1、課題名稱：滾動步行復合運動機器人的設計部位的轉移。這種被動行走的概念被應用于這篇文章介紹的復合攀爬機器人的設計當中，作為一種設計準靜態滾動機器人的方法，機器人骨架外部的每一個構件是作為整個圓的一部分，作為一個整體，這些構件為滾動步行復合運動機器人形成一個穩定圓形滾動平面，這和被動行走的腿功能是相似的。這種機器人通過各構件位置的變化，達到質量的重新分布，是重心改變，在重力的作用下，機器人不同的外表面點步路面接觸，實現機器人的運動。我們的準靜態滾動方法和被動動態行走機構的勢能變化方法是相似的，我們通過小幅度的改變機器人的重心從而增加系統的勢能，但是這用方法也有所不同，他不像被動動態行走機構只是動態

2、穩定的，滾動步行復合運動機器人和球形六足機器人允許他們被動的穩定，此為，我們限制控制定律來適應低速，我們避免了對滾動運動的深入的理論研究，例如動態、沖擊、接觸機構。1.4本課題的基本設計思路致力于使機器人獲得更快的移動速度、更高的機械效率和使機器人在攀爬和行走過程中對環境更具有適應性，我們開發了一系列具有攀爬、行走、和滾動的復合運動機器人，這機器人是基于形態學設計的，他可以在不添加額外構建的情況下實現攀爬和行走運動，這用機器人具有多種運動形式，他可以根據不同得路面變換不同的運動形式，所以這用機器人更具有環境適應性，在復雜，不平整的路面上，足式運動更有優勢，而在平整光滑的路面上，滾動則可以提供更

3、快的移動速度和更高的機械效率。此外，我們利用所設計的滾動步行復合運動機器人研究得到滾動和步行更具有機械效率，這就意味著滾動比步行更節能，基于此實驗開發的準靜態滾動控制裝置，證明了盤式滾動步行復合機器人的滾動比步行的功率因數之比為5.5.盤式滾動步行復合機器人是三自由度的平面機器人，這種機器人在二維的平面上做攀爬、翻滾測試，這個實驗可以在未來開發球形六足機器人提供思路，如圖1,演示了盤式步行復合運動機器人如何實現攀爬、行走、滾動，以及為實現不同的運動形式，各構件進行的變換。攀爬行走變換滾動圖1滾動步行復合機器人不同形式的運動及變化圖我們基于滾動步行復合運動機器人開發了的準靜態滾動控制裝置，他通過

4、各構件間的運動改變滾動步行復合運動機器人的工作重心，使其偏移幾何中心，這種準靜態滾動控制裝置的優點在于他應用了自然力學的知識，重心始終指向地面，通過重心相對于幾何中心的偏移，他不需要除餃鏈控制電位計以為的其他傳感器，僅利用重心的變化實現滾動步行復合機器人的運動。未來的將集中在如何實現動態滾動反饋的控制裝置的研究上，以實現更快的移位和更強環境適應性上。向前移動的關節軌跡通過獨立計算和靜態最優化軌跡處理找到需要的關節角，通過關節角的變化實現滾動步行復合運動機器人重心跟隨預訂軌跡的幾何中心變化而變化，以達到確定運動的目的，同時我們在機器人運動的過程中估計能量消耗和軌跡路徑的特征，我們還比較滾動和行走

5、兩種不同運動模式下的數據，并對數據進行分析。我們這里用的滾動控制裝置是在以往控制裝置的的基礎上改進上得到的，以往的控制裝置沒有重新產生想要的結果的能力，以往的控制裝置通過給便多關節的運動軌跡實現滾動步行復合運動機器人重心位置的變化，同時仿真技術用于手動調整多關節的位置，從而變換滾動步行復合運動機器人的運動方式。這種方式也有一個弊端，存在粘滯摩擦系數這可影響因數，他可能使模擬中產生的預期結果與實際的結果不一樣，從而引起失效。我們將會展示我們改進的準靜態滾動運動控制器將具有使滾動步行復合運動機器人完成整個運動的能力，同時具有跟蹤預訂的滾動角的能力，我們將進一步的展示滾動的運動方法比步行的運動方法能

