能四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

開(kāi)題報(bào)告課題題目及來(lái)源：課題題目：智能四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課題來(lái)源：智能機(jī)器狗，本課題是機(jī)器人寵物項(xiàng)目之一。該項(xiàng)目從表演和娛樂(lè)性方面著手，顯示其存在的價(jià)值和實(shí)力，同時(shí)又是從高技術(shù)方面展現(xiàn)其當(dāng)今科技的發(fā)展方面和前景。課題研究的意義和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀:本課題是機(jī)器人寵物項(xiàng)目之一。該項(xiàng)目從表演性和娛樂(lè)性方面著手，顯示其存在的價(jià)值和實(shí)力，同時(shí)又是從高技術(shù)方面展現(xiàn)其當(dāng)今科技的發(fā)展方面和前景。智能機(jī)器狗屬于機(jī)器人的范疇，要談?wù)摍C(jī)器狗，有必要先了解機(jī)器人的概況。自從七十年代工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與工業(yè)生產(chǎn)以來(lái)，機(jī)器人對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，勞動(dòng)生產(chǎn)率、勞動(dòng)市場(chǎng)、環(huán)境工程都產(chǎn)生了深淵的影響。幾十年來(lái)，機(jī)器人技術(shù)以驚人的速度發(fā)展起來(lái)。第一代示教機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)；第二代具有感知的機(jī)器人的研究已取得了很大的突破；第三代類人智能機(jī)器人的研究已成為許多國(guó)家的高科技前言項(xiàng)目之一。在核工業(yè)場(chǎng)所，深海石油平臺(tái)的維護(hù)、戰(zhàn)場(chǎng)上排雷、彈藥運(yùn)輸、火場(chǎng)救火等方面，機(jī)器人相對(duì)與人類來(lái)說(shuō)都有很大的優(yōu)越性。機(jī)器人在其他工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也正有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本題所研究的機(jī)器人并不同于一般的工業(yè)機(jī)器人。因?yàn)樗辉俟潭ㄔ谝粋€(gè)位置上。這種機(jī)器人具有靈活的行走系統(tǒng)，以便隨時(shí)走道需要的地方，完成人或智能系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置指定的工作。機(jī)器人行走系統(tǒng)的靈活性和對(duì)地面的適應(yīng)能力將直接形象機(jī)器人的工作范圍和工作能力，自然界的事實(shí)，仿生學(xué)以及力學(xué)分析表明，智能機(jī)器狗比類人型步行機(jī)器人容易實(shí)現(xiàn)得多，它主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1、 智能機(jī)器狗能適應(yīng)各種地面和具有較高的逾越障礙的能力，并且能夠作各種動(dòng)作，如坐下、扭動(dòng)身軀、點(diǎn)頭、擺尾巴，而這些動(dòng)作機(jī)器人卻不能作到。2、 機(jī)能機(jī)器狗的能耗很小。因?yàn)樵摍C(jī)器狗可具有獨(dú)立的能源裝置，同時(shí)要求隨時(shí)補(bǔ)給能源，因此在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)充分考慮其能耗問(wèn)題。3、 雙足行走是生物界難度最高的步行動(dòng)作。并且其技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，而智能機(jī)器狗是四足行走，技術(shù)難度相對(duì)較底，因此機(jī)器狗的娛樂(lè)前景被普遍看好。仿狗機(jī)器狗對(duì)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)裝置提出了許多特殊要求，這將導(dǎo)致傳統(tǒng)機(jī)械的重大變革。仿狗機(jī)器狗是工程上少有的高價(jià)、非線形，非完整約素的多自由度系統(tǒng)，這對(duì)其動(dòng)力學(xué)的研究可能導(dǎo)致力學(xué)領(lǐng)域中新觀念、新方法的生產(chǎn)。另外。其研究還可以推動(dòng)仿生學(xué)的發(fā)展。因此，智能機(jī)器狗的研究具有十分重大的價(jià)值和意義。自然界中的萬(wàn)物都是經(jīng)過(guò)一個(gè)漫長(zhǎng)的優(yōu)化過(guò)程，其中狗也不例外?？梢钥隙?，智能機(jī)器人一定會(huì)有一個(gè)持續(xù)“優(yōu)化”和研制的前景。智能機(jī)器人的研制開(kāi)始與本世紀(jì)六十年代，只有二十多年的歷史。然爾，只能機(jī)器人的研究工作進(jìn)展許素。如今已成為機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的主要研究方向之一。1968年，美國(guó)的通用電器公司試制了一臺(tái)叫“RIG”的操作雙步行機(jī)器人機(jī)械，從而揭開(kāi)了雙足步行機(jī)器人研制的序幕1968年，早稻田大學(xué)加藤一郎教授在日本首先展開(kāi)了雙足機(jī)器人的研制工作。