仿生机器蟹步行腿结构设计及运动学、动力学分析
智能仿生腿原理
智能仿生腿原理智能仿生腿是一种模拟人类或动物肢体的机械装置，通过模仿生物肢体的结构和运动方式，实现类似于人类肢体的功能和灵活性。
其原理主要涉及生物力学、电子技术和智能控制等多个学科领域。
1. 结构设计智能仿生腿的结构设计是基于生物肢体的解剖结构和运动特点进行的。
一条仿生腿通常由骨骼、关节、肌肉和感知系统等组成。
骨骼用于提供支撑和刚性，关节用于连接骨骼并实现运动，肌肉用于产生力量和运动，感知系统则用于获取外界信息并进行智能控制。
2. 传感技术智能仿生腿的传感技术主要包括位置传感器、力传感器和加速度传感器等。
位置传感器用于测量关节的角度和位置信息，力传感器用于测量肌肉产生的力量，加速度传感器用于测量腿部的加速度和运动状态。
通过这些传感器的数据，智能仿生腿可以实时感知自身的姿态和环境的变化。
3. 运动控制智能仿生腿的运动控制是通过电子技术和智能算法实现的。
传感器获取到的信息被送入控制系统进行分析和处理，然后控制系统根据分析结果产生相应的控制信号，驱动关节和肌肉实现腿部的运动。
运动控制需要考虑到关节的角度、肌肉的力量和身体的平衡等因素，通过优化控制算法可以实现智能仿生腿的高效稳定运动。
4. 动力来源智能仿生腿的动力来源通常有电池和电机组成。
电池提供能量给电机，电机则驱动关节和肌肉实现腿部的运动。
电机的选型需要考虑到功率、效率和负载能力等因素，以满足智能仿生腿的需求。
5. 应用领域智能仿生腿的应用领域非常广泛。
在医疗领域，智能仿生腿可以为残障人士提供助力行走的功能，改善他们的生活质量。
在军事领域，智能仿生腿可以应用于战场救援和战术作战等场景中，提高军事人员的机动性和生存能力。
在工业领域，智能仿生腿可以应用于危险环境下的作业和物流搬运等任务，提高工作效率和安全性。
总结：智能仿生腿的原理是基于生物肢体的结构和运动方式进行模拟和优化，通过传感技术、运动控制和动力来源等技术手段实现类似于人类肢体的功能和灵活性。
随着科技的不断发展，智能仿生腿在医疗、军事和工业等领域都有着广阔的应用前景。
螃蟹仿生设计交通工具
螃蟹仿生设计交通工具
机器人发展水平体现出一个国家科技水平，仿生机器人是未来机器人发展方问。
本课题是仿生物蟹机器人设计，使我们对机器人设计有更深地了解。
此次设计以实体生物蟹为原型，对其生物学结构，运动进行观察分析。
根据所学知识对其进行仿生设计，运动模拟。
首先观察生物蟹，分析其运动特点；测量出胸部部分的数据，进行分析；设计出可以实现其各种运动的方案，择优后再确定驱动系统、传动系统、执行机构等；然后利用UGNX6.0对其进行建模，装配，导出AUTOCAD工程图，确定各零件的尺寸。
论文中包括对驱动系统、传动系统、轴的设计和校核，通过本次设计，我提高设计机械产品的能力。
通过本课题的设计，我更深入地学习了专业知识，掌握了机械产品设计的基本方法和步骤。
更熟练地运用UGNX6.0、AUTOCAD软件进行设计，锻炼我们解决工程实际问题的能力，提高了独立开发机械产品的能力。
使我们提前熟悉开发部和生产部的操作流程。
在设计过程中学会多思考、多请教、多查阅资料的良好习惯。
仿生机器人设计及运动规划技术分析
仿生机器人设计及运动规划技术分析随着当今科技的发展，仿生机器人逐渐走进人们的视野。
仿生科技是以自然界生物体为蓝本，把生物学、机械学、信息学相结合，用人工方法构造出有生命特征的智能机器。
仿生机器人的设计和运动规划技术是实现仿生机器人的重要组成部分，本文将对此进行一定的分析。
一、仿生机器人的设计仿生机器人的设计是模仿自然界生物体的外形、结构和运动特征，是实现仿生机器人的基础。
仿生机器人的外形设计分成两个方面：生物结构和生物机能。
生物结构是仿效自然界中的动物、植物或微生物的外形，生物机能是模仿其运动、感知、自适应等特征。