6、夠提高機械。整個論文我們將會分階段的敘述滾動步行復合運動機器人，在第二部分我們將介紹機器人的研究背景和已經取得研究成果，在第三部分我們將詳述滾動步行復合運動機器人的結構設計，第四部分我們將描述滾動步行復合運動機器人的運動模式，第五部分我們將詳細介紹準靜態滾動運動控制器。為提供預期的重心位置變化而進行的關節運動路徑優化將會在第六部分介紹，我們將在第七部分討論實驗結果，我們將在第九章中討論未來機器人的研究方向和重點，我們將在第九部分做出總結。2盤式滾動步行復合運動機器人設計2.1介紹總體方案是設計一個雙足攀爬行走機器人，同時他具有變換構件位置，形成圓形，實現滾動，僅利用攀爬、步行的驅動，不需要添加

7、額外的驅動，就可以實現滾動，我們同圓形骨架的引入解決這一問題，機器人的每一個構件是圓形骨架的一部分，所以當用于攀爬的機構的兩足的腳掌面和在一起,就構成了一個圓形,所以圓形骨架在和其他的形式外形如輪子、添加附加物的方法相比，更具有優勢,這也使我們選擇圓形骨架的原因，這種裝置額外的重量可以達到相反的效果，同時限制了攀爬能力，圓形骨架可以增加整個機器人的直徑，例如構件高度，通過環境的限制環境的限制電機2"電機2"電機2“電機M圖2機器人設計的裝備圖2.2運動結構設計根據圖2展示機器人的外輪廓，我們可有看到，這個機器人是用四個構件由釵鏈連接而成的平面連桿機構，在橫向截面區域機器人被

8、四個構件均勻的分為幾個部分，構件1、構件2分別占機器人橫向截面的三分之一，機器人的兩個腳占據機器人剩下橫向截面的三分之一，一個創造性的腰部釵鏈把機器人的兩個腿構件連接在一起，兩個踝關節釵鏈則把機器人的腿構件和腳構件連接在一起。為使整個機構能夠對稱滾動，構成機器人的四個構件的質量必須平衡，這樣在機器人整個封閉的機構內，機器人的重心就一直接近于幾何形心。電雌，圖3釵鏈的分解圖2.3鉉鏈設計這一部分我們將介紹釵鏈設計的驅動原理，如圖3,釵鏈這樣設計的目的在于，既保證了釵鏈的直徑盡量小，同時允許傳遞盡可能大的轉矩，在傳動末端，每一個釵鏈軸被一個渦輪蝸桿機構驅動，這樣做有一些明顯設計優勢，電機被安裝在垂

9、直于釵鏈軸的位置，這樣做，可以使構件的長度減小，同時可以直接驅動釵鏈，渦輪蝸桿機構結構緊湊，占有空間小，但可以實現大轉動比轉動，可以實現很大的減速，這樣設計同樣允許在渦輪蝸桿機構前端裝一個齒輪箱，得到較小的傳動比，實現較小的減速，這樣做可以減少齒輪的級數，電機的大小和降低整個機構的重量。每一個餃鏈用一個型號RE-MAX17的微型電機驅動，這種電機裝備了GP16A的行星輪齒輪箱，整個齒輪減速系統實現傳動比為1264:1的減速，這種減速機構實現這樣大的減速有很多優點，因為電機的動態特征和其余的整個機器人其他構件間的動態特征是孤立的，所以皎鏈的動態特征就成了機器人動態特征的主要影響因素，這樣就可以實

