目录
第一章绪论 (1)
1.1 课题的来源和背景 (1)
1.2 移动机器人研究现状 (1)
1.3 移动机器人行走机构的研究现状 (3)
1.4 稳定性研究现状 (6)
1.5 本课题研究内容 (7)
第二章轮腿机器人运动学与姿态分析 (9)
2.1引言 (9)
2.2 轮腿式移动机器人的整体结构 (9)
2.3 轮腿机器人轮地接触角计算 (10)
2.4 轮腿机器人平台运动学分析 (13)
2.4.1 轮地接触点运动学建模 (15)
2.4.2 质心运动学分析 (17)
2.5轮腿机器人姿态分析 (18)
2.5.1 初始姿态设定 (18)
2.5.2 越障姿态分析 (19)
2.6机器人的姿态调整 (20)
2.7 小结 (22)
第三章轮腿机器人运动能力分析 (23)
3.1引言 (23)
3.2地形包容条件 (23)
3.3面对小型障碍机器人移动能力分析 (26)
3.3.1 两前轮同时越障 (26)
3.3.2 两后轮同时越障 (27)
3.3.3 单个车轮越障 (28)
3.4基于特殊情况的机器人运动状态分析 (29)
3.4.1冲击对机器人运动稳定性的影响 (29)
3.4.2 水平路面紧急制动的稳定状态分析 (30)
3.5斜坡运动稳定性 (32)
3.6姿态调整对运动稳定性的影响 (34)
3.7斜坡转向研究 (35)
3.7.1斜坡转向过程压力中心纵向偏移量的变化规律 (35)
III
3.7.2斜坡转向过程瞬时转向中心纵向偏移量的变化规律 (37)
3.8 小结 (38)
第四章轮腿机器人稳定性判据研究 (39)
4.1引言 (39)
4.2稳定性判据方法概况 (39)
4.3各种判别方法的比较 (40)
4.4.标准化FASM稳定性判据 (43)
4.5基于标准化FASM的机器人运动稳定性仿真 (47)
4.6机器人稳定性的影响因素总结 (51)
4.7小结 (52)
第五章基于虚拟样机的轮腿机器人越障仿真 (53)
5.1引言 (53)
5.2基于ADAMS的系统模型建立 (53)
5.2.1 PRO/E和ADAMS仿真模型建立和传导 (53)
5.2.2 ADAMS仿真模型建立 (54)
5.3轮腿机器人越障仿真 (56)
5.3.1爬越台阶的仿真分析 (56)
5.3.2斜坡转向的仿真分析 (58)
5.4小结 (60)
第六章结论 (61)
6.1论文工作总结 (61)
6.2研究工作展望 (62)
参考文献 (63)
致谢 (67)
IV
河北工业大学硕士学位论文
第一章绪论
1.1课题的来源和背景
本文所研究课题是在天津市科技计划项目“广域危险环境下泄漏监测预警与突发事故辅助救援系统”（10ZCKFSF01400）支持下完成的。该项目针对危险化工环境设计一款新型智能移动设备，该设备具有平常环境下预警监测与事故现场信息收集与救援功能于一身，具有较高的地形适应能力与信息处理能力。基于石油化工企业生产现场与存储场地的特殊要求，作为应急救援系统的核心部分，移动机器人的运动能力和机动性能，是机器人平台工作性能的重要指标。研究机器人在面对复杂地形时其地形适应能力、运动能力、姿态变化及运动稳定性是机器人能够高效工作的关键。
1.2移动机器人研究现状
机器人技术是机械工程、电子工程、传感器技术、控制工程及人工智能等多学科交叉[1]形成的新型技术。智能机器人能够接受外界信息并通过控制系统进行决策，自主进行动态决策和动作执行。近年来，机器人技术得到长足发展并广泛应用于农业、工业、军事、医疗、航空航天等国民生活和社会发展的各个领域。随着机器人技术的不断成熟和发展，其将在更多领域发挥不可替代的作用。
二十世纪六十年代，美国研制出的shakey机器人[2]标志着世界首台自主移动机器人的诞生。Shakey实现了多学科的交叉应用，涉及了机器人在复杂环境下的自主推理、规划和实时控制，这是技术上的重大进步。Shakey依靠自身携带的传感器、摄像头等装置可以实现环境感知并通过控制装置自行规划推理出合理运动路径。作为自主移动机器人的典范，Shakey对后续机器人技术的不断发展提供了极大的借鉴意义。
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多足机器人国内外研究现状 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 多足机器人国内外研究现状 最早对多足仿生机器人的研究可追溯到中国古代的“木牛流马”以及1893年Rygg设计的“机械马”。对多足仿生机器人样机的研制来说，四足、六足、八足都是国内外多足仿生机器人研究的热点，目前，美国、日本和德国在多足仿生机器人样机领域的研究成果比较突出。12526 1913年，每个人Bechtolsheim设计了一台四足机器人。 20世纪60年代初，美国的Shigley(1960年)和Baldwin(1966年)就使用凸轮连杆机构设计出比轮式车或履带车更为灵活的步行机。其他比较典型的是美国的Mosher于1968年设计的四足车“Walking Truck”，步行车的四条腿由液压伺服马达系统驱动，安装在驾驶员手臂和脚上的位置传感器完成位置检测功能。虽然整机操作比较费力，但实现了步行 1 / 5 及爬越障碍的功能，被视为是现代步行机发展史上的一个里程碑。但从步态规划的角度看，这种要人跟随操纵的步行机并没有体现步行机器人的实质性意义，只能算作是人操作的机械移动装置。 上世纪90年代初，美国罗克威尔公司及Is机器人公司在DARPA资助下研制了一种可对付岸边的水雷的的机器人ALUV，ALUV仿造螃蟹的外形，具有两栖运动性能，可以说是最早的两栖多足机器人。随后，iRobot公司及美国国防先进计划研究署共同研制了机器人Ariel，Ariel前后侧各有3条腿，可以像螃蟹一样侧行，其机构设计巧妙，即使被水浪打翻了，不需做出任何的机械调整仍可行走自如。
机器人发展历史、现状、应用、及发展 趋势 院系：信息工程学院 专业：电子信息工程 姓名：王炳乾
