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1、- 教育精選 六足仿生機(jī)器人 人們對(duì)機(jī)器人的幻想與追求已有 3000多年的歷史， 人 類希望制造一種像人一樣的機(jī)器，以便代替人們完成各種工 作。 1959年，第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在美國(guó)誕生，近幾十年，各 種用途的機(jī)器人相繼問世，使人類的許多夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。隨 著機(jī)器人工作環(huán)境和工作任務(wù)的復(fù)雜化，要求機(jī)器人具備有 更高的運(yùn)動(dòng)靈活性和特殊位置環(huán)境的適應(yīng)性，機(jī)器人簡(jiǎn)單的 輪子和履帶的移動(dòng)機(jī)構(gòu)已不能適應(yīng)多變復(fù)雜的環(huán)境要求。在 仿生技術(shù)、控制技術(shù)和制造技術(shù)不斷發(fā)展的今天，各種各樣 的仿生機(jī)器人相繼被研制出來，仿生機(jī)器人已經(jīng)成為機(jī)器人 家族重要的成員。 仿生爬行機(jī)器人是一種基于仿生學(xué)原理研制開發(fā)的新

2、型足式機(jī)器人。與傳統(tǒng)的輪式或者履帶機(jī)器人相比，足式機(jī) 器人自由度多，可變性大、結(jié)構(gòu)發(fā)雜、控制繁瑣，但其在運(yùn) 動(dòng)特性方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：首先是足式機(jī)器人具有較好的 機(jī)動(dòng)性，對(duì)不平地面的適應(yīng)能力十分突出，由于其立足點(diǎn)是 離散的，與地面的接觸面積較小，因而可以在可能達(dá)到的地 面上選擇最優(yōu)支撐點(diǎn)，從而能夠相對(duì)容易的通過松軟地面以 及跨過比較大的障礙；其次是足式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可以實(shí) 現(xiàn)主動(dòng)隔振，允許機(jī)身運(yùn)動(dòng)軌跡與足軌跡解耦。盡管地面高 低不平，機(jī)身的運(yùn)動(dòng)仍可達(dá)到相對(duì)平穩(wěn)。 本課題主要研究的內(nèi)容是一種六足仿生機(jī)器人的機(jī)械 機(jī)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)和分析，圍繞六足仿生機(jī)器人的前沿技術(shù)， 主要仿生對(duì)象為螞蟻，主要實(shí)

3、現(xiàn)機(jī)器人前后左右移動(dòng)，具有 良好的仿生特性，研究具有抗沖擊性以及地形適應(yīng)能力的仿 生機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)，六足仿生機(jī)器人系統(tǒng)模型；研究六足機(jī)器人 適應(yīng)不同地形環(huán)境的能力。研制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真等核心單 元。研制高速、高負(fù)載力、對(duì)典型非結(jié)構(gòu)化地形具有高適應(yīng) 能力的六足仿生機(jī)器人，并開展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、地形適應(yīng)能力以 及對(duì)抗控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本次設(shè)計(jì)的預(yù)期要達(dá)到的效果是可以 實(shí)現(xiàn)靈活進(jìn)退和轉(zhuǎn)向，跨越障礙物，通過洼地和臺(tái)階并且保 持平衡防止傾翻，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)避障，合理規(guī)劃行走路線。 1、技術(shù)方案 一、機(jī)器人功能介紹： a） 可實(shí)現(xiàn)前進(jìn)后退轉(zhuǎn)彎等基本動(dòng)作，加裝傳感器后對(duì)小 障礙物越過、大障礙物繞開，具有遙控模式，可通過

