计方案的确定 ..................... 错误!未定义书签。
2.1 概述机构模型 ....................................... 错误!未定义书签。
2.2本体结构设计 ........................................ 错误!未定义书签。
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第3章 仿生机器人运动系统的设计 ......................... 错误!未定义书签。
3.1腿部的运动分析和设计 ................................ 错误!未定义书签。
3.2传动部分结构设计 .................................... 错误!未定义书签。
3.3步态规划及分析 ...................................... 错误!未定义书签。
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3.3.2 三角步态运动原理 .............................. 错误!未定义书签。
第4章 控制系统的设计 ................................... 错误!未定义书签。
4.1控制的硬件系统设计 .................................. 错误!未定义书签。
4.2慧鱼 ROBO接口板介绍 ................................ 错误!未定义书签。
4.2.1 外形尺寸和重量 ................................. 错误!未定义书签。
4.2.2 电源9V直流,1000M ............................. 错误!未定义书签。
4.2.3 处理器和存储器 ................................. 错误!未定义书签。
4.2.4 输出M1-M4或者O1-O8 ............................ 错误!未定义书签。
4.2.5 数字量输入I1-I8 ................................ 错误!未定义书签。
4.2.6 模拟阻抗输入AX和AY ............................ 错误!未定义书签。
4.2.7 模拟电压输入A1和A2 ............................ 错误!未定义书签。
4.2.8 距离传感器输入D1和D2 .......................... 错误!未定义书签。
4.2.9 红外线(IR)输入 ............................... 错误!未定义书签。
仿生机械设计范文
仿生机械设计范文
在仿生机械设计中,最常见的借鉴对象是动物。例如,研究人员曾经研究过鸟类飞行的机制,利用鸟类的翼型设计出了更加高效和稳定的飞行器翼型。另外,借鉴昆虫的运动机制,也能够设计出更加灵活和高效的机器人。
在仿生机械设计中,首先要进行生物体的形态和功能分析。通过观察和研究生物体的结构和运动方式,找出其中的优势和可借鉴之处。例如,鱼类的形态可以提供水中的流线型设计,用于减小水阻。昆虫的显微结构可以用于新材料的开发。鸟类的翼结构可以用于飞行器的设计。
在进行仿生机械设计时,需要结合生物体的形态和功能特点,进行系统的仿真和优化。例如,假设我们要设计一种仿生机器人,可以像蜘蛛一样在复杂环境中爬行。首先我们需要分析蜘蛛的运动方式和足部结构,然后根据分析得出的结论设计出仿生机器人的运动系统和足部结构。接下来,我们可以利用计算机模拟,对仿生机器人进行运动学和动力学分析,优化机器人的运动效能和适应能力。
除了结构和运动方式,仿生机械设计中还可以借鉴生物体的传感机制和智能控制系统。生物体具有高度智能的控制系统,可以实现复杂的运动和感知功能。例如,蝴蝶的翅膀可以自动调节角度,以适应风速的变化。这种智能控制系统可以运用到风力发电机的设计中,优化风能的利用效率。
在进行仿生机械设计时,还需要考虑材料的选择和加工工艺。生物体的结构通常是由多种不同材料组成的,这些材料具有特定的力学性能和功能。因此,在仿生机械设计中,需要选取适合的材料,并在制造过程中运用相应的加工工艺,以实现设计目标。 总之,仿生机械设计是一种融合生物学和工程学的交叉学科。通过借鉴生物体的结构和功能,可以创造出更加高效和创新的机械系统。随着科技的发展和对生物世界的认识进一步加深,仿生机械设计将在未来得到更广泛的应用和发展。