机器人发展历史、现状、应用、及发展趋势 摘要：随着计算机技术不断向智能化方向发展,机器人应用领域的不断扩展和深化,机器人已成为一种高新技术产业,为工业自动化发挥了巨大作用,将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。文章介绍了机器人的国内国外的发展历史、状况、应用、并对机器人的发展趋势作了预测。 关键词：机器人;发展；现状；应用；发展趋势。 1．机器人的发展史 1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶并公开表演。 1738年，法国技师杰克·戴·瓦克逊发明了机器鸭，它会嘎嘎叫、进食和游泳。 1773年，瑞士钟表匠杰克·道罗斯发明了能书写、演奏的玩偶，其体内全是齿轮和发条。它们手执画笔、颜料、墨水瓶，在欧洲很受青睐。 保存至今的、最早的机器人是瑞士的努萨蒂尔历史博物馆里少女形象的玩偶，有200年历史。她可以用风琴演奏。 1893年，在机械实物制造方面，发明家摩尔制造了“蒸汽人”，它靠蒸汽驱动行走。 20世纪以后，机器人的研究与开发情况更好，实用机器人问世。 1927年，美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”。它是电动机器人，装有无线电发报机。 1959年第一台可以编程、画坐标的工业机器人在美国诞生。 现代机器人 有关现代机器人的研究始于20世纪中期，计算机以及自动化技术的发展、原子能的开发利用是前提条件。1946年，第一台数字电子计算机问世。随后，计算机大批量生产的需要推动了自动化技术的发展。1952年，数控机床诞生，随后相关研究不断深入；同时，各国原子能实验室需要代替人类处理放射性物质的机械。
基于单片机控制的双足行走机器人设计 摘要：21世纪机器人发展日新月异，从传统的履带式机器人到如今的双足行走机器人，机器人的应用范围越来越广。本系统以单片机（STC89c52）为系统的中央控制器，以单片机（STC12c5410ad）为舵机控制模块。将中央控制器与舵机控制器，舵机，各类传感设备及受控部件等有机结合，构成整个双足行走机器人，达到行走、做动作的目的。单片机中央控制器与舵机控制器以串口通信方式实现。系统的硬件设计中，对主要硬件舵机控制器和STC89C52单片机及其外围电路进行了详细的讲述。硬件包括舵机控制器，STC12C5410AD 单片机，按键，各种传感器和数据采集与处理单元。软件包括单片机初始化、主程序、信号采集中断程序、通过串口通讯的接收和发送程序。论文的最后部分以双足行走机器人为基础，结合传感器，外围控制设备组成控制系统，并给出了此系统应用领域的一些探讨和研究。 关键词：单片机；舵机控制； STC12C5410AD
Bipedal robot design based on MCU Abstract：In the 21st century robot development changes with each passing day, from the traditional crawler robot to now bipedal robot, the robot's application scope is more and more widely.This system by single chip microcomputer (STC89c52) as the central controller in the system, STC12c5410ad MCU as the steering gear control module. The central controller and the servo controller, Steering gear, all kinds of sensing and control components such as organic combination, make up the whole bipedal robot, the purpose of to walk, do the action.Single chip microcomputer central controller and the servo controller to realize serial communication way.System hardware design, the main hardware servo controller and STC89C52 single-chip microcomputer and peripheral circuit in detail. Hardware including servo controller, STC12C5410AD micro controller, buttons, all kinds of sensor and data acquisition and processing unit. Software includes MCU initialization, the main program, and interrupts program signal collection, through a serial port communication to send and receive procedures. The last part of the paper on the basis of bipedal robot, combined with the sensor, the peripheral control device of control system, this system is also given some discussions and research in the field of application. Keywords：MCU; Servo Control; STC12C5410AD
