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摘 要

四足机器人作为仿生机器人的一种，得到了广泛的研究。行走机构和转弯机构是四足机器人最关键的部分，目前，行走机构的研究大多采用在腿机构的关节处安装伺服电机进行驱动，增加了机器人的重量和控制策略的难度。并且，机器人本体大多是一个刚性整体，转弯机构研究不足。为此，项目将四足机器人本体作为一个柔性整体，采用三维建模软件Pro/E4.0设计了四足机器人的机械系统，提出了一种新颖的凸轮控制驱动式行走机构，设计了一种腿机构以及相应的凸轮控制驱动机构，并初步设计了柔性转弯机构。在此基础上，论文采用主从式控制方式设计了四足机器人的控制系统，重点讨论了以8051单片机为控制器的行走机构和转向机构的控制系统设计。

关键词：四足机器人；行走机构；凸轮驱动；控制系统；三维设计

Abstract

Quadruped robot as one of biomimetic robots, has been extensively studied. Travel agencies and institutions is a quadruped robot turning the key, At the present, servo motor is installed in the leg joints of the most travel agencies, increasing the weight of the robot and the difficulty of the control system strategy . And most of the robot is a rigid body as a whole, and the research of the turning institutions is not fully studied . For this purpose, the project will take four-legged robot whole body as a flexible rigid body, and three-dimensional modeling software Pro/E4.0 is used for designing quadruped robot mechanical systems, a new travel agency based on cam control drive is proposed , a kind of leg mechanism and control of the corresponding cam drive mechanism is designed, and a flexible turning institution is preliminary designed. Based on this work, the

control system of the robot was designed. Especially, control systems of the stepped mechanism and the wheel mechanism were analyzed detailed.

Key words: quadruped robot; stepped mechanism; cam drive; control system ;three dimensional design;

目 录

1.引言............................................................................................................ 1

1.1机器人及其相关技术的发展 ...................................... 1 1.2国内外四足行走机器人得研究概况................................. 2 1.3机器人学主要涉及的学科内容 .................................... 4 1.4 课题简介 ...................................................... 5

2.机器人系统总体设计 ............................................................................... 6

2.1机器人系统结构概述 ............................................ 6 2.2 四足机器人研发流程 ............................................ 7 2.3四足机器人系统结构设计 ........................................ 9

3.四足机器人机械系统的结构设计技术 ................................................. 10

3.1 机器人机械设计的内容及特点 ................................... 10 3.2 机械结构总体设计 ............................................. 11 3.3行走机构的研究 ............................................... 13 3.4 行走机构的设计计算 ........................................... 19 3.5 转弯机构的设计 ............................................... 24 3.6 腱机构 ...................................................... 28 3.7 机器人的外形设计 ............................................. 28 3.8 驱动系统的设计 ............................................... 29

4.控制系统的硬件设计 ............................................................................. 35

4.1传感器 ....................................................... 35 4.2 控制器 ....................................................... 36

4.3控制系统 ..................................................... 39

5.控制系统的软件设计 ............................................................................. 42

5.1 行走系统软件设计 ............................................. 42 5.2转弯控制系统软件设计 ......................................... 43

总结 ............................................................................................................. 47 参考文献 .................................................................................................... 49 致谢 ............................................................................................................. 51

凸轮控制驱动式的四足机器人系统设计

1. 引言

1.1机器人及其相关技术的发展

自从人类制造出了一电子计算机为代表的各种信息处理和计算的工具，进一步拓展和延伸了人类大脑的功能。机器人的诞生和相关技术的发展，成为二十世纪人类科学技术的重大成就之一。

1920年，捷克作家卡雷尔·佩克（Karel Capek）在其幻想情节剧《罗沙姆的万能机器人》中描述了一个名为R.U.R的工厂，将人类从繁重而乏味的工作中解放出来，制造出一种与人类相似，但能不知疲倦工作的机器奴仆，取名ROBOTA。Robot(机器人)一词由此演化而来。

1960年，美国Unimation公司根据Devol的专利技术研制出了第一台工业机器人样机，并定型生产Unimate工业机器人。1962年，美国的General Motors 公司在压铸件生产线上安装了第一台工业Unimate机器人,标志着第一代机器人的正式诞生。

在此后的五十多年里，机器人技术取得了突飞猛进的发展，表1—1是近代机器人发展的重大事件的时间表。 时间 事件