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编号：2014- 基于项目学习的机械创新设计大赛 结题报告书 项目名称： 仿生蜈蚣机器人 项目负责人： 二、指导教师意见： 签 名： 年 月 日 三、院评审委员会意见： 评审主任签名（或盖章 ）： 年 月 日 四、项目研究结题报告 1、课题背景 1）背景 近年来仿生机器人发展形势很好，在各方面取得各种成果，具有广阔的开发前景。目前机器人正在朝着三个方向改进：更加智能化功能多样化、更加生动高度仿真、更加小型化。 2）研究目的及意义 仿昆虫机器人是机器人小型化的一个重要突破点，爬行机器人是移动机器人的一种，可以在战场上完成侦察、运送物品，或在其他星球进行探路。由于机器人要去人类无法到达的地方，在工作时候就要最大程度的保证其正常，但是未知因素的存在让我们无法预料会发生什么。因此，机器人需要有良好的适应力，可以适应比较恶劣的工作环境。 3）主要研究内容 仿蜈蚣机器人多足且贴近地面运动，重心低，这样的运动方式稳定性更高。在运动过程中机器人会因为周围环境的影响，引起机器人本体或者某个部件的损伤，蜈蚣机器人作为多足爬行机器人，有着在少数足出现故障时，凭借剩下的足仍旧能够爬行的强大优势。 2、课题研究内容与方法 1）课题研究内容 由于传统的爬行机器人的体型与灵活度不能同时保证，在探测、侦查、搜救等方面的应用有较大的限制，因此需要研究一种体态小、身体灵活的仿生机器人，仿生蜈蚣可以满足上述的描述，并且由于其多足的特点，可以在少数的足出现故障时继续工作，蜈蚣的体态小，重心低，不易发生翻转，更加稳定。 通过对仿生蜈蚣的研究，可以了解已成形的仿生蜈蚣在工作上的遇到的问题，也就是我们的研究内容主要是：运动不平稳，内部受到较大的冲击——通过设计合理的曲柄连杆机构，使得脚落地时的运动曲线平滑，不存在较大的加速度的变化，结构的内部受到的冲击较小。 2）课题研究方法 初期，完成了仿生蜈蚣大体形态及功能的初步定义，确定大致研究方向。查找同类作品，比较异同，小组集思广益汇集创意，绘制大致草图，创新设计处的草图。 中期，通过查找资料，分析各种机械运动的优缺点后，确定了机器人细节部分的设计，三维模型和简单实物模型的制作等。 最后，进入将设计实物化的进程，把三维模型画成图纸，购买材料并进行加工组装和调试。 3、研究结果 我们设计的这款仿蜈蚣机器人（图1、图2），体型中等，共有6节，其中普通节，长60mm,宽90mm，高60mm，第二节动力节，长115mm，宽90mm，高60mm，第一节头部，长65mm，宽90mm，高60mm；另外这个机器人运动灵活，可以实现前进、抬头（图3）、爬坡、下坡、转向（图4）等功能。 图1、2.蜈蚣机器人 图4.蜈蚣机器人抬头时照片 图3.蜈蚣机器人转向时照片 4、创新点 4.1爬行方式： 驱动足采用曲柄摇杆机构，将四杆机构的摇杆作为腿，实现腿前后摇摆行走。连杆的设计简单，构件之间的配合度要求不高，通过对尺寸的设计，可以实现步长大，起伏小的运动形式。如图5，通过matlab绘制的足尖运动轨迹可以看出，运动比较平滑，加速度的变化小，冲击小。如图6为本蜈蚣机器人的一只足。 图5.matlab绘制的足尖着地点的运动轨迹 图6.曲柄摇杆足实物示意图 4.2足的安排： 每一节用一对足（图7），这样不会产生运动干涉，并且减小了的整体尺寸，转弯时也会更加灵活。 图7.足的安排实物示意图 4.3落足方式： 蜈蚣共有九节，通过计算和不同相位的摆放，可以实现一部分足落地一部分组抬起，交替的方式（图8），并且能同时保证蜈蚣的稳定行走。当个别足损坏，无法运动时，仍能够保持运动。 图8.行走实物示意图 4.4带传动传递动力： 如图9、10，可以看到，每一节有一对足，安装左右各两个皮带轮，分别与前一节和后一节相连。这样，只需一个原动力（图11），就可以提供各节的动力。 图9.皮带轮分布示意图 图10.皮带轮分布实物示意图 图11.原动力实物示意图 4.5转向机构： 在一二节实现转向，通过舵机控制，将两个舵机通过两个C字形结构连接，分别控制左右和上下转向（图12）。 其余部分用十字轴万向节实现两两连接（图13、14）。 图12.C字形结构实物示意图 图13、14.十字轴万向节实物示意图 4.6张紧装置： 两节间采用十字轴万