工业机器人文献综述 生产力在不断进步，推动养科技的进步与革新，以建立更加合理 的生产关系。自工业革命以来，人力劳动己经逐渐被机械所取代，而这种变革为人类社会创造出巨大的财富，极大地推动了人类社会的进步时至今天，机电一体化，机械智能化等技术应运而生并己经成为时代的主旋律。 1.工业机器人的发展： 1.1 机器人概念的诞生 机器人技术一词虽然出现的较晚，但这一概念在人类的想象中却早已出现。自古以来，有不少科学家和杰出工匠都曾制造出具有人类特点或具有动物特征的机器人雏形。我国西周时期的能工巧匠就研制出了能歌善舞的伶人，这是我国最早的涉及机器人概念的文章记录，此外春秋后期鲁班制造过一只木鸟，能在空中飞行，体现了我国劳动人民的智慧。机器人一词由捷克作家--卡雷尔.恰佩克在他的讽刺剧《罗莎姆的万能机器人》中首次提出，剧中描述了一机器奴仆Robot。此次Robot被沿用下来，中文译成机器人。1942年美国科幻作家埃萨克.阿西莫夫在他的科幻小说《我.机器人》中提出了“机器人三大定律”，这三大定律后来成为学术界默认的研发原则。现代机器人出现于20世纪中期，当计算机技术出现，电子技术的进步，数控机床的出现及与机器人相关的控制技术和零件加工技术的成熟，为现代机器人的发展打下了基础。 1.2 国内机器人的发展史 在我国目前采用工业机器人的行业主要有汽车行业、摩托车、电 器、工程机械、石油化工等行业。我国作为亚洲第三大的工业机器人需求国，对于工业机器人的需求量在逐年增加，从而吸引了大批工业机器人的制造商，加快了我国工业机器人技术的发展第一阶段是20世纪80年代，我国为t跟踪国际机器人技术的道路，当时以原机械工业部为主，航天工业部等部门联合组织国内的相关研究单位开展了工业机器人的研究，先后推出了弧焊、点焊、喷漆等多种工业机器人。直到90年代，通过国家863计划等的K77，我国具备t独!)设计不}}生产工业机器人的能力，培养了一批高水平的研究生产队伍进入21世纪，中国的工业机器人发展进入t一个崭新的阶段，其中最大的特点是以企业为主体，以市场为导向、赢利为目标的机器人产业开发群体止在形成。尽管国外大的工业机器人公司为了占领中国不断扩大的市场，加大了其在中国的经销力度，但是中国的机器人企业以自己独有的市场信息优势、售前售后的服}}c势、针对中国企业的工艺特点的专门化设计优势努力争取自己的市场地位随养全球经济的一体化发展，世界制造中心向中国转移的趋势，中国工业机器人的产业会快速的发展起来，特别重要的是研制单位必须和需求紧密结合，让机器人走进工厂，实现真止的产业化。 经过20多年的探索，我国的工业机器人自动化技术取得t长足的发展，但是与世界发达国家相比，还有不小的差距;机器人应用工程起步也较晚，应用领域窄，生产线系统技术落后随养我国制造业-尤其是汽车行业的发展，对工业机器人的需求日益增长，工业机器人的拥有量远远不能满足需求量。尤其是基础零部件和元器件生产和制造、机器人可靠性以及成木等问题，都存在很多问题。尤其在大负载工业机器人方而，不仅产品长期大量依靠从国外引进，在维护、更新改造方而对国外的依赖也相当严重。 1.3国内外工业机器人的发展方向
工业机器人发展现状与趋势 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。 广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。 一、工业机器人技术现状及国内外发展的趋势 工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计，世界机器人市场前景看好，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入20世纪90年代，机器人产品发展速度加快，年增长率平均在10％左右。2004年增长率达到创记录的20％。其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达43%，如图1所示。
各区域用户工业机器人定购指数（以1996年作为100） 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 1．工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可*性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3万美元降至97年的6．5万美元。 2．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 3．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可*性、易操作性和可维修性。 4．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
目录 第1章序言 (2) 1.1 双足机器人现状 (2) 1.2 技能综合训练意义 (2) 1.3 技能训练的内容 (2) 第2章元件选择、结构设计 (3) 2.1元件选择 (3) 2.2结构设计三维设计图 (4) 2.2.1零件三位模型以及装配 (4) 2.2.2装配三维模型 (7) 第3章控制系统设计 (10) 第4章系统软件编程与仿真 (12) 第5章结论...................................................................... 错误！未定义书签。参考文献 (17)
