機(jī)械手-兩足行走機(jī)器人——臂部結(jié)構(gòu)部分設(shè)計
機(jī)械手-兩足行走機(jī)器人——臂部結(jié)構(gòu)部分設(shè)計,機(jī)械手,行走,機(jī)器人,臂部,結(jié)構(gòu),部分,部份,設(shè)計
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學(xué) 生 姓 名:
徐超(大)
學(xué) 號:
05010243
專 業(yè):
機(jī)械工程及自動化
設(shè)計(論文)題目:
兩足行走機(jī)器人
臂部結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計
指 導(dǎo) 教 師:
路建萍 劉 艷
2009 年 3 月 22 日
開題報告填寫要求
1。開題報告(含“文獻(xiàn)綜述”)作為畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下,由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(論文)工作前期內(nèi)完成,經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效;
2。開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式(可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載)打印,禁止打印在其它紙上后剪貼,完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見;
3。“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文,并直接書寫(或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi),學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇科技論文的信息量,一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量(不包括辭典、手冊);
4。有關(guān)年月日等日期的填寫,應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求,一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文)開 題 報 告
1.結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(論文)課題情況,根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料,每人撰寫
2000字左右的文獻(xiàn)綜述:
文 獻(xiàn) 綜 述
摘要 本文詳細(xì)介紹了研究兩足步行機(jī)器人的組成,機(jī)器人的原因,兩足步行機(jī)器人的應(yīng)用前景。國內(nèi)外兩足步行機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞 兩足機(jī)器人組成 研究原因 前景 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1 機(jī)器人的硬體組成
在種類繁多的機(jī)械人當(dāng)中,最讓人感興趣的就是仿人類機(jī)械人了。因為人類是最高級的動物,能讓機(jī)械人各項機(jī)能達(dá)到人類的高度是每一個從事此工作的科學(xué)家不斷追求的夢想。
人體外形各項器官基本可劃分為動作器官、感覺器官、思維器官三部分,機(jī)械人套件里的電子模組也是按這三部分來劃分的。動作器官包括:可以讓我們機(jī)械人唱歌的發(fā)音模組、可以裝飾和指示的發(fā)光模組、速度可以調(diào)節(jié)的馬達(dá)模組等。感覺器官包括:可以分辨黑白甚至是不同顏色的灰度測量模組、可以檢測碰撞的觸碰檢測模組等。
思維器官包括:RCU,也就是中央控制器,整個機(jī)器人的核心模組。當(dāng)然還有一些輔助功能的拼裝配件等等[1]。
2 研究兩足步行機(jī)器人的原因
世界著名機(jī)器人學(xué)專家,日本早稻田大學(xué)的加藤一郎教授說過:“機(jī)器人應(yīng)當(dāng)具有的最大特征之一是步行功能”。步行功能的具備為擴(kuò)大機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域開辟了無限廣闊的前景研究兩足步行機(jī)器人的原因,概括起來有如下4個:(1)我們希望研制出兩足步行機(jī)構(gòu),使它們能在許多結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性環(huán)境中行走,以代替人進(jìn)行作業(yè)或延伸和擴(kuò)大人類的活動領(lǐng)域。(2)我們希望更多地了解和掌握人類的步行特性,并利用這些特性為人類服務(wù)。(3)兩足步行系統(tǒng)具有非常豐富的動力學(xué)特性,在這一方面的研究可以拓寬力學(xué)及機(jī)器人學(xué)的研究方向。(4)兩足步行機(jī)器人可以作為一種智能機(jī)器人在人工智能中發(fā)揮重要的作用[2]。
3 兩足步行機(jī)器人應(yīng)用前景