基于Simulink的仿人机器人步行运动仿真模型
第12期2010年12月机械设计与制造
MachineryDesign&Manufacture
文章绢号:100l一3997(2010)12-000l-03
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《算}(1清华大学精密仪器与机械学系,北京100084)(z清华大学摩擦学国家重点实验室,北京100084)
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(21'heStateKeyLaboratoryof%bolog),,TsinghuaUnivers畸,Beijing100084,ChifIa)
【摘要】在对仿人机器人完整步行运动分析的基础上,基于Simulink建立了仿人机器人步行运动
仿真模型。首先,给出了仿真模型的整体结构框架;接着,建立了仿人机器人13质量块动力学模型,分析
和讨论了仿人机器人行走过程中脚与地面的作用过程,基于关节驱动力矩二次型积分最小,规划得到了
一组稳定的行走步态,并基于传感反射控制实现了仿人机器人复杂环境下的应用;最后,对仿真结果进行
了分析和讨论。
关键词:仿人机器人;步行运动;零力矩点
【Abst礴ct】A5加以越面忍脓以eZ厶如z,e占叩ed6珊ed伽鼢站“鼬,咖r玉k∞奶岱蠡旷琥F∞唧如钯Ill“黼谢r060f6咖edzocDmot幻几历墙f矿以f,t,圮s弘钯mstr“c£M圮夕研,圮矿sim以以ion,,毫0d匆Z括imrDd“cP正A以“孵凡,口13m傩s由如c凰方脚如脚如Z括es砌纭船d,∞d矾ei,l据僦砌船矿^“舰扣谢rD6优饿施阮g
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
白颖;蒋庆斌;莫莉萍;孙超;王松
【摘 要】针对六足机器人运动规划问题,设计了一种六足仿蜘蛛机器人.首先,利用SolidWorks设计了六足仿蜘蛛机器人的机械结构;然后,通过建立六足仿蜘蛛机器人的D-H坐标系,构建了仿蜘蛛机器人行走机构的运动学模型,对机器人的单腿正、逆运动学进行了分析,推导了正逆运动学方程;最后,对几种典型步态进行了分析,运用多项式差值拟合的方法对仿蜘蛛机器人的摆动相及支撑相作了足端轨迹的规划;在此基础上,将SolidWorks模型导入到ADAMS/View中,利用ADAMS对几种典型步态进行了仿真,验证了对其步态规划的正确性.研究结果表明:该六足仿蜘蛛机器人的设计方案是有效的.
【期刊名称】《机电工程》
【年(卷),期】2019(036)007
【总页数】5页(P732-735,743)
【关键词】六足仿蜘蛛机器人;结构设计;运动学分析;步态规划
【作 者】白颖;蒋庆斌;莫莉萍;孙超;王松
【作者单位】常州机电职业技术学院 电气工程学院,江苏 常州213164;常州机电职业技术学院 电气工程学院,江苏 常州213164;常州机电职业技术学院 电气工程学院,江苏 常州213164;河海大学 机电工程学院,江苏 常州213002;河海大学 机电工程学院,江苏 常州213002
【正文语种】中 文 【中图分类】TH112;TP242
0 引 言
仿生机器人是以自然界的生物为原型,其类型主要有:仿人、仿生物和生物机器人3大类[1]。仿蜘蛛机器人是基于对蜘蛛生理结构特性、运动原理和行为方式,设计出来的对环境具有一定适应性并且可以凭借传感器反馈的机器人[2]。仿蜘蛛机器人有着高灵活度、柔性和易复制的优点,在路况较差条件下也能保证稳定地行走,还有一定的避障能力。仿蜘蛛机器人凭借其优势,因而被广泛应用于工业、航天、军事、抢险救灾等多项领域[3]。对仿蜘蛛机器人的机械结构的设计以及对其运动学、动力学的分析具有工程应用价值。
四足仿生机器人毕业设计
四足仿生机器人毕业设计
四足仿生机器人毕业设计
1.引言
仿生机器人是一种模仿生物特征和行为的机器人系统,具有广泛的应用潜力。四足仿生机器人是仿生机器人领域的一个重要分支,模仿动物四肢的运动和行为。在毕业设计中,设计和构建一个四足仿生机器人是一个具有挑战性和有趣的任务。
2.背景介绍
四足仿生机器人的发展可以追溯到50多年前。随着传感器技术、材料科学和机械设计的进步,四足仿生机器人的功能和性能不断提高。它们被广泛用于军事、探索、救援和娱乐等领域。
3.设计目标与需求
