四足机器人设计方案书.doc-资料库

zhaoyongcai123-2949853-4744300845392110187.doc.pdf-第1页.png

第1页 / 共19页

zhaoyongcai123-2949853-4744300845392110187.doc.pdf-第2页.png

第2页 / 共19页

zhaoyongcai123-2949853-4744300845392110187.doc.pdf-第3页.png

第3页 / 共19页

zhaoyongcai123-2949853-4744300845392110187.doc.pdf-第4页.png

第4页 / 共19页

zhaoyongcai123-2949853-4744300845392110187.doc.pdf-第5页.png

第5页 / 共19页

zhaoyongcai123-2949853-4744300845392110187.doc.pdf-第6页.png

第6页 / 共19页

zhaoyongcai123-2949853-4744300845392110187.doc.pdf-第7页.png

第7页 / 共19页

zhaoyongcai123-2949853-4744300845392110187.doc.pdf-第8页.png

第8页 / 共19页

目录一、设计目的.................................................................................................................................... 2 二、实现功能.................................................................................................................................... 2 三、设计方案选择............................................................................................................................ 3 四、各部分设计：............................................................................................................................ 4 1、运动学分析： ......................................................................................................................4 2、四肢驱动 .............................................................................................................................. 6 前进与后退运动的实现： ................................................................................................8 关键分析............................................................................................................................ 9 行走模拟图 ........................................................................................................................ 9 转弯运动的实现： ..........................................................................................................10 3、机械手................................................................................................................................ 10 4、目标识别 ............................................................................................................................ 11 红外传感器工作原理......................................................................................................12 激光测距传感器 ............................................................................................................14 5、控制模块 ............................................................................................................................ 14 五、整体集成.................................................................................................................................. 16 尺寸说明： ...................................................................................................................... 17 六、仿真.......................................................................................................................................... 18 七：问题改善.................................................................................................................................. 18

四足机器人一、设计目的在自然界或人类社会中，存在人类无法到达的地方和可能危及人类生命的特殊场合，如工地、防灾救援等许多领域，对这些复杂环境不断的探索和研究往往需要有机器人的介入。腿式系统有很大的优越性，较好的机动性、崎岖路面上乘坐的舒适性及对地形的适应能力强。所以这类机器人在军事运输、海底探测、矿山开采、星球探测、残疾人的轮椅、教育及娱乐等众多行业，有非常广阔的应用前景，多足步行机器人技术一直是国内外机器人领域的研究热点之一。四足步行机器人是机器人的一个重要分支，由于四足机器人比两足步行机器人承载能力强、稳定性好，同时又比六足、八足步行机器人结构简单，因而更加受到各国研究人员的重视。在四足机器人中，足结构是最重要的机构，选择得当可使机器人机构简单、设计方便，大大简化控制方案。但由于机器人数学描述的复杂性，使得在机器人运动学、动力学分析方面显得较为困难，计算机虚拟仿真技术在该领域的应用为机器人的运动特性分析提供了依据。本文通过建立一种四足步行机器人模型，在规划该机器人的直线爬行步态后，通过仿真验证了步态规划的合理性，同时将该模型投入到具有一定形状的模拟路面，分析机器人的稳定性等动态特性，这为机器人分析提供一种良好的途径。二、实现功能科技来源于生活，生活可以为科技注入强大的生命力，基于此，我们在构思机器人的时候想到了动物，在仔细观察了猫.狗等之后我们找到了制作我们机器人的灵感，为什么我们不可以学习小动物的走路呢，于是我们有了我们机器人行走原理的灵感。为了使我们所设计的机器人在运动过程中体现出特种机器人的性能及其运动机构的全面性，我们在构思机器人的同时也为它设计了一些任务： 1. 自动寻找地上的目标物。 2. 用机械手拾起地上的目标物。 2

四足机器人 3．把目标物放入回收箱中。 4. 能爬斜坡。三、设计方案选择方案一：在该方案中机器人实现无缆工作方式、手动遥控控制，机器人的控制系统应该包括：遥控器、接收机、控制电路、驱动电路。遥控器用于远距离遥控控制，接收机安装在机器人上，用于接收遥控器的控制命令。控制电路将控制命令进行解析，输出控制信号给驱动电路，驱动电路将控制信号放大以驱动电机，带动机械手足运动。控制系统组成图如图 1 所示：图一：方案一控制系统组成图图中，外传感器为红外传感器用来感应放在地面上的货物，当它发现目标出现在它的感应范围时，它将自动走向目标，同时由于相关的感应器帮助，它将自动走进障碍物中取出物体，下位机中各电机分别带动机器人的四足以及机械手臂动作。方案二：与方案一相比较撤去了遥控装置以及上位机模块，采用单片机控制。但依然保留了红外传感器模块以及机械手足部分，完成货物装载以及行走功能。其整体框图如图二所示： 3