實用的兩足步行機(jī)器人由兩條腿和一個平臺(腰部)組成。腿的作用是為平臺提供移動能力,而平臺的作用則是提供一個基礎(chǔ),以便安裝機(jī)械手、CCD攝象機(jī)、機(jī)載計算機(jī)控制系統(tǒng)和蓄電池。顯然,這種帶機(jī)械手的兩足步行機(jī)器人能非常靈活地從事較多的工作。但是,對于這種兩足步行機(jī)器人來說,平臺的穩(wěn)定性對于有效地控制機(jī)械手末端操作器的位置和姿態(tài)是至關(guān)重要的,而兩條腿的步態(tài)又對平臺的穩(wěn)定性起決定作用。因此,如何規(guī)劃好腿的步態(tài),協(xié)調(diào)地控制兩條腿的運(yùn)動以保持平臺及整個兩足步行機(jī)器人的穩(wěn)定就成為一個主要問題[3~6]。
目前,兩足步行機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域主要是康復(fù)醫(yī)學(xué)。從長遠(yuǎn)來看,兩足步行機(jī)器人在無人工廠、核電站、海底開發(fā)、宇宙探索、康復(fù)醫(yī)學(xué)以及教育、藝術(shù)和大眾服務(wù)行業(yè)等領(lǐng)域都有著潛在而廣闊的應(yīng)用前景。
4 兩足步行機(jī)器人研究的現(xiàn)狀
從8O年代中期到現(xiàn)在,雖然理論研究和樣機(jī)研制不象1985年以前那樣豐富,但也頗具特色。重要的是,國內(nèi)正是在這一時期全面開展了兩足步行機(jī)器人的研究。下面,首先看看美國的有關(guān)情況。
1985年,美國的Hodgins和Raibert等人研制了一個用來進(jìn)行奔跑運(yùn)動和表演體操動作的平面型兩足步行機(jī)器人,這個機(jī)器人有3個自由度。1986年,他們用這個機(jī)器人進(jìn)行奔跑實驗,著重研究奔跑過程中出現(xiàn)的彈射飛行狀態(tài)。在實驗中,這個機(jī)器人的最大速度高達(dá)4.3米/秒。1988年和1990年,他們又用這個機(jī)器人進(jìn)行翻筋斗動作實驗。Hodgins和Raibert研究這兩種運(yùn)動是因為它們含有豐富的動力學(xué)內(nèi)容,尤其是兩者都具有彈射飛行狀態(tài)。
在美國研究兩足步行機(jī)器人的科學(xué)家中,鄭元芳(Y·F·Zheng)博士是一個非常杰出的人物。他在80年代初由中國去了美國,并于1984年在俄亥俄州立大學(xué)獲博士學(xué)位,然后一直在克萊姆森大學(xué)工作,最近又回到俄亥俄州立大學(xué)任職。在克萊姆森大學(xué)期間,他主持研制了兩臺步行機(jī)器人,分別命名為SD一1和SD一2。SD—l具有4個自由度,SD一2則有8個自由度。其中,SD一2是美國第一臺真正擬人的兩足步行機(jī)器人。1986年,SD一2機(jī)器人成功地實現(xiàn)了平地上前進(jìn)、后退以及左、右側(cè)行。1987年,這個機(jī)器人又成功地實現(xiàn)了動態(tài)步行。鄭元芳博士也因他在機(jī)器人領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)而獲得美國1987年度“總統(tǒng)青年研究員”獎 。
1984年,鄭元芳博士對兩足步行機(jī)器人與環(huán)境接觸時的碰撞效應(yīng)進(jìn)行了研究。1987年,他提出了一種用于兩足步行機(jī)器人運(yùn)動控制的監(jiān)控系統(tǒng)。1989年,他研究了兩足步行機(jī)器人的擾動抑制問題。1990年他首次提出了使兩足步行機(jī)器人能走斜坡的控制方案,并利用SD一2機(jī)器人進(jìn)行了成功的實驗 。此外,鄭元芳博士還從神經(jīng)生理學(xué)的角度對人類肌肉的多級傳感與多級驅(qū)動原理進(jìn)行了研究,并提出了采用這種原理設(shè)計兩足步行機(jī)器人的方法[7]。
下面我們再看看國內(nèi)在兩足步行機(jī)器人方面的研究情況。
我國從80年代中期才開始研究兩足步行機(jī)器人,當(dāng)時主要的研究單位是哈爾濱工業(yè)大學(xué)和國防科技大學(xué)。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制成功的第一臺兩足步行機(jī)器人重7Okg,高l10cm,有10個自由度,采用直流電機(jī)經(jīng)諧波減速驅(qū)動,控制系統(tǒng)由一臺IBM—PC/XT計算機(jī)和l0個MCS一51單片機(jī)系統(tǒng)組成。1989年l0月,這個機(jī)器人實現(xiàn)了平地上的前進(jìn),左、右側(cè)行以及上、下樓梯的運(yùn)動,步幅可達(dá)45cm,步速為l0秒/步,為靜態(tài)步行[8~12]。
最近哈爾濱工業(yè)大學(xué)又研制了一臺l2自由度的兩足步行機(jī)器人,井正在進(jìn)行動態(tài)步行的實驗。
我們南京航空學(xué)院從1989年秋天起也開展了一個兩足步行機(jī)器人的研究計劃,現(xiàn)在已研制出一臺8自由度空間運(yùn)動型的兩足步行機(jī)器人,命名為NAIWR—1。目前,這一計劃正在實施中。總觀起來,兩足步行機(jī)器人研究的現(xiàn)狀是:國外,主要是日本和美國,對兩足步行機(jī)器人的研究已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平,研制出了能靜態(tài)或動態(tài)行走的多種樣機(jī)。國內(nèi)由于起步較晚,前一段剛完成靜態(tài)穩(wěn)定步行的研究,目前,正處于準(zhǔn)動態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定步行的研究階段。雖然國內(nèi)的研究水平還不象國外那樣高,但在短短的五六年時間能達(dá)到今天的水平,已經(jīng)是相當(dāng)驚人的了!
