蜘蛛机器人设计

1、蜘蛛机器人设计Design of the spider robot2013年5月摘要在自然界中，蜘蛛因其独特的爬行机理可以在垂直的墙壁甚至倒立在天花 板上进行行走。本文介绍了一个运用仿生学原理设计制作的八足蜘蛛仿生机器人 系统。它以自然界中的蜘蛛为模仿对象，采用仿蜘蛛爬行机理设计并实现一种八 足爬行机器人。具体来讲，就是在尽量满足蜘蛛的仿生学生理结构的基础上，吸 取其与接触面高强附着力的特点，基于这种机器人功能和结构的特点，用最简单 的结构和加工工艺及材料设计出了相应的机械结构，电路，及控制程序。本文中 从机械机构设计、运动机理、电路设计、控制等四个方面完整阐述了八足仿生机 器人的设计与实现过

2、程。在机构设计方面，详细描述了从概念到最终三维图的设 计全过程，其中包括：图纸设计，二维、三维图的绘画三个部分内容。在电路设 计方面，详细阐述了该机器人系统电路板的设计全过程，其中包括：电路原理， “Protel DXP”制图以及电路板的焊制三个部分内容。控制方面阐述了控制的构建 过程，其中包含有：总体流程图及单片机程序编制与仿真两部分内容。最终的蜘 蛛机器人可模仿现实当中蜘蛛的爬行方式在平地进行爬行运动，实现前进、后退、 转弯等动作，为进一步研究爬壁机器人提供了一个基础测试平台。关键词：机器人；仿生学；机构设计；控制系统。目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookma

3、rk27 o Current Document 1绪论5 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 1.1机器人发展史5 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 1.2仿生机器人的研究现状61.2.1跳跃机器人61.2.2足式机器人错误!未定义书签。1.2.3爬壁机器人错误!未定义书签。1.2.4管道机器人错误!未定义书签。1.3仿生机器人的发展趋势错误!未定义书签。1.4本课题提出的背景和要求错误!未定义书签。1.5蜘蛛机器人研发的目的和意义错误!未定义书签。1.6结束语错误!未定义书签。2机构设计错误!未

4、定义书签。2.1仿生蜘蛛整体结构确定错误!未定义书签。2.2蜘蛛机器人电机的选择错误!未定义书签。2.3蜘蛛机器人具体结构的设计错误!未定义书签。2.3绘图总结错误!未定义书签。3运动机理分析错误!未定义书签。3.1蜘蛛机器人行走步态选择错误!未定义书签。相关参数描述错误!未定义书签。八足步态形式分析错误!未定义书签。结论错误!未定义书签。3.2蜘蛛机器人运动机理分析错误!未定义书签。4硬件电路设计错误!未定义书签。4.1电路原理错误!未定义书签。4.1.1主控芯片的选择错误!未定义书签。4.1.2主控芯片ATmega16单片机简介：错误!未定义书签。4.1.3各个模块电路原理错误!未定义书签

5、。4.2 Protel制图错误!未定义书签。4.3电路面板的制作错误!未定义书签。4.4电路设计经验总结错误!未定义书签。5程序控制及仿真错误!未定义书签。5.1控制设计总体流程错误!未定义书签。5.2单片机控制程序的编写错误!未定义书签。ICCAVR简介错误!未定义书签。控制程序的编写错误!未定义书签。5.3 控制程序的仿真和实现错误!未定义书签。6结束语错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。 TOC o 1-5 h z 附录一蜘蛛机器人结构三维图 51附录二总体电路图52附录三PCB板53附录四PCB三维图541绪论1.1机器人发展史机器人一词的出现和世界上第一

6、台工业机器人的问世都是近几十年的事。然 而人们对机器人的幻想与追求却已有3 000多年的历史。人类希望制造一种像人 一样的机器，以便代替人类完成各种工作。西周时期，中国的能工巧匠偃师就研 制出了能歌善舞的伶人，这是中国最早记载的机器人，体现了中国劳动人民的聪 明智慧。1738年，法国天才技师杰克-戴瓦克逊发明了一只机器鸭，它会嘎 嘎叫，会游泳和喝水，还会进食和排泄。瓦克逊的本意是想把生物的功能加以机 械化而进行医学上的分析。1893年摩尔制造了 “蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驱动 双腿沿圆周走动。进人2O世纪后，机器人的研究与开发得到了更多人的关心与 支持，一些适用化的机器人相继问世，1927年

7、美国西屋公司工程师温兹利制造了 第一个机器人“电报箱”，并在纽约举行的世界博览会上展出。1959年第一台工 业机器人（可编程、圆坐标）在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。随着计算 机技术和人工智能技术的飞速发展，使机器人在功能和技术层次上有了很大的提 高，移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的 发展，推动了机器人概念的延伸。20世纪，将具有感觉、思考、决策和动作能力 的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导 了机器人技术的研究和应用，而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间， 地面机器人、微小型机器人、水下机器人、空中机器人等各种用

8、途的机器人相继 问世，许多梦想成为了现实。仿生科学以仿生学为核心的相关学科进行研究，其中运动仿生、感知仿生、 控制仿生、能量仿生、材料仿生等诸多基础仿生技术的深入研究为仿生机器人的 发展提供了一定的理论基础和技术支持.仿生机器人是指模仿生物、从事生物特 点工作的机器人。仿生机器人是机器人技术领域中一个新兴的发展分支，是当前 机器人领域的研究热点。过去、现在甚至未来，对仿生机器人的研究，都是多方 面的。近些年，国内外有诸多学者开始对仿生机器人进行深入细致的研究。仿生 机器人的种类有很多种，有天上飞的，地上走的，甚至还有水里游的。而地上走 的，根据仿生机器人行走方式的不同，可以将机器人分为跳跃机器人、轮式机器 人、足式机器人以及爬行机器人等。在下面一节中我将具体描述各类型机器人的 发展现状及成果。1.2仿生机器人的研究现状1.2.1跳跃机