例如，仿生机器人研发团队可以参考鸟类的羽翼结构和飞行机理理论，开发出具备良好飞行能力的仿生机器人。
生物机能是仿生机器人的关键，它是构建仿生机器人的核心。
生物机能通常包括机器人的运动、感知和自适应能力。
例如，仿生机器人需要类似肌肉的移动装置，以及一些传感器和探测器，以便仿生机器人能够识别周围环境和进行搜索。
二、仿生机器人的运动规划技术仿生机器人的运动规划技术是利用运动学、动力学等理论，为仿生机器人设计运动轨迹和控制算法。
运动规划技术是实现仿生机器人蓝本机制、智能控制等重要组成部分。
1. 运动学运动学是一种分析机器人位置和速度变化的方法，其目的是建立机器人的位置、速度、加速度等数学模型。
例如，在人类关节的设计中，采用倒立摆理论对运动建立仿真模型。
在仿生机器人的设计中，运动学模型有助于计算仿生机器人的运动轨迹和所有其他与运动有关的数据。
同时，在运动规划的过程中，这些数据还可以用于预测和优化运动。
运动学的应用也使得仿生机器人的设计变得灵活多变，可以模仿不同的生物物种运动特征，从而获得更精确、更高效的运动控制策略。
2. 动力学动力学是一种分析力、质量、加速度和角速度等变量，以及它们之间的关系及其对物体运动的影响的方法。
在仿生机器人的设计中，动力学模型对于设计人员而言非常重要。
它们提供了有关仿生机器人如何移动及其运动响应的关键信息，以及它们如何影响仿生机器人的位置和速度。
最新文档基于DSP的仿生机器蟹多关节控制系统的实现
基于DSP的仿生机器蟹多关节控制系统的实现摘要：针对微小型步行机器人对控制系统的性能要求，介绍了一种可用于步行机器人多关节驱动的控制系统的设计。
该系统以仿生机器蟹为设计对象，采用DSP作为核心控制器。
提出了多层多目标分布式递阶控制系统的设计方案，并介绍了仿生机器蟹单步行足的软、硬件设计方法。
关键词：步行机器人DSP伺服控制分布式仿生机器蟹控制系统需要较高的控制精度和运算速度，以便在机械结构刚度较高的情况下，通过提高响应速度来确保机器人的正常行走和姿态控制。
由于在机器蟹腿节和胫节置有两个电机（如图1所示）,使其质量较大，同时由于体积的限制使得各步行足相互间距较小，因此将造成机器蟹在行走过程中耦合较强，控制模型受躯体位姿、步行足位形和步态等因素的影响较大。
这就要求控制系统控制结构灵活，具有调整步行足轨迹和步态的能力，并能适应控制模型的变化。
因此必须研制一种具有强大运算处理能力、软硬件结构模块化的机器蟹控制系统。
从作业任务来看，两栖仿生机器蟹的主要设计目的是用于未来的两栖军事侦察，因此要求其具有自主性、智能化的特点，并应从实用性角度出发来设计嵌入式的控制构架。
控制系统的设计目标为：（1）对各个关节实施快速准确的位置控制；（2）协调步行足各关节之间的运动以及各步行足的运动，以实现预期的目标轨迹；（3）实时地采集、处理传感器的数据，以便在控制系统的信号综合中使用；（4）实现机器人步态规划、运动方程的求解以及控制指令的快速传输；（5）具有良好的控制结构和接口，便于高层控制软件的开发；（6）有一定的预留接口、良好的兼容性和扩展性，以便进行功能扩展和二次开发与研究；（7）具有模块化结构，以便调整步行足的数量，适用于不同步态形式的控制。
1多层多目标分布式控制概念及控制框架仿生机器蟹是一个复杂的控制对象，从体系上讲，其每条步行足都是一个多自由度的串联臂机器人。
要实现有效的控制，除要对每条步行足的三个驱动关节进行准确高效的控制外，多条步行足之间还要相互协调，共同完成某一确定工作。
仿生螃蟹所需的理论计算
仿生螃蟹所需的理论计算在这篇论文中，作者提出了一种可模仿、可控制和可感知的螃蟹。
该研究报告于2019年7月在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表。
螃蟹的设计可以在仿生螃蟹(Camera Bird)上实现。
在螃蟹体内有一个类似螃蟹脚的小型机械臂。
它能够在机械臂上旋转以获得动作。
