仿生轮足结合机器人结题报告

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1、仿生轮足结合机器人研究摘要：当前世界各国对机器人的研发都特别重视，因为一款高级的机器人可极大的解放人类的劳动力，并对国民经济发展和国家综合国力的提高产生不可估量的影响。四足仿生机器人通过对哺乳动物行动方式的模仿，实现了克服复杂地形，稳定、高效的行走，但由于现有驱动方式的局限，其在较平路面还是存在一定速度缺陷。本小组设想将轮与足式结合，实现更加广泛的适应性。在这一设想指导下，我们在小腿内内置了轮，需要时，机器人便能放下轮前行。但是，这样的结构也有很多问题，比如小腿结构过于复杂，不宜进行动画仿真，机器人轮行时整体重心偏高

2、，不太稳定等。制作过程中，我们针对这些问题进行了讨论和优化，最终做出了大家都比较满意的作品。关键词：机器人；轮足结合；仿生一．项目研究的背景及意义1.机器人研究现状美国的MITLegLab实验室早在1986年研制完成了一款四足机器人。美国的四足机的典型代表是卡耐基美隆大学的Bostondynamics实验室研制的BigDog（图1）和LittleDog（图2）。BigDog是最像仿生对象的仿生机器人，外形和体特比例很像一头凶猛的猎犬，负载52KG的重量能够在粗糙的瓦砾地面或泥泞地面以不同步态自如行走，野外行走能力很强

3、。最大的特点是具有较强的机体平衡能力，在剧烈的侧面冲击作用下，能保持平衡而不倒。在卡耐基.梅隆大学2006.11.3的机器人学术报告会上，MartinBuehler(DirectorofRoboticsBostonDynamics)称，已列入计划将BigDog的四足机器人深入研究，使其性能达到能走、跑、平衡、爬行等动态移动、运载货物、识别粗糙地形能力、自主控制能力等方面达到一个新的水平。国内起步较晚，但发展较快。清华大学﹑上海交通大学、哈尔滨工业大学等对机器人的研究贡献较为突出。在对现有地面移动机器人结构形式及特点分

4、析的基础上，哈尔滨工业大学提出了一种轮足式四足机器人概念模型HIT-HYBTOR（图3），机器人由四个独立驱动的轮代替了四个足构成具有3个自由度的轮腿机构，其中髋关节具有2个自由度，膝关节具有1个自由度，可以根据环境需求在轮式机器人和足式移动之间切换。该模型结合轮式机器人和足式机器人的优点，根据不同的环境变换轮式运动和足式运动两种运动方式，期望达到良好的运动灵活性和较高的移动速度的统一。5图1-DigDog图2-LittleDog图3-HIT-HYBTOR1.发展趋势可以看出，四足仿生机器人确实有其他种类机器人无法比

5、拟的优势，它适应性强，稳定性高，是研究的热点之一。而仿生程度的高低，直接决定了机器人的性能。以现有的仿生技术，只能对其行走方式，步态规划等做初步的仿生。现下，对仿骨及仿肌肉组织的研究正在进行，一旦应用于实践，机器人将不再局限于传统的低效、缓慢的驱动方式，在效率，速度方面有较大的突破。但是现在要解决速度问题，无疑采用轮足结合更为现实，所以在将来一段时间内，轮足结合技术会发展的更加成熟。更远的将来，仿生技术达到一个新的高度后，轮足结合或许会淡出我们的视线，取而代之的是更加栩栩如生的仿生机器人。总的来说，更高程度的仿生必将

6、成为研究的热点，不论从控制、驱动方式还是材料上。而现阶段轮足结合机器人也有较大的发展需要。2.研究意义本小组通过改变机器人的行走方式及控制方式，克服运动缓慢以及难以控制的缺点，使其具有较高的灵活性，能够适应不同的环境。它可以充分发挥轮足结合的特点，以最快的速度到达指定地点，完成各种指定任务，从而在各种搜救抢险工作中发挥作用。虽然国内外已有较为成熟的设计方案，本次研究在增进对机器人了解，熟悉各类制图软件方面还是有极大的意义。而最终的结果也证实了这一点。二．研究内容与研究方法本次研究的主要内容有：1.轮腿结合的设计；2.

7、机器人的整体结构；3.机器人的步态规划。研究的主要流程为：提出设想——讨论确定——软件绘图——优化修改。从前期到后期，讨论和修改一直存在。各方面各个部件，最终确定下来时和最初有很大差别。三．课题研究的结果1.腿部结构5轮腿结合式机器人难点之一是其腿部结构，所以研究的重点之一便是如何实现轮与腿的结合。我们先后设想过三种轮腿结合方式。受所阅资料影响，轮最开始被设想成与足是同一装置（图4），后来又将轮置于中腿上（图5），最终才确定将轮置于下腿上（图6）。图4-前期图图5-中期图图6-最终图第一种方式结构最简单，看似控制也很

8、容易，但是在用轮行走时如何将轮固定住是个难题，而且这样的结构在实际应用中肯定会有容易磨损，不耐久的问题。因此，我们第一时间就排除了这一想法。第二种结构可行性稍强，小组当初在该结构基础上绘制完成了机器人整体模型，并在中期检查时提交。但后来经过仔细思考，这种结构只能在三维模型中存在。因为要让腿着地，小腿至少需要向后旋转90度，加上前进时小腿向前迈的