第1章序言 1.1双足机器人现状 随着世界第一台工业机器人1962年在美国诞生，机器人已经有了三十多年的发展史。三十多年来，机器人由工业机器人到智能机器人，成为21世纪具有代表性的高新技术之一，其研究涉及的学科涵盖机械、电子、生物、传感器、驱动与控制等多个领域。 世界著名机器人学专家，日本早稻田大学的加藤一郎教授说过：“机器人应当具有的最大特征之一是步行功能。”双足机器人属于类人机器人，典型特点是机器人的下肢以刚性构件通过转动副联接，模仿人类的腿及髋关节、膝关节和踝关节，并以执行装置代替肌肉，实现对身体的支撑及连续地协调运动，各关节之间可以有一定角度的相对转动。 双足机器人不仅具有广阔的工作空间，而且对步行环境要求很低，能适应各种地面且具有较高的逾越障碍的能力，其步行性能是其它步行结构无法比拟的。研究双足行走机器人具有重要的意义 1.2技能综合训练意义 技能训练是在学生修完除毕业设计外全部理论和时间课程以后的一次综合性时间教学环节，其目的和意义在于： 通过技能训练，了解机器人机构及控制系统设计的基础知识； 掌握机器人系统中元部件的正确选择方法和特性参数的确定； 培养学生对所学知识的综合应用，理论联系实际的能力； 培养学生的动手能力和实际操作能力； 1.3技能训练的内容 1、主要内容： 1）、机器人结构设计； 2）、控制系统软硬件设计与仿真； 3）、八自由度机器人运动控制。 2、训练形式 学生以小组为单位，集体讨论确定整体方案；指导教师给出实训方向，技术指标等，协助学生完成训练任务。
四足步行机器人研究现状及展望 (郑州轻工业学院机电工程学院河南郑州) 摘要：文章对国内外四足步行机器人研究现状进行了综述，归纳分析了四足机器人质心距离测量系统研究的关键技术，并展望了四足机器人的发展趋势。 关键词：四足步行机器人；研究现状；关键技术；发展趋势 引言：目前，常见的步行机器人以两足式、四足式、六足式应用较多。其中，四足步行机器人机构简单且灵活，承载能力强、稳定性好，在抢险救灾、探险、娱乐及军事等许多方面有很好的应用前景，其研制工作一直受到国内外的重视。1国内外研究四足步行机器人的历史和现状 20世纪60年代，四足步行机器人的研究工作开始起步。随着计算机技术和机器人控制技术的研究和应用，到了 20 世纪 80 年代，现代四足步行机器人的研制工作进入了广泛开展的阶段。 世界上第一台真正意义的四足步行机器人是由 Frank 和 McGhee 于 1977 年制作的。该机器人具有较好的步态运动稳定性，但其缺点是，该机器人的关节是由逻辑电路组成的状态机控制的，因此机器人的行为受到限制，只能呈现固定的运动形式[1]。 20 世纪 80、90 年代最具代表性的四足步行机器人是日本 Shigeo Hirose 实验室研制的 TITAN 系列。1981～1984年Hirose教授研制成功脚部装有传感和信号处理系统的TITAN-III[2]。它的脚底部由形状记忆合金组成，可自动检测与地面接触的状态。姿态传感器和姿态控制系统根据传感信息做出的控制决策，实现在不平整地面的自适应静态步行。 TITAN-Ⅵ[3]机器人采用新型的直动型腿机构，避免了上楼梯过程中各腿间的干涉，并采用两级变速驱动机构，对腿的支撑相和摆动相分别进行驱动。
送餐服务机器人研究及设计 研究一款送餐服务机器人，是结合了电路设计、电子通信、机械设计、远程控制等多方面技术领域上的一个产物，它采用模块化设计，运用显示模块、超声波模块、驱动模块、巡线模块、蓝牙模块、语音模块等模块搭建而成。使其具备迎宾、点餐、送餐、娱乐等一系列的功能。并使用藍牙无线传输技术，手机控制送餐服务机器人，使其具备良好的人机互动。 标签：送餐服务；点/送餐；迎宾；娱乐 送餐机器人的应用范围很广，只要是服务行业都可以使用它，譬如在学校、医院、餐厅等地方，都可以使用它来替代服务人员为顾客服务，大大满足人们对快捷服务的需求。目前设计点餐，送餐、迎宾、娱乐等功能的一款送餐服务机器人，不但能提高服务效率，减少服务人员数量，更能建立餐厅特色，打造餐厅品牌，进而提升餐厅的业绩。 1 总体设计方案 送餐机器人总共分为三个模式状态，根据用户的选择，可以对三种模式进行切换，以下是对三种模式的描述。 模式一：点餐/送餐模式，一方面通过机器人携带触摸屏显示，向顾客呈现当前的菜单以及打折信息。另一方面通过手机或者按键模块控制机器人移动，通过巡线传感器、红外线传感器以及行走电机使机器人按照规定的行进路线前进，使机器人顺利到达对应的餐桌位置。 模式二：迎宾模式设计，当用户选择迎宾模式时，则送餐机器人自动通过循迹走到相应的迎宾位置，并通过监测当有人进入时则机器人发出声音。 模式三：娱乐模式设计，包括播放音乐、动作表演等。 设计是采用单片机（STC89C51RC）为主要控制电路，配有各式传感器、执行驱动、人机交互、界面显示等模块。同时采用蓝牙模块配合手机使其创建链接，从而使手机通过蓝牙模块向单片机发送指令，人们可以通过手机蓝牙执行相应的操作，完成送餐、点餐、娱乐等功能。如图1所示。 2 机器人整体结构设计 机器人设计完成后，对其进行行走路线的设计，设计一条主干道，在主干道上增加几条分支用来工位的设置。UG设计图如图2所示。 3 机器人系统测试
自制六自由度双足机器人 一、制作六自由度双足机器人步骤： 1、确定舵机：舵机的好坏直接影响机器人的效果； 2、自制舵机后盖：它是连接舵机和U型架的重要组成部件；（买一 个标准的舵机后盖是最好不过，但你的动手能力 和思考问题解决问题的能力就没有提高，因此我 选择自制一个舵机后盖） ①选择铁皮为制作材料； ②测量舵机尺寸，截取合适铁皮条（尺寸为20mm*116mm）； ③折弯，注意左右对称； ④确定固定用定位孔的位置，并使用1mm钻头打孔； ⑤打固定用螺丝孔（使用3mm钻头）； ⑥确定舵机输出同轴定位孔的位置，并使用1mm钻头打孔； ⑦打舵机输出同轴螺丝孔（使用3mm钻头）； ⑧打舵机后盖过线孔（6mm*8mm）； 注：脚上的舵机后盖比较特殊，要考虑它要和脚底板相连，我的解决方法是在上述舵机后盖的基础上，增加宽度，并折弯，打孔，同脚底板相连。 3、自制U型架：在双足机器人中，舵机相当于人的关节，那U型架 就是人的骨骼。U型架的制作：（以下是我的设计， 可根据具体需求，自行设计尺寸） ①选择铝合金板（厚度一般为1.5mm）；
