“变形金刚”机器人的设计与实现.docx

最新【精品】范文 参考文献 专业论文 “变形金刚”机器人的设计与实现 “变形金刚”机器人的设计与实现 　　摘 要：本项目参照人体骨骼结构并综合考虑运动中模块间的 碰撞、结构变化步数以及车型状态等因素，为机器人设计精确构型。 基于机器人结构设计，详细探讨本项目变形机器人人车变形过程， 具体展示不同构型的特点及相互之间的转换和衔接，打破变形机器 人研究局限，推进本领域关键技术的突破。 　　关键词：“变形金刚”机器人；设计；实现 　　0 引言 　　随着机器人技术不断发展，机器人的应用越来越广泛，几乎渗 透到所有的领域，使人类的生活发生了显著的改变。 　　美国和日本多年来引领国际机器人的发展方向，代表着国际上 机器人领域的最高科技水平。第一台可变形机器人样机就诞生于 1988 年，由美国卡内基?梅隆大学机器人研究所研制的可重构模块 化机械手系统（RMMS）。自此，变形机器人系统不断完善，各种可变 形机器人层出不穷。 　　我国在某些关键技术上有所突破，但未掌握整体核心技术，具 有中国知识产权的变形机器人较少。目前我国机器人技术相当于国 外发达国家 20 世纪 80 年代初的水平。特别是在制造工艺与装备方 面，不能生产高精密、高速与高效的关键部件。总而言之，国内产 业缺乏可变形机器人的制作技术。 　　综合国内外机器人的发展状况，可见机器人的研究已经取得了 一定的成绩。但是，由于某些机器人因机械结构的限制，很难适应 工作环境和任务的变化，因此迫切需要一种能够灵活地根据周围环 境调整运动姿态的机器人，以适应更为复杂的任务。 　　变形机器人是机器人领域中新兴起的一个研究方向，同时也是 当前机器人学研究领域的一个热点和难点。变形机器人又称可重构 机器人，是一种具有较强环境自适应能力的机器人，它可以根据环 境变化和任务要求而改变自身的构形来完成不可预知的作业任务。 最新【精品】范文 参考文献 专业论文 目前已经开发的变形机器人系统根据其能否实现自动重组，一般分 为两类：静态变形机器人和自变形机器人。但目前这两种机器人大 多还处于原理样机研究阶段，其移动与变形速度比较缓慢。本项目 所设计的变形机器人，由许多功能简单并具有一定感知能力的模块 机器人有机联接而成，有效地解决了上述机器人移动和变形速度缓 慢的问题。变形机器人通过变形获得不同的形态，实现机器人在不 同的环境情况下采取不同的运动步伐或机器人关节的运动导致本体 的某些部分相对位置的变化而呈现一种新的作业构形，以适应环境 的要求，从而发挥不同的作用。 　　1 “变形金刚”机器人的设计 　　本项目对变形机器人进行合理的优化，在保证机器人整个拓扑 连接关系不发生变化的前提下，通过机器人关节的运动导致本体的 某些部分相对位置的变化而重新呈现一种新的作业构形，完成给定 的任务。其次，通过汲取美国孩之宝公司推出一系列级别的变形金 刚玩具构思，改进本项目变形机器人的形态和构形的整体协调运动 形式。最后，通过 3D-MAX 等三维图解对机器人在变形过程中进行形 象的运动过程进行分析，为机器人的设计与实现提供了实质性的参 考依据。 　　1.1 机器人的结构设计 　　变形机器人的设计不同于一般人形机器人的设计。为了实现人 形状态的完备功能，机器人的构型需要依照人类运动关节的构造而 设计。本项目变形机器人采用了 19 个舵机实现其完整的功能。首先 是变形机器人人形基本结构的设计（如图 1）。腿部由 10 个舵机来 实现人形的基本功能，保证变形机器人处于人形状态下能够自由行 走，并且能够实现劈叉、侧走等多个功能。手部应用了 6 个舵机， 能够实现手部的前举、上举、侧举等功能。另外是头部的设计。在 变形机器人处于人形状态时，用舵机替代变形机器人的头部，而头 部的挡板转至胸前，作为机器人的胸板；在变形机器人处于车型状 态时，挡板转动覆盖住头部舵机，作为机器人车型的车头结构。为 保证车型机器人（如图 2）的实现，在机器人膝关节处加装了一对 360 度舵机并配有防滑轮作为主动轮，而在机器人的肩部加装了一 最新【精品】范文 参考文献 专业论文 对防滑轮作为从动轮，由主动轮带动从动轮实现机器人的自由前进。 同时，在变形构型设计上既要考虑在变形过程中模块间的碰撞、一 次结构改变的步数以及确保模块集合可以到达必要的位置，又要精 确设计车型四轮的安装位置，以及其他构型对其变形过程所造成的 影响。 　　图 1 机器人人形结构设计图 　　图 2 机器人车型结构设计图 　　1.2 机器人的运动模式及运动姿态设计 　　本项目机器人变形过程中，脚踝上 360 度舵机、膝盖舵机、腰 部舵机照指令旋转，促使变形机器人身体部位前倾，根据惯性，机 器人身体部位向前转动落于腿部、腰部部位接触地面、腿部呈现折 叠状态。这时，变形机器人腿关节处装有的车