4、無線裝 置無線控制。 b） 機(jī)器人機(jī)械機(jī)構(gòu)： 舵機(jī)在仿生機(jī)器人中的應(yīng)用：舵機(jī)有體積緊湊，便于安 裝，輸出力矩大，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)放上機(jī)器人，機(jī)器 人各個(gè)關(guān)節(jié)都有一定的自由度數(shù)，而每個(gè)舵機(jī)正是實(shí)現(xiàn)其中 一個(gè)個(gè)關(guān)節(jié)在一個(gè)自由度上的運(yùn)動(dòng)。 二、機(jī)器人控制系統(tǒng)開發(fā) 機(jī)器人有主體結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)后，要想讓他真正運(yùn)動(dòng)起 來以及實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能，必須要有控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是機(jī) 器人的中樞神經(jīng)，所以要想實(shí)現(xiàn)動(dòng)作都要通過控制系統(tǒng)來控 制機(jī)器人的各個(gè)伺服電機(jī)做出相應(yīng)的動(dòng)作，而傳感器測(cè)量到 的數(shù)據(jù)都要傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)進(jìn)行處理。可以說一個(gè)機(jī)器人的 好壞很大程度上取決于控制系統(tǒng)和控制算法設(shè)計(jì)的好壞。 三、開發(fā)工具

5、 開發(fā)工具采用 Arduino 是一種便捷靈活方便上手的開源 電子原型平臺(tái)，包括硬件和軟件。使用 Arduino 開發(fā)有很多 優(yōu)勢(shì)：開放源代碼的電路圖設(shè)計(jì)，程序開發(fā)接口免費(fèi)下載， 也可以根據(jù)自己需求修改。使用低價(jià)格的微處理器控制器， 可以采用 USB 接口供電，不需要外接電源，可以使用外部 9VDC輸入；Arduino支持ISP在線燒，可以將新的‘ bootloader 固件燒錄 AVR 芯片；有了 bootloader 之后，可以通過串口或 者USB to Rs232線更新固件；支持多種互動(dòng)程序。 四、控制系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 1、 系統(tǒng)控制對(duì)象為：伺服電機(jī)、電機(jī)控制器。他們的 控制關(guān)系為遞進(jìn)

6、關(guān)系。首先系統(tǒng)軟件控制串口發(fā)送控制字節(jié) 到伺服電機(jī)控制器， 伺服電機(jī)控制器發(fā)出 pwm 信號(hào)到伺服電 機(jī)，伺服電機(jī)根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)運(yùn)轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。 2、 為了實(shí)現(xiàn)六足機(jī)器人的避障功能，必須要有傳感器 來感知障礙物的距離。如超聲波傳感器，紅外傳感器。傳感 器通過模擬接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到控制板中，控制芯片對(duì)信號(hào)進(jìn) 行處理從而做出相應(yīng)的反應(yīng)， 并將動(dòng)作信號(hào)通過 pwm 接口傳 輸?shù)诫姍C(jī)控制板中。通訊功能要采用專門的通訊模塊來實(shí)現(xiàn) WiFi ，GSM 等。 參考文獻(xiàn) [1] 張濤 顏國(guó)正 劉華 新型微型六足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)原 理及控制程序[J]計(jì)算工程，2006, 32 (23) 241— 243, 24

7、6. [2] 王倩 陳甫 臧希 ?? 等新型六足機(jī)器人機(jī)構(gòu)與控制系 統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2008, 205 ( 3) 148—150. [3] 楊若霽 陳鋒 六足步行機(jī)器人腿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 與仿真[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)， 2012 ( 3) 89-93. [4] 姜樹海 孫培 等 仿生甲蟲六足機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與 步態(tài)分析[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012 36 (6)115-120. [5] 郭少晶 韓寶玲 羅慶生 六足仿生步行機(jī)器人系統(tǒng) 節(jié)能技術(shù)的研究[J]機(jī)械與電子，2007第四期90-93. 第一作者：姓名：汪航超,性別：男,出生日期： 1 995 . 2 . 1 0, 院系：鄭州大學(xué) 電氣工程。 第二作者：姓名：李凱樂,性別：男,出生日期：19910608, 院系：鄭州大學(xué) 信息工程學(xué)院。 第三作者：姓名：李益涵,性別：男,出生日期： 1996 年 1 月 10日,院系：鄭州大學(xué) 化工與能源學(xué)院。 可編輯