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全国大学生机械产品数字化设计大赛 作品说明书 仿生螳螂机器人 作者: 李强 林水杉 刘希福 学校: 辽宁工程技术大学 指导教师: 一、作品背景 随着科技的发展,机器人应用越来越广泛。仿生机器人作为机器人家族中的重要成员,具有高度灵活性和柔性,还具有高度的易复制性,这就决定了仿生机器人在21世纪必将出现更多的种类,仿生机器人也将得到更深入的应用。 生物机器人即活体生物的人工控制,是生物学、信息学、测控技术、微机电系统技术高度发展并且相互结合的产物。世界各国早已开展利用动物作战的研究。如训练狗钻入敌方要地将其炸毁,或利用海豚侦察潜艇等。 现在更多的国家都在研究将微型传感器安装到小动物的身上,使其进入人类无法到达的地方。 针对与自然界的螳螂所特有的能力,我们团队对设计了一款仿生螳螂机器人。 二、作品特点 1、高仿真螳螂,集聚螳螂的走、跳、爬、抓取特点。 2、为使机器人更好的适应环境并能更长久的工作,我们设计了两套供电系统,一为太阳能翅膀,二为腹部的铅蓄电池。 3、本机器人能够以四足和六足行进,加上多节的机械机构,大大提高了仿生螳螂越障能力。 4、本机器人内置自动平衡系统,确保机器人在行走及爬行时的稳定性。 5、可实现远程控制。 6、360视觉检测。 7、可进行爬杆,以完成高空作业。 三、作品结构 本仿生螳螂器人由主体、地面移动系统、机械截割臂、供电系统、自动平衡系统和控制系统六大部分组成。我们团队根据螳螂的运动结构及特点进行精心设计,其三维的整体架构如图1所示: 图1 仿生螳螂的架构图 图2 仿生螳螂的分解图 作品工作原理 1、地面移动系统 本仿生螳螂机器人的地面移动系统为四足行进控制。机器人腿部为连续转动式腿机构,如图所示。其腿部结构尺寸为:髋关节长度1=120mm;大腿关节长度2=160mm;小腿关节长度3=220mm。其中每一部分都可以一定角度转动或者摆动,髋关节沿着自身轴心转动,大腿关节和小腿关节分别绕O1、O2转动。初始状态大腿关节轴心沿着x方向,小腿关节平行于y方向垂直于x方向。 图机器人腿部为连续转动式腿机构  通过对步行机器人进行稳定性分析,选择合理的摆动腿顺序,采用如图所示的步态,即初始状态4足处于站立状态,如图所示接着后腿1和前腿2向前跃进,这个过程中髋关节转动,大腿关节绕O1小幅度转动,小腿关节绕O2向外转动,其余两腿保持站立状态;当后腿1和前腿2跃进站稳后,前腿1和后腿2开始跃进,如图(c)所示,如此往复向前运动。   图机器人步态分析图 当遇到更为复杂的路面时,可以放下双爪,这样可实现6足行走,其中右爪,左前足,右后足为A组;左爪,右前足,左后足,为B组。两组足交替前行,这样不但加快了行进速度,还增加了行进的稳定性。其三维六足行走如图5所示: 图5 六足行走姿态图 2、平衡系统 图6 平衡系统示意图(一) 图7 平衡系统示意图(二) 自平衡系统可使机体在动态行走中时时平衡,通过连杆机构平衡系统示意图中,此装置为本机器人的平衡系统的组要部分。机体可在复杂的行走环境下通过调节配重块的滑移,进而达到平衡机体,保持机体的平稳工作。 当前足向前迈进或后退时,推动杆一向后移动,杆一杆二铰链,进而带动配重移动,使重心在行走的动态中保持平衡。 3、机械截割臂 图8 机械截割臂工作原理图 割臂共有4个自由度,由4部分组成,通过控制能实现螳螂所特有的攻击时的状态,同时机械截割臂可以实现物品的搬运,对物体进行截割,当其与头部配合时,是一个完美的操作平台。 4、供电系统 图9 一款太阳能电池板 本仿生螳螂机器人共采用2块太阳能电池板为机体供应能量,两块太阳能电池板利用四杆机构翻转到机体的两侧,由于使用了四杆机构,这两块电池板可做213 度翻转,可以随着太阳的运动调整这两块太阳能电池板的姿态,便于更好的吸收太阳能。 图10 高倍率航模电池 机体另有一组高倍率航模电池安装与腹部,保证了在没有充足阳光时,机体依然可以正常工作。 当机体进入狭小的空间内时,太阳能电池板会收起,此时机体的能量供应就由高倍率航模电池供给。实现能源的充分利用。 5、导航系统 本机器人的头部装有两个微型摄像头,每个摄像头都可以360度旋转,这样保证了对周围信息的有效捕捉,其触须为两个天线,用于数据的接收与传输,可实现远程控制。内部藏有机械嘴,用于工作。 6,电机控制系统 五、主要创新点 1、本仿生螳螂机器人具有更强

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