在设计四足仿生机器人的过程中,需要明确的设计目标和需求。设计目标可以包括机器人的行走稳定性、速度和灵活性等。需求可以根据最终应用来确定,例如室内移动、户外探索或者危险环境救援等。
4.机械设计与材料选择
在机械设计方面,需要考虑机器人的结构和关节设计,以实现生物四肢的运动。材料选择也是一个关键因素,因为材料的轻便性、强度和耐用性会直接影响机器人的性能和寿命。
5.传感器与控制系统
传感器是四足仿生机器人的重要组成部分,它们用于感知环境、检测位置和姿态等信息。控制系统则负责处理传感器数据并控制机器人的运动。在设计中,需要选择适合的传感器和控制算法来实现所需的功能。
6.动力系统
动力系统是四足仿生机器人的动力源,它可以采用电池、液压或空气动力等各种方式。在选择动力系统时,需要考虑机器人的功耗和工作时间等因素。
7.算法与控制
算法与控制是实现机器人运动和行为的核心部分。在设计中,需要开发适应四足仿生机器人的算法,包括运动规划、姿态控制和避障等。
8.实现与测试
在完成机器人的设计和制造后,接下来需要进行实现和测试。可以通过模拟仿真和物理实验来验证机器人的性能和功能。
9.分析与改进 针对实现和测试过程中出现的问题,需要进行分析和改进。可以通过数据分析和性能评估来优化机器人的设计和算法。
仿人型机器人设计说明书
盐城工学院本科生毕业设计说明书
2007
目录
1前言 ................................................................. 1
1.1 仿人机器人的概念 .................................................. 1
1.2 课题来源 .......................................................... 1
1。3 技术要求 ......................................................... 1
1。4 国内外研究现状及发展状况2 ....................................... 1
1。4.1 国内研究现状 ................................................... 1
1。4。2 国外研究现状 .................................................. 2
1.4。3 发展趋势 ....................................................... 3
1.5 本课题要解决的主要问题及解决方案 .................................. 4
2 总体方案设计 ........................................................ 6
2.1 仿人机器人臂手部结构的确定 ........................................ 6
2.2 仿人机器人上身尺寸的确定 .......................................... 6
关节型机器人结构设计及仿真分析
机电学院毕业设计指导书
课 题 名 称 关节型机器人结构设计及仿真分析
教学系、部、室 机械设计系
专 业 机械设计制造及其自动化
指 导 教 师
1 一、毕业设计题目
题目名称:关节型机器人结构设计及仿真分析
机器人技术是近40多年来迅速发展起来的一门综合性学科,它综合了机械学、电子学、计算机科学、自动控制工程、人工智能、仿生学等多个学科的最新研究成果,代表了机电一体化的最高成就,是当今世界科学技术发展最活跃的领域之一。
机器人的研究、制造和应用,正受到许多国家的广泛重视,是一个国家科技水平和经济实力的象征。它能够替代人类不知疲倦地完成枯燥繁重的劳动,降低工人的劳动强度,提高劳动生产率。它的环境适应能力强,能够在水下、太空、真空、辐射以及剧毒等任何危险环境中工作,使人类的生命安全和健康得到保障。随着研究的深入,人们不断发现机器人技术的潜力,对它的应用已经逐步渗透到了人们生产和生活的各个领域中。
目前工业生产中应用最广泛的机器人是工业机器人,亦称作工业机械手。各种不同功能的机械手操作系统其机械、电气和控制结构一般也各不相同,但大多数完整的机械手系统都有4个主要部分:1.机械本体机构2.传感系统3.控制系统4.驱动源。
