四足仿生爬行机器人研制

摘要

机器人技术日新月异，各种新型仿人机器人，仿生机器人不断的被研制出来，其中足式机器人不同于传统轮式和履带式机器人的运动特点，因其独特的运动特性依然是机器人研究领域的热点。各国科学家都在不断通过研究动物的行走特性来研制各种仿生足式步行机器人，其中四足机器人因结构和控制相对简单而成为一个理想的研究对象，并且在军事、太空、灾害救助、工业应用以及家庭娱乐等领域具有良好的应用前景。本课题是要研制一种能够在足部搭载钻头的情况下，在具有较大倾斜角度的坡面上进行攀爬的四足爬行机器人，并对其运动学及步态规划进行研究。研究内容包括：
　　（1）基于四足爬行动物的运动机理，设计一种新型的四足仿生结构。该机器人腿部机构在爬行过程中能够始终保证足部与地面的垂直性，以防止出现钻头工作时发生打滑的现象。
　　（2）对该结构构型方式和自由度进行了分析，基于ADAMS运动学仿真软件进行运动学仿真分析，根据不同的位姿求解出机器人各个关节的运动角度，对四足爬行机器人可以有效爬行的可行性进行了验证。
　　（3）以舵机作为关节作动器，基于Pro/Engineer进行零件设计与虚拟装配，设计了尺寸比例合适的机器人样机，并将虚拟样机模型导入ADAMS运动学仿真环境，添加材料、驱动、接触等相关参数进行运动学仿真验证。
　　（4）对四足爬行机器人进行步态分析，并规划出有效的爬行步态，将控制算法写入AVR控制器再通过串口通信将运动控制信号实时传递给舵机驱动器对机器人进行运动控制。实现了四足爬行机器人的离线爬行。
　　本论文的创新点有：采用仿生学的原理设计了一种新型的爬行机器人，该机器人的足部在爬行过程中始终能够垂直于地面，并设计了一种平面五杆并联机构作为机器人的基础结构，简化了机器人的运动控制。

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图表清单

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 研究意义及应用前景

1.4 本课题的研究的主要内容

第二章 四足机器人机械结构设计

2.1 引言

2.2 机器人结构设计

2.3 关节作动器

2.4 机器人样机设计

2.5 本章小结

第三章 机器人运动学分析

3.1 引言

3.2 运动学模型的建立

3.3 位姿分析

3.4 五杆并联机构工作空间分析

3.5本章小结

第四章 机器人步态规划与仿真验证

4.1 引言

4.2 步态分析与规划

4.3 ADAMS仿真

4.4 本章小结

第五章 机器人控制系统

5.1 引言

5.2 机器人控制系统组成

5.3 程序架构

5.4 RobotControl控制软件开发

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录 四足机器人调试程序界面