摘要：四足爬行机器人的机动能力较强，能适应不平的地面，能完成多种复杂工作。本文重点分析四足爬行机器人的机械结构中的腿部机构以及其控制系统的设计。参照爬行类动物蜘蛛的结构，简化后设计了连杆机构的腿部结构，并对连杆机构进行了极限状态下的受力分析。利用SolidWorks画出机器人结构零部件及整体结构，将零部件通过3D打印技术打印出来，装配成样机进行调试，进而更好地实现整个机器人的结构设计。整个过程当中，分析机体的稳定性和选择适合的步态，通过设计上位机控制系统，将控制系统和下位机之间的连接来控制四足爬行机器人。

关键词：四足机器人；步态；控制系统；越障

ABSTRACT：Four-foot crawling robot's mobility is strong, can adapt to the uneven ground, to complete a variety of complex work. This paper focuses on the design of the leg mechanism and the control system of the four-footed crawling robot in the mechanical structure. With reference to the structure of the reptile spider, the leg structure of the connecting rod mechanism is simplified and the force analysis of the connecting rod mechanism is carried out. Using SolidWorks to draw the robot structure components and the overall structure, the parts through the 3D printing technology to print out, assembled into a prototype for debugging, and thus better to achieve the entire robot structure design. The whole process, the analysis of the stability of the body and select the appropriate gait, through the design of the host computer control system, the control system and the connection between the lower computer to control the four-foot crawling robot.

Keywords: quadruped robot；gait；control system；obstacle

目录

第一章绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外四足机器人研究现状 2

1.3本文研究内容 3

第二章总体方案设计 4

2.1总体方案设计 4

2.2机械结构设计 4

2.2.1腿部的设计 4

2.2.2腿部关节的选择 5

2.3控制系统设计 7

2.3.1上位机方案 7

2.3.2下位机方案 8

2.4本章小结 8

第三章机械结构设计 9

3.1结构设计的要求 9

3.1.1腿机构的自由度选择以及结构形式 9

3.1.2腿的运动分析和综合 10

3.1.3腿部力学计算 12

3.2运动仿真 14

3.3本章小结 15

第四章控制系统设计 17

4.1四足机器人的系统控制方案 17

4.2四足机器人的电路图设计 17

4.2.1最小系统模块 18

4.2.2电源模块 19

4.2.3舵机模块 20

4.2.4视频模块 20

4.3本章小结 21

第五章程序设计 22

5.1程序流程图 22

5.2通讯程序 24

5.3动作组程序 24

5.3本章小结 24

第六章实验与性能分析 26

结束语 27

致谢 28

参考文献 29

第一章 绪论

1.1研究背景

机器人的祖先可以追溯到古代，机器人也从最基础的结构开始逐渐的变得复杂起来，随着机器人的发展，机器人所包含的的种类也越来越多，涉及的学科也越来越多。

关于机器人的定义有很多种，不同的国家对于机器人的也不尽相同，有把机器人定义为一种可自我编程的多功能机械手，当这种机械手遇到不同的情况的时候可以自我控制执行动作，像一些现在的机械手可以搬运物体以及在传送带上工作。也有把机器人作为一种可移动的机器，这种机器人身上安装了各种的传感器可以进行检测，能够按照程序执行相应的动作。还有定义为机械电子装置的机器人，这种机器人能够模仿人，像人一样行走、执行各种的动作。然而各个国家对于机器人的定义不径相同，综合每个国家对于机器人的定义，对于机器人的定义为：一种能够由计算机编程控制的，装有各种检测周围环境的传感器，具有一定逻辑判断能力，能够执行程序所定义的执行动作的机器。