机械本体机构通常是由手臂、手腕和末端执行器组成。它们主要是由一系列旋转关节或移动关节相连接的多个机械连杆的集合体,从而形成开式运动链的结构。一端装在固定的基座上,另一端在手腕上安装手爪、各种夹持机构或专用工具来完成各种工作。机械手在执行一项任务时,由它的机械结构实现其运动机能,完成规定作业,因此机械结构的布局、类型、传动方法和驱动方式将直接影响机械手的总体性能。传感系统是将有关机械部件的各种工作状态信息传递给机器人的控制系统,控制系统通过这些信息确定机械部件各部分的正确运行轨迹、速度、位置和外部环境,使机械部件的各部分按预定程序在规定的时间开始和结束动作。驱动源是使各种机械部件产生运动的装置,主要包括气动、液压和电动三种形式。他们可直接与臂、腕或手部的机械连杆或关节联接在一起,也可采用齿轮、带、链条等间接传动装置。
仿生机器人跳跃动作的力学建模与实现
仿生机器人跳跃动作的力学建模与实现
近年来,仿生机器人技术在机器人领域的发展日益成熟。仿生机器人是模仿自然界生物运动方式和生理结构而设计的机器人,其运动方式和行为模式与生物相似。在仿生机器人研究中,跳跃是一项重要的研究方向,因为它在军事、医疗、运动等领域有广泛的应用前景。本文将介绍仿生机器人跳跃动作的力学建模与实现。
一、跳跃规律的探究
跳跃是一种典型的非匀加速运动,跳跃时要克服自身重力对机器人向上的阻力。为了实现仿生机器人跳跃动作,必须深入探究跳跃规律。根据牛顿第二定律,物体的加速度等于物体所受的合外力除以物体的质量。在跳跃过程中,跳跃的力主要来自地面反作用力和摩擦力,机器人所受到的合外力主要分为自身重量和跳跃的动情力。因此仿生机器人跳跃动作的力学建模可以通过物理公式来描述。在此基础上,通过计算机模拟仿真,对跳跃过程进行优化。
二、仿生机器人跳跃动作的力学建模
在建模过程中,首先需要确定仿生机器人的结构和重心位置,因为结构和重心位置的不同会影响跳跃过程的物理参数。结构设计的目的是使得机器人能够在跳跃过程中更稳定,重心位置的确定关系到仿生机器人是否能够跳得更高。建立仿真模型的时候,要考虑仿生机器人材料的弹性和刚度,以及跳跃高度和距离等参数。此外,还需要考虑各种力对机器人的作用,比如重力、摩擦力、弹簧力和地面反作用力等。
在建立模型的过程中,可以采用多种方法进行仿真模拟。一种方法是建立基于牛顿运动方程的模型,该模型可以计算出机器人跳跃前的动能和势能大小,并计算出跳跃过程中的合外力,从而对跳跃过程进行分析和优化。另一种方法是采用弹性力学理论进行建模,该方法主要考虑到仿生机器人材料的弹性和刚度,分析跳跃时机器人的变形情况,并计算出跳跃过程中所受的各种力对机器人的作用。使用这种方法可以更加精确地模拟机器人在跳跃过程中的运动轨迹。
三、仿生机器人跳跃动作的实现
仿生机器人跳跃动作的实现需要经过多次实验、调整和优化,以达到理想的效果。在实现跳跃动作之前,需要进行动作识别和控制算法的确定。动作识别可以通过传感器采集机器人的位置、速度和加速度等信息,从而确定机器人的状态。控制算法可以根据机器人状态来控制机器人的动作,比如控制机器人的关节运动和速度。在控制算法的过程中,需要考虑到机器人的运动稳定性。
四足仿生机器人毕业设计 2
四足仿生机器人毕业设计
一、项目背景
随着科技的不断发展,仿生机器人逐渐走进人们的生活,成为了现代工业领域中不可或缺的一部分。仿生机器人是指通过模拟动物或人类的生理结构和运动方式来设计机器人。四足仿生机器人是其中一种类型,它能够模拟动物行走的方式,具有较好的稳定性和适应性。本毕业设计旨在研究四足仿生机器人的设计与控制。
二、项目目标
1.设计出具有稳定性和适应性的四足仿生机器人;
2.实现四足仿生机器人自主行走,并能够避开障碍物;
3.探索并优化四足仿生机器人的控制系统。
三、项目内容
1. 机械结构设计
根据仿生学原理,设计出具有类似于动物骨骼和肌肉结构的四足仿生机器人。考虑到稳定性和适应性等因素,可以采用轻质材料进行制造,并且在关节处使用弹簧等装置增加其弹性。
2. 控制系统设计
控制系统是实现四足仿生机器人自主行走的关键。可以采用单片机或者嵌入式系统等进行控制,通过陀螺仪、加速度计等传感器获取机器人的姿态信息,实现对机器人的控制。同时,还需要设计避障算法,使机器人能够自主避开障碍物。
3. 仿真模拟
在设计完成后,可以通过计算机仿真软件对四足仿生机器人进行模拟测试,并进行优化。
4. 实验验证
在完成仿真模拟后,需要进行实验验证。可以通过搭建障碍物场景,在不同环境下测试四足仿生机器人的稳定性和适应性。
四、项目意义
1. 推动科技发展
本毕业设计研究的四足仿生机器人是一种新型的智能化设备,具有广泛的应用前景。它可以应用于军事、医疗、工业等领域,推动科技发展。
