四足機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計
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畢業(yè)設(shè)計 開題報告
題 目: 四足機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容、重點和難點等
1 主要內(nèi)容:四足機器人作為仿生機器人的一種形式,在國內(nèi)外得到了廣泛的研究。四足機器人步行腿具有多個自由度, 落足點是離散的, 故能在足尖點可達(dá)域范圍內(nèi)靈活調(diào)整行走姿態(tài), 并合理選擇支撐點, 具有更高的避障和越障能力。本任務(wù)要求從模仿四足哺乳動物行走的角度思考,設(shè)計出四條腿具有相應(yīng)自由度的四足機器人。
2 重點:掌握機械設(shè)計原則及機器人機構(gòu)設(shè)計方法;了解四足機器人運動機構(gòu)的運動學(xué)特征;設(shè)計出四條腿具有相應(yīng)自由度的四足機器人機械機構(gòu);完成四足機器人行走的3D運動模擬。
3 難點:機器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計;機器人的運動學(xué)特征;機器人結(jié)構(gòu)的自由度;相關(guān)設(shè)計計算和機械設(shè)計圖;四足機器人行走的3D運動模擬等。
2.準(zhǔn)備情況(查閱過的文獻(xiàn)資料及調(diào)研情況、現(xiàn)有設(shè)備、實驗條件等)
1 查閱文獻(xiàn)資料
[1] 張錦榮,趙茜. 四足機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與運動學(xué)分析[J]. 現(xiàn)代制造工程. 2009(08):146-149.
[2] 孫群,桑春蕾,林寶龍. 四足機器人機械系統(tǒng)虛擬設(shè)計及轉(zhuǎn)彎機構(gòu)理論分析[J]. 機械設(shè)計與制造. 2009(08):183-185.
[3] 何冬青,馬培蓀,曹曦等. 四足機器人對角小跑起步姿態(tài)對穩(wěn)定步行的影響[J]. 機器人,2004,26(6):529~532
[4] 黃博,王鵬飛,孫立寧. 基于行為模式的復(fù)合運動方式四足機器人研究[J].中國機械工程,2007,18(18):2159~2162
[5] 陳學(xué)東,郭鴻勛,渡邊桂吾. 四足機器人爬行步態(tài)的正運動學(xué)分析[J]. 機械工程學(xué)報,2003,39(2): 8~12
[6] 聞邦椿.機械設(shè)計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2010.
[7] 秦大同,謝里陽.現(xiàn)代機械設(shè)計手持[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2011.
[8] 張軒,王停戰(zhàn),郭旭偉. AutoCAD 2007機械制圖基礎(chǔ)與工程范例[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008.
[9] 鄭文緯,吳克堅主編.機械原理(第七版)[M].北京:高等教育出版社,1997.
[10] 張建民.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2007.
[11] Siegwart, R., Nourbakhsh, I.R.: Introduction to Autonomous Mobile Robots[M]. Cambridge: The MIT Press, 2004.
2 調(diào)研情況:20世紀(jì)60年代,四足步行機器人的研究工作開始起步。隨著計算機技術(shù)和機器人控制技術(shù)的研究和應(yīng)用,到了20世紀(jì)80年代,現(xiàn)代四足步行機器人的研制工作進(jìn)入了廣泛開展階段。清華大學(xué)所研制的一款四足步行機器人,它采用開環(huán)關(guān)節(jié)連桿機構(gòu)作為步進(jìn)機構(gòu),通過模擬動物的運動機理,實現(xiàn)比較穩(wěn)定的節(jié)律運動,可以自主應(yīng)付復(fù)雜的地形條件,完成上下坡行走,越障等功能。四足機器人是一門集仿生學(xué),機械學(xué)及控制工程學(xué)等多學(xué)科融合交匯的綜合性的學(xué)科。不僅涉及到線性,非線性,基于多種傳感器信息控制以及實施控制技術(shù),而且還囊括了復(fù)雜機電系統(tǒng)的建模,數(shù)字仿真技術(shù)及混合系統(tǒng)的控制研究等方面的技術(shù)。其發(fā)展往往代表一個國家的科技實力和機電一體化的最新產(chǎn)品。在人類社會中,存在人類無法到達(dá)的地方和可能危機人類生命的特殊場合,如工地,防災(zāi)救援現(xiàn)場等許多領(lǐng)域,對這些復(fù)雜環(huán)境的不斷探索和研究往往需要有機器人的介入。與輪式或履帶式機器人相比,由于足式機器人的立足點是離散的點,可以在可能到達(dá)的地面上選擇最優(yōu)的支撐點,足式機器人對崎嶇路面也具有很好的適應(yīng)能力。
3 現(xiàn)有設(shè)備、實驗條件:計算機一臺;相關(guān)軟件(SolidWorks2011、AutoCAD2007、CAXA電子圖板2013-機械版)
3、實施方案、進(jìn)度實施計劃及預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計資料
1 實施方案:
1) 在機械設(shè)計基礎(chǔ)上,了解和掌握四足機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。
2) 傳動機構(gòu)方案,初步選擇電機驅(qū)動、齒輪傳動、同步帶傳動。
3) 步行機構(gòu)方案,縮放機構(gòu)、瓦特型機構(gòu)、斯蒂芬森型機構(gòu)等可以作為步行機構(gòu)。
4) 步態(tài)方案,對角小跑步態(tài)(trot步態(tài))、單側(cè)小跑(pace步態(tài))等。
2 進(jìn)度實施計劃:
(1) 第1周:搜集整理并認(rèn)真閱讀課題相關(guān)的中文及外文文獻(xiàn);撰寫開題報告;(2) 第2-3周:學(xué)習(xí)計算機三維制圖軟件Solidworks、Pro-E軟件和AutoCAD 和CAXA電子圖板2013-機械版軟件,熟悉機械零件的三維建模以及二維零件的繪制;
(3) 第4周—第6周:確定四足機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案,完成四足步行機器人 的結(jié)構(gòu)設(shè)計,完成四足機器人的步態(tài)規(guī)劃與仿真;
(4) 第7周—第8周:運用三維繪圖軟件繪制四足機器人的裝配圖及其主要零 件圖;
(5) 第9周—第10周:編寫和整理畢業(yè)設(shè)計論文;
(6) 第11周:修改、完善并打印裝配圖、零件圖及畢業(yè)設(shè)計論文,提交畢業(yè)設(shè) 計;
(7) 第12周:準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。
3 預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計資料
(1) 二萬字左右的畢業(yè)設(shè)計說明書(論文);在畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)中必須包括詳細(xì)的300-500個單詞的英文摘要;
(2) 完成與課題相關(guān),不少于四萬字符的指定英文資料翻譯(附英文原文);
(3) 相關(guān)設(shè)計計算及機械設(shè)計圖,繪圖工作量折合A0圖紙3張以上;
(4) 四足機器人3D模擬運動仿真。
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師(簽字):
開題小組意見
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