②将铝合金板切成细条（尺寸为20mm*116mm）； ③折弯，注意左右高度相等； ④打定位孔（使用1mm钻头），注意孔的位置以U型架的“U” 字底为基准； ⑤打螺丝孔（使用3mm钻头）； ⑥磨削加工。 4、自制脚底板：脚底板的设计可以多种多样，但要保证一点，即机 器人抬脚走路时，要保证重心用你设计的脚底板可 以承受得住。 5、自制机器人腰部：其实就是连接两条腿的部件，长宽是根据设计 的脚底板的大小确定的。 二、需要注意的问题： 1、机器人左右质量要保证尽量一致，否则走路会有偏差。 2、制作部件时，要注意基准。 三、软件编程： 软件编程，主要是靠控制舵机旋转不同的角度。
机器人发展现状及未来趋势
一、机器人现状及国内外发展趋势 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 1．工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便 于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年 的10．3万美元降至97年的6．5万美元。 2．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服 电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块 用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品 问市。 3．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且 采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维 修性。 4．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等 传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传 感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配 置技术在产品化系统中已有成熟应用。 5．虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于 过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中 的感觉来操纵机器人。
6．当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 7．机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可
第36卷第6期 上海师范大学学报(自然科学版)Vol.36,No.6 2007年12月 Journal of Shanghai Nor mal University(Natural Sciences)2007,Dec. 仿生机器人的研究现状及其发展方向 王丽慧,周 华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘 要:随着机器人智能化技术的进步,机器人应用领域的拓展,仿生机器人的研究正在引起世界各国研究者的关注.主要对仿生机器人的国内外研究状况进行了综述并对其未来的发展趋势作了展望. 关键词:仿生机器人;研究现状;发展方向 中图分类号:TP24 文献标识码:A 文章编号:100025137(2007)0620058205 人们对机器人的幻想与追求已有3000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.1959年,第一台工业机器人在美国诞生,近几十年,各种用途的机器人相继问世,使人类的许多梦想变成了现实.随着机器人工作环境和工作任务的复杂化,要求机器人具有更高的运动灵活性和在特殊未知环境的适应性,机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求.在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天,仿人及仿生物机器人相继被研制出来,仿生机器人已经成为机器人家族中的重要成员. 1 仿生机器人的基本概念 仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系统,能从事生物特点工作的机器人.仿生机器人的类型很多,主要为仿人、仿生物和生物机器人3大类.仿生机器人的主要特点:一是多为冗余自由度或超冗余自由度的机器人,机构复杂;二是其驱动方式有些不同于常规的关节型机器人,通常采用绳索、人造肌肉或形状记忆合金等驱动. 2 仿生机器人的国内外研究现状 2.1 水下仿生机器人 水下机器人由于其所处的特殊环境,在机构设计上比陆地机器人难度大.在水下深度控制、深水压力、线路绝缘处理及防漏、驱动原理、周围模糊环境的识别等诸多方面的设计均需考虑.以往的水下机器人采用的都是鱼雷状的外形,用涡轮机驱动,具有坚硬的外壳以抵抗水压.由于传统的操纵与推进装置的体积大、重量大、效率低、噪音大和机动性差等问题一直限制了微小型无人水下探测器和自主式水下机器人的发展.鱼类在水下的行进速度很快,金枪鱼速度可达105k m/h,而人类最快的潜艇速度只有84km/h.所以鱼的综合能力是人类目前所使用的传统推进和控制装置所无法比拟的,鱼类的推进方式已成为人们研制新型高速、低噪音、机动灵活的柔体潜水器模仿的对象.仿鱼推进器效率可达到70%～ 收稿日期:2007209222 基金项目:上海师范大学理工科校级项目(SK200733). 作者简介:王丽慧(1972-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.
