能四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計

開題報告課題題目及來源：課題題目：智能四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計課題來源：智能機(jī)器狗，本課題是機(jī)器人寵物項目之一。該項目從表演和娛樂性方面著手，顯示其存在的價值和實力，同時又是從高技術(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內(nèi)外研究現(xiàn)狀:本課題是機(jī)器人寵物項目之一。該項目從表演性和娛樂性方面著手，顯示其存在的價值和實力，同時又是從高技術(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，機(jī)器人對工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，勞動生產(chǎn)率、勞動市場、環(huán)境工程都產(chǎn)生了深淵的影響。幾十年來，機(jī)器人技術(shù)以驚人的速度發(fā)展起來。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家的高科技前言項目之一。在核工業(yè)場所，深海石油平臺的維護(hù)、戰(zhàn)場上排雷、彈藥運輸、火場救火等方面，機(jī)器人相對與人類來說都有很大的優(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。因為它不再固定在一個位置上。這種機(jī)器人具有靈活的行走系統(tǒng)，以便隨時走道需要的地方，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，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)器人容易實現(xiàn)得多，它主要體現(xiàn)在以下幾個方面：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，并且能夠作各種動作，如坐下、扭動身軀、點頭、擺尾巴，而這些動作機(jī)器人卻不能作到。2、 機(jī)能機(jī)器狗的能耗很小。因為該機(jī)器狗可具有獨立的能源裝置，同時要求隨時補給能源，因此在設(shè)計時就應(yīng)充分考慮其能耗問題。3、 雙足行走是生物界難度最高的步行動作。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)難度相對較底，因此機(jī)器狗的娛樂前景被普遍看好。仿狗機(jī)器狗對機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)及驅(qū)動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、非線形，非完整約素的多自由度系統(tǒng)，這對其動力學(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值和意義。自然界中的萬物都是經(jīng)過一個漫長的優(yōu)化過程，其中狗也不例外?？梢钥隙ǎ悄軝C(jī)器人一定會有一個持續(xù)“優(yōu)化”和研制的前景。智能機(jī)器人的研制開始與本世紀(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，美國的通用電器公司試制了一臺叫“RIG”的操作雙步行機(jī)器人機(jī)械，從而揭開了雙足步行機(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)具有六個自由度，每條腿有。利用人造橡膠肌肉為關(guān)節(jié)，通過注氣，派器引起肌肉收縮牽引關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動從而邁步。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，能在平地，斜坡和階梯上行走，具有11個自由度。1973年，加騰等人在WL-9DR雙足機(jī)器人上采用預(yù)先設(shè)計步行方式的程序控制方法，用步行運動分析及重量實驗設(shè)計步態(tài)軌跡，用以控制機(jī)器人的步行運動。該機(jī)器人采用以單腳支撐期為靜態(tài)。雙腳切換氣為動態(tài)的準(zhǔn)動態(tài)步方案。實現(xiàn)了步幅45CM，每步9S的準(zhǔn)動態(tài)步行。1986年，加騰實驗室有研制成功了WL-12（R）步行機(jī)器人，該機(jī)器人通過軀體運動來補償下肢的任意運動，在軀體的平衡作用下，實現(xiàn)了步行周期1.3S，步幅30CM的平地動態(tài)步行。近年來，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)到與人無異的動態(tài)步行。相信人的智慧會使這個“進(jìn)化”實現(xiàn)。國內(nèi)，仿人雙足步行機(jī)器人的研制工作起步較晚，1985年以來，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)和國家科技大學(xué)最為典型。哈爾濱工業(yè)大學(xué)自1985年開始研制雙足步行機(jī)器人，已經(jīng)完成了三個型號的研制工作；第一個型號為10個自由度，重100KG，高1.2M，關(guān)節(jié)由直流伺服電極驅(qū)動，屬于靜態(tài)步行。第二個型號為10個自由度，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)第三個型號為12個自由度，關(guān)節(jié)采用兩電機(jī)相連，同時實現(xiàn)兩個自由度。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個自由度。國防科技大學(xué)也進(jìn)行了這方面的研究。在1989年研制成功了一臺雙足機(jī)器人，這臺機(jī)器人具有10個自由度，能完成靜態(tài)步行，動態(tài)步行。課題研究的主要內(nèi)容和方法，研究過程中的主要問題和解決辦法：本設(shè)計的智能機(jī)器狗的本體設(shè)計，是在參考國內(nèi)外所做的研究的基礎(chǔ)上，在加上自己獨到的見解，從而單獨完成此課題，本設(shè)計的主要內(nèi)容如下：1、 對腿關(guān)節(jié)實現(xiàn)一體化設(shè)計，即使寬關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)同時實現(xiàn)擺動動作，并且寬關(guān)節(jié)也可以向外擺動。擺動動作是由電機(jī)加榭波減速器傳動來實現(xiàn)的。2、 對頭部幾尾巴的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，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)動方案及傳動方案。4、 對電機(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。課題研究所需的參考文獻(xiàn)：陳慧萍，趙躍華，錢旭.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)于可視知識的討論.模式識別與人工智能.蔡自興.關(guān)于人工智能學(xué)派及其在理論、方法上的