1.1 雙足機(jī)器人現(xiàn)狀

　　隨著世界第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人1962年在美國(guó)誕生，機(jī)器人已經(jīng)有了三十多年的發(fā)展史。三十多年來(lái)，機(jī)器人由工業(yè)機(jī)器人到智能機(jī)器人，成為21世紀(jì)具有代表性的高新技術(shù)之一，其研究涉及的學(xué)科涵蓋機(jī)械、電子、生物、傳感器、驅(qū)動(dòng)與控制等多個(gè)領(lǐng)域。

　　世界著名機(jī)器人學(xué)專家，日本早稻田大學(xué)的加藤一郎教授說(shuō)過(guò)：“機(jī)器人應(yīng)當(dāng)具有的最大特征之一是步行功能?！彪p足機(jī)器人屬于類人機(jī)器人，典型特點(diǎn)是機(jī)器人的下肢以剛性構(gòu)件通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接，模仿人類的腿及髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)，并以執(zhí)行裝置代替肌肉，實(shí)現(xiàn)對(duì)身體的支撐及連續(xù)地協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，各關(guān)節(jié)之間可以有一定角度的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　雙足機(jī)器人不僅具有廣闊的工作空間，而且對(duì)步行環(huán)境要求很低，能適應(yīng)各種地面且具有較高的逾越障礙的能力，其步行性能是其它步行結(jié)構(gòu)無(wú)法比擬的。研究雙足行走機(jī)器人具有重要的意義

　　1.2 技能綜合訓(xùn)練意義

　　技能訓(xùn)練是在學(xué)生修完除畢業(yè)設(shè)計(jì)外全部理論和時(shí)間課程以后的一次綜合性時(shí)間教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的和意義在于：

　　通過(guò)技能訓(xùn)練，了解機(jī)器人機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)；

　　掌握機(jī)器人系統(tǒng)中元部件的正確選擇方法和特性參數(shù)的確定；

　　培養(yǎng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用，理論聯(lián)系實(shí)際的能力；

　　培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際操作能力；

　　1.3 技能訓(xùn)練的內(nèi)容

　　1、主要內(nèi)容：

　　1）、機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

　　2）、控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)與仿真；

　　3）、六自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制。

　　2、訓(xùn)練形式

　　學(xué)生以小組為單位，集體討論確定整體方案；指導(dǎo)教師給出實(shí)訓(xùn)方向，技術(shù)指標(biāo)等，協(xié)助學(xué)生完成訓(xùn)練任務(wù)。

　　第2章 元件選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　2.1元件選擇

　　2.1.1電機(jī)的選擇

　　常用的電機(jī)有直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、舵機(jī)等。下面我們大概對(duì)直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、舵機(jī)進(jìn)行一下對(duì)比（見(jiàn)表2-1）

　　表2-1 電機(jī)對(duì)比

　　電機(jī)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用重量應(yīng)用場(chǎng)合

　　直流電機(jī)功率大、接口簡(jiǎn)單、容易購(gòu)得型號(hào)多較難裝配、較貴、控制復(fù)雜任何重量的機(jī)器人較大型機(jī)器人

　　步進(jìn)電機(jī)精確的速度控制型號(hào)多、接口簡(jiǎn)單、便宜體積大，較難裝配、功率小、控制復(fù)雜輕型機(jī)器人巡線跟蹤機(jī)器人，迷宮機(jī)器人

　　舵機(jī)易于安裝、接口簡(jiǎn)單、功率中等負(fù)載能力較低

　　速度調(diào)節(jié)范圍較小重至2.5kg的機(jī)器人小型機(jī)器人，步行機(jī)器人

　　所以此處選取 MG995全金屬齒輪13公斤大扭力舵機(jī)作為雙足機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

　　參數(shù)說(shuō)明： MG995舵機(jī)

　　1.重量：60g

　　2.尺寸：約40mmX20mmX36.5mm

　　3.速度：0.17秒/60度（4.8V）；0.13秒/60度（6.0V）

　　4.扭矩：13kg·cm

　　5.使用溫度：0~~+55攝氏度

　　6.工作電壓：4.8V-7.2V

　　2.1.2關(guān)節(jié)材料及尺寸的選擇

　　由于舵機(jī)已經(jīng)選定，則根據(jù)加入墊片以后各寬度設(shè)計(jì)支架的寬度，并按著人體比例設(shè)計(jì)大腿、小腿處需要的支架的長(zhǎng)度。（如下圖標(biāo)注所示）

　　根據(jù)資料查閱，絕大多數(shù)小型雙足機(jī)器人關(guān)節(jié)材料均選用鋁合金作為材料，整個(gè)結(jié)構(gòu)采用1.5mm的鋁合金（LY12）鈑金材料，這種材料重量輕、硬度高、強(qiáng)度雖不如鋼，但卻大大高于普通鋁合金。且這種材料具有彈性模量、密度比高的特點(diǎn)。又因?yàn)闄C(jī)器總重不超過(guò)2.5KG，舵機(jī)扭矩為13 kg·cm。強(qiáng)度遠(yuǎn)小于鋁合金的抗彎強(qiáng)度。

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