河北工业大学硕士学位论文开题报告论文题目六轮腿移动机器人的仿生机构研究 2013年12 月 2 日
1.课题的研究背景及意义 移动机器人是一种能够通过内、外传感器反馈信息感知环境及自身状态, 实现在有障碍物的环境中自主运动, 从而完成一定功能或任务的机器人系统[1]。目前已广泛运用于野外考察、地震救灾、环境检测、娱乐生活等诸多行业，在安全、军事、生活以及科学研究中扮演着越来越重要角色。其中轮式机器人结构简单，容易实现，具有移动速度快、转向性能好、行走效率高等特点。但同时适应地形和避障的能力差。足式机器人对地形的适应能力较好，可以跨越障碍物、台阶等，但运动间歇大，速度慢。随着移动机器人的不断开发和应用范围的扩展，未来会在更多复杂且未知的环境中工作。仅仅依靠轮式或者足式的移动机器人已无法完全适应工作环境的复杂性和多样性了。为了配合对移动机器人性能要求的逐渐提高，相继问世了许多混合式的移动机构，其中轮腿式移动机器人就融合了轮式移动机器人和腿式移动机器人的特点。既可以保证在平坦地面的移动效率又具有了良好的跨越障碍的能力[2]。 但当轮腿式移动机器人采用足式的方式行走时目前在技术上还存在许多困难，然而在自然界中存在的多足昆虫则可以通过它们长期进化得到的复杂且精妙的肢体结构和灵活的的运动方式，容易地通过了各种复杂的自然地形，甚至能在光滑的表面上倒立行走。因此，将多足昆虫的行为学研究成果，融入到移动机器人的结构设计与控制中，开发具有卓越移动能力的轮腿式仿生移动机器人，对于足式移动机器人和轮腿式移动机器人技术的研究与应用都具有重要的理论和现实意义[3]。 本文从仿生的角度出发，对轮腿机器人进行结构设计，使其可以在跨越障碍物、沟壑、楼梯等不规则地形保持机体平稳和运动的效率。主要的问题在于解决腿部结构，使其可以获得更好的稳定性和更低的能量消耗。结合轮式和足式的优点，根据不同的环境变换轮式运动和足式运动两种运动方式，达到良好的运动灵活性和较高的移动速度的统一，提供良好的应用平台。 为了能够保持机器人的稳定移动，这就要求机器人足数越多越好。当机器人在选择腿式不行和轮子转动时需要进行轮腿的转换，在转换的过程中，腿部需要
机器人的发展历史及未来发展趋势 【摘要】随着科技的发展，机器人在越来越多的领域发挥着越来越重要的作用。机器人也已不是仅仅在科幻小说和科幻电影里出现，在很多领域里我们都可以看到机器人 的身影。我们相信，随着科学技术的不断发展，在不远的将来，机器人会变得更加普遍。同时，它们所具有的功能也会越来越多。 接下来，本文将具体介绍机器人的发展历史，同时也会根据科技的最新发展分析 机器人未来的发展趋势。 【关键词】机器人发展历史发展趋势 一、机器人的定义 机器人是在怎样的情况下产生的？ 机器人形象和机器人一词，最早出现在科幻和文学作品中。1920年，一名捷克作家发表了一部名为《罗萨姆的万能机器人》的剧本，剧中叙述了一个叫罗萨姆的公司 把机器人作为人类生产的工业品推向市场，让它充当劳动力代替人类劳动的故事。作 者根据小说中Robota（捷克文，原意为“劳役、苦工”）和Robotnik(波兰文，原意为“工人”），创造出“机器人”这个词。 那机器人的定义到底是什么呢？ 在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义，机器人问世已有几十年，但对机器人的定义仍然仁者见仁，智者见智，没有一个统一的意见。原因之一是机器 人还在发展，新的机型，新的功能不断涌现。根本原因主要是因为机器人涉及到了人 的概念，成为一个难以回答的哲学问题。就像机器人一词最早诞生于科幻小说之中一样，人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的 想像和创造空间。 在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上，人们提出了两个有代表性的定义。一是森政弘与合田周平提出的：“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器”。从这一定义出发，森政弘又提出了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等10个特性来表示机器人的形象；另一个是加藤一郎提出的具有如下3个条件的机器称为机器人： 1．具有脑、手、脚等三要素的个体； 2．具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触传感器；
双足机器人制作及其步态运行 一、实验目的 1 . 掌握实验室设备使用方法 2 . 学会AutoCAD知识并运用以及学习arduino单片机的基本开发 3 . 了解双足机器人平衡控制方法。 二、原理说明 1．Arduino使用说明 Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE)。它构建于开放原始 码simple I/O介面版，并且具有使用类似Java、C语言的 Processing/Wiring开发环境。主要包含两个主要的部分：硬件部分是可 以用来做电路连接的Arduino电路板；另外一个则是Arduino IDE，你的 计算机中的程序开发环境。你只要在IDE中编写双足步态程序代码，将 程序上传到Arduino电路板后，程序便会告诉Arduino电路板要做怎样 的步态运行。 2 . 双足步态算法 双足机器人平衡控制方法其中的“静态步行”（static walking），这种方法是在机器人步行的整个过程中，重心（COG，Center of Gravity）在机器人底部水平面的投影一直处在不规则的支撑区域（support region）内，这种平衡控制方法的好处是整个机器人行走的过程中，保证机器人 稳定行动，不会摔倒。但是这个平衡控制方法缺点是行动速度非常缓慢 （因为整个过程中重心的投影始终位于支撑区域）。另一种使用的平衡 控制方法是“动态步行”（dynamic walking），在这个控制方法中机器 人的步行速度得到了极大的飞跃，显而易见，在得到快速的步行速度同 时，机器人很难做到立即停止。从而使得机器人在状态转换的过程中显 现不稳定的状态，为了避免速度带来的影响。零力矩点（ZMP）被引入 到这个控制策略中，在单脚支撑相中，引入ZMP=COG。引入ZMP的好 处在于，如果ZMP严格的存在于机器人的支撑区域中，机器人绝不摔倒。