四足机器人图二：方案二系统整体框图通过对两个方案的比较讨论，鉴于所学相关知识有限，选择了结构和实现较为简单的方案二作为本次作业的最终方案。四、各部分设计：图三、系统工作原理图如图三所示，虚线为机器人的行走路线，其通过红外传感器用来感应放在地面上的货物，当它发现目标出现在它的感应范围时，它将自动走向目标，同时由于相关的感应器帮助，它将自动走进障碍物中取出物体，然后走过斜坡将货物放入回收箱内。 1、运动学分析：四足机器人的每个步行腿可以看作是一个串联的开式运动链，各关节连杆通过转动副串联连接在一起。为了得到四足机器人步行腿末端参考点在空间中的位置参数，本文运用 D—H 法(见表 1)对单腿建立 D．H 坐标系(见图四)，并做 4

出如下定义。四足机器人图四、运动学分析图表 1 四足机器人单腿的连杆及关节参数 cosα sinα θ1 θ2 θ3 连杆号关节变量/（°） α/（°） a L1 L2 L3 1 2 3 1)建立机体坐标系(Xb,Yb,Zb)，其原点为机体质心的初始位置，定义 Xb 轴的正向为机体前进方向，Zb 轴正向与重力方向相反，右手规则确定 Yb 轴方向。 2)在每一连杆上建立一个坐标系，并用齐次变换来描述这些坐标系问的相对 90 0 0 d 0 0 0 0 1 1 1 0 0 位置和姿态。 3)建立侧摆关节坐标系(X0，Y0，Z0)，其原点 O0。在机体坐标系中的位置为(a，b，c)。表 1 中 a 为关节转角值，a’、d 分别为四足机器人单腿的连杆长和相邻两连杆的相对位置。机体坐标系和{0}系的变换矩阵 A0 为： 5

四足机器人腿部相邻坐标系之间的齐次变换矩阵 Ai-1,i 为：式中：Cθ=cosθ，sθ=sinθ，cα=cosα；sα=sinα。从机体坐标系到足端固连坐标系的转换矩阵 Tb3 为： 2、四肢驱动 6

图五：机械足驱动图四足机器人图六：前视图与俯视图鉴于成本上的考虑，我们选择用一个电机来驱动它单腿的迈步，用另一个电机来驱动两条腿的抬伸。如图五，中间的电机通过驱动凸轮的转动，根据“杠杆原理”来控制两条腿的抬升（其中点 A 为支点），前两条腿共用一个电机，后两条腿共用一个电机。图五下面的图六是一个关键的连接点，通过这个连接点我们实现了连接机器人腿的杆 MN，可以在纸平面以及垂直纸平面的两个平面内运动，如图六，为其放大图，杆 MN 由 PQ，JK 连杆组成，杆 PQ，JK 可绕圆心 O′在垂直纸平面内转动，杆 PQ，JK 可绕圆心 O 在纸平面内转动。图七为机器人的其中一条腿运动的轨迹图，其中虚线为其可运动的范围。图七：（俯视）注：只画出关键啮合部位 7

四足机器人前进与后退运动的实现：四足机器人最重要的是要协调好它的行走，但是想要协调好它的四肢的迈步情况较其他的多足机器人难。在反复观察动物行走以及仔细考虑机器人自身的特点后，我们觉得让机器人按以下方式行走是比较恰当的:如图十，先让机器人两侧相错的腿同时抬起，然后迈步，再把腿放下。例如：先迈右前、左后腿，机器人的腿原先处在状态 1，进行一次迈腿过程后，两条腿处于状态 2 的位置，当迈左前、右后腿时，右前、左后腿就由电机驱动返回状态 1，因为右后、左前腿着地，左前、右后腿迈出离地，此时身体就会向前移动，达到了“行走”的目的。由于机器人的四肢迈步衔接的较为紧密，很大程度上避免了机器人走路时的不稳定。同理，后退时，腿的状态由状态 2 开始向状态 1 运动，然后依次循环。图八：是机器人行走时各条腿运动循环图 8

资料库

四足机器人设计方案书.doc

相关推荐

课程资源

热门标签

最新资料