5 兩足步行機(jī)器人研究的發(fā)展趨勢
概括起來,兩足步行機(jī)器人的發(fā)展趨勢包括如下l0個方面:(1)能動態(tài)穩(wěn)定地高速步行。(2)能以自由步態(tài)全方位靈活行走。(3)具有良好的地形適應(yīng)性。(4)具有極強(qiáng)的越障和回避能力。(5)具有很高的載重/自重比。(6)可靠性高、工作壽命長。(7)具有豐富的內(nèi)感知和外感知系統(tǒng)。(8)控制系統(tǒng)和能源裝置機(jī)載化。(9)具有完全的自律能力。(10)具有靈活的操作能力(安裝一個或多個機(jī)械手) [13,14]。
6 結(jié)束語
本文較詳細(xì)地介紹了國內(nèi)外兩足步行機(jī)器人研究的主要情況。我們相信,隨著整個機(jī)器人技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,在不久的將來,兩足步行機(jī)器人一定能夠真正進(jìn)入實用化階段,在各行各業(yè)中發(fā)揮重要作用。
參考文獻(xiàn)
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畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文)開 題 報 告
2.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段(途徑):
本課題是設(shè)計兩足行走機(jī)器人—臂部結(jié)構(gòu),能夠?qū)崿F(xiàn)擺大臂、擺小臂的功能。
主要設(shè)計難點是重心前后移動與身體左右平衡難以協(xié)調(diào)的問題,尤其是正步行走、身體不傾斜的前提下更難以實現(xiàn)。
我們設(shè)計小組選擇簡單的控制系統(tǒng)實現(xiàn)模仿人類行走的機(jī)器人,以此提高我們的機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新能力。
我們采用以下創(chuàng)新點:
(1) 先是用3D軟件PRO/E設(shè)計出機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)和各個零件的結(jié)構(gòu),直觀的展現(xiàn)了我們所設(shè)計的雙足行走機(jī)器人。
(2) 采用了17臺舵機(jī),腿部共有8臺舵機(jī)每條腿個有4個舵機(jī),臂部共有4臺舵機(jī),每條手臂個2個,軀干4臺舵機(jī)還有頭1臺,合理控制,以此解決了簡單控制條件下機(jī)器人難以實現(xiàn)正步行走的難點問題。
(3)大小臂均可沿錐面做往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動,可組合出多種姿態(tài)。
(4)充分體現(xiàn)了以機(jī)為主、機(jī)電結(jié)合的特色。
畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文)開 題 報 告
指導(dǎo)教師意見:
1.對“文獻(xiàn)綜述”的評語:
該生的文獻(xiàn)綜述結(jié)合所要研究地課題比較緊密,從文中可以看出該生對所要做地工作進(jìn)行了較深入地學(xué)習(xí)。
2.對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計(論文)結(jié)果的預(yù)測:
本課題要做什么步驟敘述很清楚,設(shè)計思路正確,工作量合理,預(yù)計該生能順利并很好地完成該課題。
指導(dǎo)教師:
年 月 日
所在專業(yè)審查意見:
負(fù)責(zé)人:
年 月 日
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機(jī)械手
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機(jī)器人
臂部
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設(shè)計
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機(jī)械手-兩足行走機(jī)器人——臂部結(jié)構(gòu)部分設(shè)計,機(jī)械手,行走,機(jī)器人,臂部,結(jié)構(gòu),部分,部份,設(shè)計
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