仿生机器人的研究综述 华明亚 （上海大学机电工程与自动化学院，上海200072） 摘要：在人类认识世界和改造世界的过程中，存在人类无法到达的地方和可能危及人类生命的特殊场合，如星球探测、深海探测、减灾救援和反恐活动等，而仿生机器人为解决上述问题提供了一条有效途径。随着机器人技术和仿生学的发展，仿生机器人的研究正受到学者们的普遍关注。在对仿生机器人进行分类的基础上，从地面仿生机器人、水下仿生机器人以及空中仿生机器人3个方而简要介绍了国内外典型仿生机器人的研究进展，并介绍其发展趋势。 关键词：仿生机器人；机器人运动；发展趋势； Research review on bionic robot Hua Mingya (School of mechanical engineering and automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China) Abstract:: In the human understanding and transforming the world in the process, the existence of human beings can not reach the place and special occasions may endanger human life, such as planetary exploration, deep sea exploration,disaster relief and anti terrorist activities, and bionic robot provides an effective way for solving the above problems. With the development of robot technology and bionic, bionic robot research has received wide attention of scholars. In the classification based on bionic robot, bionic robot, bionic robot from air groundbionic robot, underwater 3 party and briefly introduced the research progress oftypical bionic robot at home and abroad, and introduces its development trend. Key words: Bionic robot; robot movement; development trend; 1 机器人的研究现状 1.1 机器人国外研究现状 由于仿生机器人所具有的灵巧动作对于人类的生产和科学研究活动有着极大的帮助，所以，自80年代中期以来，机器人科学家们就开始了有关仿生机器人的研究。 自1983年以来，美国Robotics Research Corporation以拟人臂组合化为设想，基于系列关节研制出K-1607等系列7自由度拟人单臂和K/ B 2017双臂一体机器人，其单臂K/ B 2017已用于空间站实验。
全地形机器人自主创新设计大赛 比赛规则 第二届四川省大学生机器人大赛下设“探索者”全地形机器人自主创新设计比赛，是为了鼓励和推动在校大学生开展机器人项目的自主创新设计活动，使用“探索者创新套件”统一设计平台，以统一的创新主题“全地形机器人自主创新设计”，其目的是使参赛高校都能在统一的设计平台上完成统一的设计主题，设计制作各种新颖的机器人项目，实现各类机器人的设计、应用等方面的创新，从而推动机器人应用技术的不断发展，同时也便于统一展示创新设计的成果，合理公正评判大学生自主创新设计的成果。 1.关于探索者全地形机器人的设计和制作要求 参赛队应根据大赛组委会提供的具有4种不同特性障碍物及比赛要求，推荐采用北京启创远景科技有限公司提供的“探索者模块化机器人平台”设计制作全地形机器人。机器人尺寸要求长宽高分别不超过300*230*200mm。在比赛过程中机器人变形后长宽不超过300*250，高度变形不限制。 2.关于全地形机器人比赛障碍场地的设定 场地中设定四种五个不同特点、不同难度的障碍物，每种障碍物均有一定的分值，参赛队根据比赛规则自主设计制作机器人，完成穿越各个障碍物的比赛。 障碍物分别为模拟工业用栅格地毯、楼梯、管道、窄桥，各障碍物由黑色引导线连接，形成完整的比赛赛道，并设置比赛起点和终点，比赛场地由组委会统一布置。 3. 比赛场地尺寸说明（单位：cm） 比赛场地及四种障碍物（栅格地面，管道，窄桥，楼梯）尺寸标记（含引导 黑线、比赛起点和终点）。 （1）场地整体图：