2. 增强创新能力 本毕业设计涉及到多个学科领域,如机械制造、电子技术和计算机科学等。通过研究和实践,可以增强学生的创新能力和综合素质。
3. 提高实践能力
本毕业设计需要进行机械结构设计、控制系统设计、仿真模拟和实验验证等多个环节。通过实践操作,可以提高学生的实践能力和动手能力。
五、项目进度安排
1. 第一阶段(前期准备):了解仿生学原理,查阅相关文献资料,并进行四足仿生机器人的初步设计。
机械创新设计课程设计六足机器人行走机构设计
1
机械创新设计课程设计
题 目: 六足式机器人的行走机构设计
小组成员:
班 级:
指导教师:
成 绩:
六足是机器人的行走机构设计
2
目录
摘要 .......................................................................................................................................... 4
第一章 绪论 ........................................................................................................................ 1
1.1. 六足仿生机器人的概念: ..................................................................................... 1
1.2.课题来源 ................................................................................................................... 2
1.3.设计目的 ................................................................................................................... 2
1.4.技术要求 ................................................................................................................... 2
六足爬行机器人设计--第5章 六足爬行机器人的运动仿真
第5章 六足爬行机器人的运动仿真
机构仿真是机械系统现代设计方法中的一门新的应用技术,机构仿真具有模拟样机数值仿真。缩短设计周期和成本、在实物产生前预先评估设计作用和功效,是现代机械设计技术的经典所在。
Pro E是基于单一数据库、参数化、全相关及工程数据再利用等概念的基础上开发出的一个功能强大的CAD/CAE/CAM软件,是目前国内外机械制造业中应用广泛的软件。Pro E集成了多种模块,可以提供从工业设计到NC加工同步工程的产品开发方法。现在一般的机械设计都采用其作为仿真软件,此次六足爬行机器人的设计也采用了Pro
E仿真,并且可以用Pro E对机械结构进行有限元分析,提高设计的合理性。
使用软件对设计模型进行运动仿真和有限元分析,能够模拟出在真实环境工作状况并对其进行分析和研究,尽早发现设计中的缺陷,并验证产品功能和性能的可靠性,提前进行修改和优化,从而减少制造中发现问题而付出昂贵的代价,提高设计的可行性和缩短周期。
Pro E版本更新较快,最新的Pro E 5.0除了界面变化外,其功能也增加很多,此次采用Pro E 5.0作为设计软件,在绘制草图时,系统将会自动加入约束条件,使几何关系满足自己的实际要求。
5.1零件模型的建立
1、选取新建命令
在工具栏中单击新建文件图标(红色框内图标)。
2、选取文件类型、子类型、输入文件名、取消使用装配默认模版
在弹出的文件“新增”对话框中,进行下列操作:
1) 选择“类型”选项组下的零件;
2) 选择“子类型”选项下的 实体;
3) 在“名称”问本框中输入要制作零件的英文文件名;
4) 通过取消的“√”号,来取消“使用默认模版”;
5) 在模板下面的选择框内选择mmns_part_solid;
6) 单击“确定;
3、在绘图区域,绘制玩零件后保存,至此零件已做好。
由于此次设计的六足爬行机器人零件非常多,所以限于篇幅的限制,在这里不做太多的讲解。以下几个图是机器人身体上比较重要的几个零件。