机械手可以控制机械臂的移动方式，例如在原地旋转或向前旋转。
机械臂具有许多不同的运动模式（例如抓握和旋转）以及在机械臂上旋转时施加不同加速度的能力（例如在振动条件下施加更大的加速度）。
该研究中涉及一种由纳米尺度下可实现可感知的螃蟹结构组成的原型。
该研究结果发表在《机器人研究》上(Advanced Materials Letters)。
1.设计原理仿生螃蟹的基本概念是以一种独特的方式将纳米结构与生物材料结合在一起，其纳米结构可以像螃蟹脚一样由多种不同的方式灵活移动，并具有自驱动功能，因此可以产生独特且响应更加精确的驱动反应，并且具有高灵敏度、高响应能力、高精度等特点。
根据设计，仿生螃蟹由三部分组成，它们是仿生脚（通过一条腿向后伸展并与另一条腿形成折叠),两个关节相互配合以完成从伸直到弯曲（类似螃蟹）的转变。
它们被纳米结构限制并形成微型圆环(Camera Bird)。
两个关节可以一起旋转（一个旋转为180°，另一个旋转为180°）。
为了保证良好的机械性能，他们必须具有良好的刚度，以保证在转动过程中能够正确地承受压力以保持所需力量。
该结构由两个圆环固定在一起，并形成了一个圆环，该圆环与两个关节配合以产生运动。
为了控制所需动力，该设计通过其具有自驱动功能的机器人手控制其扭矩。
通过控制机械手的每个转动角速度及旋转角度（以0°为单位）来完成这些任务。
2.基本设计螃蟹有许多不同的表面，但总体而言，大多数表面都具有特定的形状。
为了模仿螃蟹的四足步行能力，螃蟹有四条腿，包括两条腿部，三条小腿和一条小腿。
螃蟹腿由八块光滑均匀的碳化硅基片组成，它们具有光滑表面的碳化硅纳米片(MoSiC)。
仿生机械的设计——机械蝎子
摘
要： 主要介 绍一种仿 生机械（ 机械蝎子 ） 的设计方案， 强调仿生技术在机械领域 中运用的重要性。 仿 生技术
文献标识码 ： Ａ 文章编号： １ ０ ０ ７ － ３ ９ ７ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ ２ ． ２ ４ ８ － ０ ２
书法 艺术 是一 门独特 的东方文化艺术，中国书法在创造 ［ ４ 】 叶朗． 中国美学史大纲［ Ｍ】 ． 上海： 上海人 民出版社， １ ９ ８ ５ ．
伊始 ， 就在实用之外， 同时走上艺术美的方 向， 使中国书法不 ［ ５ 】 李泽厚． 美学论集【 Ｍ】 ． 上海： 上海文艺 出版 社， １ ９ ８ ０ ． 像其他 民族的文字， 停 留在作为符号的阶段 ， 而成为表达 民族 【 ６ 】 崔唯． 色彩构成［ Ｍ】 ． 北京： 中国纺织 出版社， ２ ０ ０ ２ ． 美感 的工具 。将书法元素运用到现代设计之中 ，除了可以提 【 ７ 】 张岩． 对 中国画笔墨的再认识 ［ Ｊ ］ ＿ 齐鲁 艺苑 山东艺术学院
１ 机 械蝎子的总体设计 本作品 （ 机械蝎子 ） 一共 由夹持器—— 钳子、 机架——主
躯干和行走 机构—— 腿部三大部分组成 ，操作手柄通过各个 电机之间的不同配合 实现蝎子前进 、 后退 、 转弯。蝎子有两个 钳子 ， 左钳子有两个 自由度 ， 上面装有微型照明设备， 使之可
以在光线不足的地方使用 。右钳子有五个 自由度 ，可以夹取
升设计 的文化 内涵 ， 对体现我 国的现代设计的民族性 、 突破了
学报， ２ Ｏ Ｏ ２ （ ０ ２ ） ．
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啊协论坛 ・２ ０ １ ３年第 １ ２期（ 下 ）——
多足仿生机械蟹步态仿真及样机研制的开题报告
多足仿生机械蟹步态仿真及样机研制的开题报告
一、研究背景
多足仿生机械是一种利用生物足具有优异机械特性的机器人，其步态仿真技术已经成为研究热点。
在仿生机器人领域，仿生蟹是一种常见的研究对象，其足部结构精
密且运动灵活，具有极高的运动效率和适应性。