黑色引导线的宽度为3.8cm。 （2）窄桥尺寸图： 单位：cm 材料：发泡EVA 颜色：黑色
小型双足步行机器人的结构及其控制电路设计 两足步行是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。两足步行系统具有非常丰富的动力学特性，对步行的环境要求很低，既能在平地上行走，也能在非结构性的复杂地面上行走，对环境有很好的适应性。与其它足式机器人相比，双足机器人具有支撑面积小，支撑面的形状随时间变化较大，质心的相对位置高的特点。是其中最复杂，控制难度最大的动态系统。但由于双足机器人比其它足式机器人具有更高的灵活性，因此具有自身独特的优势，更适合在人类的生活或工作环境中与人类协同工作，而不需要专门为其对这些环境进行大规模改造。例如代替危险作业环境中(如核电站内)的工作人员，在不平整地面上搬运货物等等。此外将来社会环境的变化使得双足机器人在护理老人、康复医学以及一般家务处理等方面也有很大的潜力。 双足步行机器人自由度的确定 两足步行机器人的机构是所有部件的载体，也是设计两足步行机器人最基本的和首要的工作[1]。它必须能够实现机器人的前后左右以及爬斜坡和上楼梯等的基本功能，因此自由度的配置必须合理:首先分析一下步行机器人的运动过程(前向)和行走步骤:重心右移(先右腿支撑)、左腿抬起、左腿放下、重心移到双腿中间、重心左移、右腿抬起、右腿放下、重心移到双腿间，共分8个阶段。从机器人步行过程可以看出:机器人向前迈步时，髓关节与踝关节必须各自配置有一个俯仰自由度以配合实现支撑腿和上躯体的移动;要实现重心转移，髋关节和踝关节的偏转自由度是必不可少的;机器人要达到目标位置，有时必须进行转弯，所以需要有髋关节上的转体自由度。另外膝关节处配置一个俯仰自由度能够调整摆动腿的着地高度，使上下台阶成为可能，还能实现不同的步态。这样最终决定髋关节配置3个自由度，包括转体(roll)、俯仰(pitch)和偏转(yaw)自由度，膝关节配置一个俯仰自由度，踝关节配置有俯仰和偏转两个自由度。这样，每条腿配置6个自由度，两条腿共12个自由度。髋关节、膝关节和踝关节的俯仰自由度共同协调动作可完成机器人的在纵向平面(前进方向)内的直线行走功能；髋关节的转体自由度可实现机器人的转弯功能；髋关节和踝关节的偏转自由度协调动作可实现在横向平面内的重心转移功能。 机器人的转体(roll)、俯仰(pitch)和偏转(yaw)定义如图1所示[2]。
机器人发展现状及趋势分析 一、机器人创新发展概述 机器人是集机械、电子、控制、传感、人工智能等多学科先进技术于一体的自动化装备。自1956年机器人产业诞生后，经过近60年发展，机器人已经被广泛应用在装备制造、新材料、生物医药、智慧新能源等高新产业。机器人与人工智能技术、先进制造技术和移动互联网技术的融合发展，推动了人类社会生活方式的变革。 当前，我国机器人市场进入高速增长期，工业机器人连续五年成为全球第一大应用市场，服务机器人需求潜力巨大，核心零部件国产化进程不断加快，创新型企业大量涌现，部分技术已可形成规模化产品，并在某些领域具有明显优势。下面一起随着云里物里科技来看下。 （一）机器人创新发展进程 图1机器人创新发展进程 第一阶段，发展萌芽期。1954年，第一台可编程的机器人在美国诞生。1958年，美国发明家恩格尔伯格建立了Unimation公司，并于1959年研制出了世界上第一台工业机器人。这一阶段，随着机构理论和伺服理论的发展，机器人进入了实用阶段。 第二阶段，产业孕育期。1962年，美国AMF公司生产出第一台圆柱坐标型机器人。1969年，日本研发出第一台以双臂走路的机器人。同时日本、德国等国家面临劳动力短缺等问题，因而投入巨资研发机器人，技术迅速发展，成为机器人强国。这一阶段，随着计算机技术、现代控制技术、传感技术、人工智能技术的发展，机器人也得到了迅速的发展。这一时期的机器人属于“示教再现”（Teach-in/Playback）型机器人，只具有记忆、存储能力，按相应程序重复作业，对周围环境基本没有感知与反馈控制能力。
第三阶段，快速发展期。1984年，美国推出医疗服务机器人Help Mate，可在医院里为病人送饭、送药、送邮件。1999年，日本索尼公司推出大型机器人爱宝（AIBO）。这一阶段，随着传感技术，包括视觉传感器、非视觉传感器（力觉、触觉、接近觉等）以及信息处理技术的发展，出现了有感觉的机器人。焊接、喷涂、搬运等机器人被广泛应用于工业行业。2002年，丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器人，是目前世界上销量最大的家用机器人。2006年起，机器人模块化、平台统一化的趋势越来越明显。近五年来，全球工业机器人销量年均增速超过17%，与此同时，服务机器人发展迅速，应用范围日趋广泛，以手术机器人为代表的医疗康复机器人形成了较大产业规模，空间机器人、仿生机器人和反恐防暴机器人等特种作业机器人实现了应用。 第四阶段，智能应用期。这一阶段，随着感知、计算、控制等技术的迭代升级和图像识别、自然语音处理、深度认知学习等人工智能技术在机器人领域的深入应用，机器人领域的服务化趋势日益明显，逐渐渗透到社会生产生活的每一个角落。 （二）机器人产业规模加速增长 根据IDC预测，在全球机器人区域分布中，亚太市场处于绝对领先地位，预计其2020年支出将达1330亿美元，全球占比达71%；欧洲、中东和非洲为第二大区域；美洲是第三大市场。 图22020年全球机器人市场占比 近年来，中国各地发展机器人积极性较高，行业应用得到快速推广，市场规模增速明显。2017年，我国机器人市场规模达到62.8亿美元，2020年，预计超过100亿美元。