论文部分内容阅读
人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史，人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人们完成各种工作。1959年，第一台工业机器人在美国诞生，近几十年，各种用途的机器人相继问世，使人类的许多梦想变为现实。随着机器人工作环境和工作任务的复杂化，要求机器人具备有更高的运动灵活性和特殊位置环境的适应性，机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求。在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天，各种各样的仿生机器人相继被研制出来，仿生机器人已经成为机器人家族重要的成员。
仿生爬行机器人是一种基于仿生学原理研制开发的新型足式机器人。与传统的轮式或者履带机器人相比，足式机器人自由度多，可变性大、结构发杂、控制繁琐，但其在运动特性方面具有独特的优点：首先是足式机器人具有较好的机动性，对不平地面的適应能力十分突出，由于其立足点是离散的，与地面的接触面积较小，因而可以在可能达到的地面上选择最优支撑点，从而能够相对容易的通过松软地面以及跨过比较大的障碍；其次是足式机器人的运动系统可以实现主动隔振，允许机身运动轨迹与足轨迹解耦。尽管地面高低不平，机身的运动仍可达到相对平稳。
本课题主要研究的内容是一种六足仿生机器人的机械机构部分的设计和分析，围绕六足仿生机器人的前沿技术，主要仿生对象为蚂蚁，主要实现机器人前后左右移动，具有良好的仿生特性，研究具有抗冲击性以及地形适应能力的仿生机设计技术，六足仿生机器人系统模型；研究六足机器人适应不同地形环境的能力。研制系统设计与仿真等核心单元。研制高速、高负载力、对典型非结构化地形具有高适应能力的六足仿生机器人，并开展系统结构、地形适应能力以及对抗控制实验验证。本次设计的预期要达到的效果是可以实现灵活进退和转向，跨越障碍物，通过洼地和台阶并且保持平衡防止倾翻，能够实现实时避障，合理规划行走路线。
1、技术方案
一、机器人功能介绍：
a）可实现前进后退转弯等基本动作，加装传感器后对小障碍物越过、大障碍物绕开，具有遥控模式，可通过无线装置无线控制。
b）机器人机械机构：
舵机在仿生机器人中的应用：舵机有体积紧凑，便于安装，输出力矩大，稳定性好等优点。一个放上机器人，机器人各个关节都有一定的自由度数，而每个舵机正是实现其中一个个关节在一个自由度上的运动。
二、机器人控制系统开发
机器人有主体结构和机械结构后，要想让他真正运动起来以及实现预期的功能，必须要有控制系统。控制系统是机器人的中枢神经，所以要想实现动作都要通过控制系统来控制机器人的各个伺服电机做出相应的动作，而传感器测量到的数据都要传输到控制系统进行处理。可以说一个机器人的好坏很大程度上取决于控制系统和控制算法设计的好坏。
三、开发工具
开发工具采用Arduino是一种便捷灵活方便上手的开源电子原型平台，包括硬件和软件。使用Arduino开发有很多优势：开放源代码的电路图设计，程序开发接口免费下载，也可以根据自己需求修改。使用低价格的微处理器控制器，可以采用USB接口供电，不需要外接电源，可以使用外部9VDC输入；Arduino支持ISP在线烧，可以将新的‘bootloader’固件烧录AVR芯片；有了bootloader之后，可以通过串口或者USB to Rs232线更新固件；支持多种互动程序。
四、控制系统原理设计
1、系统控制对象为：伺服电机、电机控制器。他们的控制关系为递进关系。首先系统软件控制串口发送控制字节到伺服电机控制器，伺服电机控制器发出pwm信号到伺服电机，伺服电机根据驱动信号运转相应的角度。
2、为了实现六足机器人的避障功能，必须要有传感器来感知障碍物的距离。如超声波传感器，红外传感器。传感器通过模拟接口将数据发送到控制板中，控制芯片对信号进行处理从而做出相应的反应，并将动作信号通过pwm接口传输到电机控制板中。通讯功能要采用专门的通讯模块来实现WiFi，GSM等。
参考文献
[1] 张涛 颜国正 刘华 新型微型六足机器人的运动原理及控制程序[J]计算工程，2006，32（23）241—243，246.
[2] 王倩 陈甫 臧希喆 等新型六足机器人机构与控制系统设计[J].机械设计与制造，2008，205（3）148—150.
[3] 杨若霁 陈锋 六足步行机器人腿机构传动系统设计与仿真[J].组合机床与自动化加工技术，2012（3）89-93.
[4] 姜树海 孙培 等 仿生甲虫六足机器人结构设计与步态分析[J].南京林业大学学报，2012 36（6）115-120.
[5] 郭少晶 韩宝玲 罗庆生 六足仿生步行机器人系统节能技术的研究[J].机械与电子，2007第四期90-93.