鉴于此，本研究选取仿生蟹作为研究
对象，旨在利用其足部结构优化机械运动机能，设计一种新型多足仿生机械蟹，并进
行步态仿真及样机研制，实现仿生机器人在工业及生活领域的应用及推广。
二、研究内容
1. 多足仿生机械蟹步态仿真
基于运动学与动力学等理论，建立多足仿生机械蟹模型，探索机械蟹运动过程中的步态构成及参数变化规律，寻求最优步态方案。
运用Matlab等仿真软件，对机械蟹进行步态仿真，验证仿真结果的正确性。
同时，通过对仿生蟹足部结构的分析与仿真，对机械蟹足部进行结构优化，提高机械蟹的运动效率和适应性。
2. 多足仿生机械蟹样机研制
基于步态仿真结果，制作多足仿生机械蟹的样机，结合STM32等控制技术，实
现机械蟹的远程遥控及自主控制。
同时，对机械蟹的电力系统、机械结构等进行优化
改进，进一步提高机械蟹的运动效率和可靠性。
三、研究意义
本研究的主要意义在于：
1.提高多足仿生机械蟹的运动效率和适应性，拓展机械蟹在工业及生活领域的应用范围。
2.通过对仿生蟹结构及运动方式的研究，深入了解生物机体的机械运动机能，为生物仿生技术的研究提供新思路。
3.推进物联网及新一代信息技术在机器人领域的应用，为智能制造及智慧生活发展提供新的技术支撑。
海底探测器蟹形说明
海底探测器蟹形说明
这款探测器非常接近于螃蟹的身体结构，螃蟹是一种具有在陆地和水下生存能力的动物。
设计蟹形探测器的研究生是来自XX大学生物仿生学和科技创造系的XX，他说，“动物的自然本性告诉我们如何将这种探测器设计得更加完美，我们的仿生机械工程的设计灵感来自螃蟹的身体结构。
螃蟹是我们所期望的此类探测器设计的最佳原型，其原因螃蟹是‘符合并通过研究测试’的两栖动物。
”
XX称，我们对螃蟹爬行姿态、步态和爪子爬行跨度进行了研究，然后将这些信息应用于探测器模型上。
该探测器的外形与螃蟹十分相似，和螃蟹一样两侧都有四个腿。
这项设计非常稳定，能够执行相应的指令，可避免多足之间的不协调冲突。
这款蟹形探测器基于螃蟹的身体结构特征，行走时与螃蟹非常相似。
XX期望这款探测器能够形成完全的两栖勘测能力，并在不同的环境下增强稳定性。
第二章 仿人机器人原理与设计-运动学与动力学分析
A A A
xp xp cos
B
yB {B}
yA
{A} xB
y p B xp sin z p B xp 0 0
s c 0 0 0 1
sinθ oA θ
p
c R( z , ) s 0
（各部分简化为质量均匀、现状规则的刚性连杆，关节间无摩擦）
The Army Armored Force Academy of PLA
仿人机器人简化的连杆模型、自由度和坐标系
1.2 仿人机器人结构
部位名称 关节自由度 角度范围 / ⁰
-120 ~ 120 0 ~ 95 -100 ~ 45 -25 ~ 45
c s s c Rot( z, ) 0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 1
0 0 0 1
c 0 Rot( y, ) s 0
0 s 0 1 0 0 0 c 0 0 0 1
绕轴轴不变， 自轴取余弦； 余轴用sin( ) 符号看象限。
2.3 Homogeneous Transformation of the Coordinate Frames 齐次坐标变换
齐次坐标就是将一个原本是 n 维的向量用一个 n+1 维向量来 表示。一个向量的齐次表示是不唯一的，比如齐次坐标[8,4,2]、 [4,2,1]表示的都是二维点[2,1]。
( x,y, ω)
1.2 仿人机器人结构
自由度 DOF（Degrees of Freedom）
Number of independent motions that are allowed to the body.
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。