1969年研制出WAP-1平面自由度步行機(jī)。該機(jī)具有六個(gè)自由度，每條腿有。利用人造橡膠肌肉為關(guān)節(jié)，通過(guò)注氣，派器引起肌肉收縮牽引關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)從而邁步。由于氣體的可伸縮性，該機(jī)器人行走不穩(wěn)定。1971年加藤一朗又研制出WAP-3型雙足機(jī)器人，仍采用人造肌肉驅(qū)動(dòng)，能在平地，斜坡和階梯上行走，具有11個(gè)自由度。1973年，加騰等人在WL-9DR雙足機(jī)器人上采用預(yù)先設(shè)計(jì)步行方式的程序控制方法，用步行運(yùn)動(dòng)分析及重量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步態(tài)軌跡，用以控制機(jī)器人的步行運(yùn)動(dòng)。該機(jī)器人采用以單腳支撐期為靜態(tài)。雙腳切換氣為動(dòng)態(tài)的準(zhǔn)動(dòng)態(tài)步方案。實(shí)現(xiàn)了步幅45CM，每步9S的準(zhǔn)動(dòng)態(tài)步行。1986年，加騰實(shí)驗(yàn)室有研制成功了WL-12（R）步行機(jī)器人，該機(jī)器人通過(guò)軀體運(yùn)動(dòng)來(lái)補(bǔ)償下肢的任意運(yùn)動(dòng)，在軀體的平衡作用下，實(shí)現(xiàn)了步行周期1.3S，步幅30CM的平地動(dòng)態(tài)步行。近年來(lái)，日本許多研究單位正致力于雙足機(jī)器人的研制工作，其中本田公司最為突出。日本在目前的仿人雙足機(jī)器人仍未達(dá)到完全使用的階段。他們的研制目標(biāo)是達(dá)到與人無(wú)異的動(dòng)態(tài)步行。相信人的智慧會(huì)使這個(gè)“進(jìn)化”實(shí)現(xiàn)。國(guó)內(nèi)，仿人雙足步行機(jī)器人的研制工作起步較晚，1985年以來(lái)，相繼有幾所高校進(jìn)行了這方面的研究并取得了一定的成果。其中以哈爾濱工業(yè)大學(xué)和國(guó)家科技大學(xué)最為典型。哈爾濱工業(yè)大學(xué)自1985年開(kāi)始研制雙足步行機(jī)器人，已經(jīng)完成了三個(gè)型號(hào)的研制工作；第一個(gè)型號(hào)為10個(gè)自由度，重100KG，高1.2M，關(guān)節(jié)由直流伺服電極驅(qū)動(dòng)，屬于靜態(tài)步行。第二個(gè)型號(hào)為10個(gè)自由度，該機(jī)器人關(guān)節(jié)和腿部結(jié)構(gòu)采用了平行四邊形結(jié)構(gòu)第三個(gè)型號(hào)為12個(gè)自由度，關(guān)節(jié)采用兩電機(jī)相連，同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度。目前，我校機(jī)器人研究所的強(qiáng)文義，付佩深教授與機(jī)械電子工程教研室的謝濤副教授等老師合作。正在致力與功能齊全的仿人行走機(jī)器人的研制工作，該機(jī)器人包括行走機(jī)構(gòu)，上身及臀部執(zhí)行機(jī)構(gòu)，共32個(gè)自由度。國(guó)防科技大學(xué)也進(jìn)行了這方面的研究。在1989年研制成功了一臺(tái)雙足機(jī)器人，這臺(tái)機(jī)器人具有10個(gè)自由度，能完成靜態(tài)步行，動(dòng)態(tài)步行。課題研究的主要內(nèi)容和方法，研究過(guò)程中的主要問(wèn)題和解決辦法：本設(shè)計(jì)的智能機(jī)器狗的本體設(shè)計(jì)，是在參考國(guó)內(nèi)外所做的研究的基礎(chǔ)上，在加上自己獨(dú)到的見(jiàn)解，從而單獨(dú)完成此課題，本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下：1、 對(duì)腿關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)，即使寬關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)同時(shí)實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)動(dòng)作，并且寬關(guān)節(jié)也可以向外擺動(dòng)。擺動(dòng)動(dòng)作是由電機(jī)加榭波減速器傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2、 對(duì)頭部幾尾巴的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)優(yōu)化，完成指定的技術(shù)要求。3、 選擇關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)方案及傳動(dòng)方案。4、 對(duì)電機(jī)，齒輪減速器，以及偕波減速器的組件進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。課題研究所需的參考文獻(xiàn)：陳慧萍，趙躍華，錢(qián)旭.人工智能教程.北京：電子工業(yè)出版社，2001陳越，王亞弟.軟件Agent及其應(yīng)用.微機(jī)發(fā)展，1997,(5):1-3戴汝為，王玨，陳兆瑩.關(guān)于可視知識(shí)的討論.模式識(shí)別與人工智能.蔡自興.關(guān)于人工智能學(xué)派及其在理論、方法上的