第一作者：姓名：汪航超，性别：男，出生日期：1995.2.10，院系：郑州大学 电气工程。
第二作者：姓名：李凯乐，性别：男，出生日期：19910608，院系：郑州大学 信息工程学院。
第三作者：姓名：李益涵，性别：男，出生日期：1996年1月10日，院系：郑州大学 化工与能源学院。
仿生爬行机器人是一种基于仿生学原理研制开发的新型足式机器人。与传统的轮式或者履带机器人相比，足式机器人自由度多，可变性大、结构发杂、控制繁琐，但其在运动特性方面具有独特的优点：首先是足式机器人具有较好的机动性，对不平地面的適应能力十分突出，由于其立足点是离散的，与地面的接触面积较小，因而可以在可能达到的地面上选择最优支撑点，从而能够相对容易的通过松软地面以及跨过比较大的障碍；其次是足式机器人的运动系统可以实现主动隔振，允许机身运动轨迹与足轨迹解耦。尽管地面高低不平，机身的运动仍可达到相对平稳。
本课题主要研究的内容是一种六足仿生机器人的机械机构部分的设计和分析，围绕六足仿生机器人的前沿技术，主要仿生对象为蚂蚁，主要实现机器人前后左右移动，具有良好的仿生特性，研究具有抗冲击性以及地形适应能力的仿生机设计技术，六足仿生机器人系统模型；研究六足机器人适应不同地形环境的能力。研制系统设计与仿真等核心单元。研制高速、高负载力、对典型非结构化地形具有高适应能力的六足仿生机器人，并开展系统结构、地形适应能力以及对抗控制实验验证。本次设计的预期要达到的效果是可以实现灵活进退和转向，跨越障碍物，通过洼地和台阶并且保持平衡防止倾翻，能够实现实时避障，合理规划行走路线。
1、技术方案
一、机器人功能介绍：
a）可实现前进后退转弯等基本动作，加装传感器后对小障碍物越过、大障碍物绕开，具有遥控模式，可通过无线装置无线控制。
b）机器人机械机构：
舵机在仿生机器人中的应用：舵机有体积紧凑，便于安装，输出力矩大，稳定性好等优点。一个放上机器人，机器人各个关节都有一定的自由度数，而每个舵机正是实现其中一个个关节在一个自由度上的运动。
二、机器人控制系统开发
机器人有主体结构和机械结构后，要想让他真正运动起来以及实现预期的功能，必须要有控制系统。控制系统是机器人的中枢神经，所以要想实现动作都要通过控制系统来控制机器人的各个伺服电机做出相应的动作，而传感器测量到的数据都要传输到控制系统进行处理。可以说一个机器人的好坏很大程度上取决于控制系统和控制算法设计的好坏。
三、开发工具
开发工具采用Arduino是一种便捷灵活方便上手的开源电子原型平台，包括硬件和软件。使用Arduino开发有很多优势：开放源代码的电路图设计，程序开发接口免费下载，也可以根据自己需求修改。使用低价格的微处理器控制器，可以采用USB接口供电，不需要外接电源，可以使用外部9VDC输入；Arduino支持ISP在线烧，可以将新的‘bootloader’固件烧录AVR芯片；有了bootloader之后，可以通过串口或者USB to Rs232线更新固件；支持多种互动程序。
四、控制系统原理设计
1、系统控制对象为：伺服电机、电机控制器。他们的控制关系为递进关系。首先系统软件控制串口发送控制字节到伺服电机控制器，伺服电机控制器发出pwm信号到伺服电机，伺服电机根据驱动信号运转相应的角度。
2、为了实现六足机器人的避障功能，必须要有传感器来感知障碍物的距离。如超声波传感器，红外传感器。传感器通过模拟接口将数据发送到控制板中，控制芯片对信号进行处理从而做出相应的反应，并将动作信号通过pwm接口传输到电机控制板中。通讯功能要采用专门的通讯模块来实现WiFi，GSM等。
参考文献
[1] 张涛 颜国正 刘华 新型微型六足机器人的运动原理及控制程序[J]计算工程，2006，32（23）241—243，246.
[2] 王倩 陈甫 臧希喆 等新型六足机器人机构与控制系统设计[J].机械设计与制造，2008，205（3）148—150.
[3] 杨若霁 陈锋 六足步行机器人腿机构传动系统设计与仿真[J].组合机床与自动化加工技术，2012（3）89-93.
[4] 姜树海 孙培 等 仿生甲虫六足机器人结构设计与步态分析[J].南京林业大学学报，2012 36（6）115-120.
[5] 郭少晶 韩宝玲 罗庆生 六足仿生步行机器人系统节能技术的研究[J].机械与电子，2007第四期90-93.
第一作者：姓名：汪航超，性别：男，出生日期：1995.2.10，院系：郑州大学 电气工程。
第二作者：姓名：李凯乐，性别：男，出生日期：19910608，院系：郑州大学 信息工程学院。
第三作者：姓名：李益涵，性别：男，出生日期：1996年1月10日，院系：郑州大学 化工与能源学院。