10、現簡單的控制，此外，因為高傳動比的齒輪、渦輪蝸桿、都是不反饋的，這就在機器人攀爬過程中有了優勢，這就不需要電機在一個位置保持不動。這用選擇電機齒輪箱的聯合運用的目的是為了當剩下的構件以20°/s的角速度在水平方向伸展時，電機齒輪箱聯合運用可以使踝關節腳部構件擁有靜態轉矩，選擇這種電機的原因在于可輸出的功率在這種運行點可以達到最大值，對于滾動來說，更大的較鏈轉動速度是我么想要得到的，而這用電機齒輪箱聯合運用可以提供無負載情況下5(T/s的釵鏈轉動角速度。校鏈的位置反饋是有安裝在釵鏈軸端的電位計來完成的，用來提供釵鏈位置的直接測量結果，機器人其他皎鏈的位置反饋裝置都運用了同樣的設計，這樣

11、就降低了整個系統的復雜性。圖4對于釵鏈和抓手的最壞負載2.4腳設計機器人腳的設計思路出發點簡單易行，但同時要就求機器人腳的設計能夠讓機器人在不給滾動運動造成影響的情況下能夠完成完成攀爬，因為在完成滾動時，要求機器人的腳能夠彼此接觸的很緊密，腳的尺寸要求保持最小，以保證機器人有最大的運動幅度，電磁吸盤的質量也要被考慮進來，防止引起機器人整個機構的質量的分配不均，這樣在滾動中就可以得到理想的質量平衡分配。在當前設計的滾動步行復合運動機器人中我們選擇電磁吸盤作為腳部與路面間的固定裝置，因為電磁吸盤相對其他機構來說易于驅動，同時他的質量可以用來平衡電動機和電池的質量，但是這種設計也有一定的局限性，限制

12、了攀爬表面只能是用鐵材料制成的墻面，這用腳構件設計也具有靈活性的優點，可以用其他構件代替電磁吸盤，例如機械抓、吸盤、鉤子。我們的機器人腳機構設計充分利用了滾動骨架去提升脆弱的斷開的構件設計，同時提升了整個機構的運動特征，每一個電磁鐵都安裝在腳掌中心的位置，讓足構件能夠大幅度的運動，這樣就可以提供更高效率的運動，這種電磁吸盤設計可以上機器人懸在墻壁上。如圖43盤式滾動雙足步行的運動學分析盤式滾動步行復合運動機器人的整體的重心是由各構件的相對位置決定的，標準Denavit-Hartenberg轉換用來進行盤式滾動步行復合運動機器人的運動參數確定，如圖5,標注了Denavit-Hartenberg參

13、數在盤式滾動步行復合運動機器人的運動圖上，框架的中心c位于滾動圓的中心，這和滾動圓表面和地面的接觸點、各構件的位置同時確定，框架上的點g是地面與機器人框架表面的接觸點,界定義為滾動平面的參考方向，Zg則指向平面內部，滾動角6是旋轉的中框架中心c與Zg的夾角。倒重心。倒重心。°2Joint1Rcllinc'殞3就3/圖5滾動步行復合運動機器人滾動運動分析的運動模型表一圖5中參數確定.1(znm)(deg)(g)(mm)-148-90NaNa084*182-51-231T1167*363-84-211T2167*376-90-181T384*209-36-211T448-90Na

14、Na在框架C上的重心的位置Cr可以用以下齊次坐標表示m0°Z?0+m.°7；,/?1+m2°7；2b.+m.°7；for0<。<60°mt1-'Jcr+捋+叫7%2+叫1%3for60<(/)<180mtL'J2T()%+m；T'b+m22b2+氣for180<(/)<3003Tq%+37j%+m23T22b2+3m3%for300<(/)<360(3-1)這里Z是齊次轉換矩陣，代表坐標從框架j向i和/的坐標轉換，是調整重心位置的構件j和i的齊次坐標，構件i的質量用叫表示，

15、機構整體的質量用mj=m+m2+m3+m4,表1為在前面的方程和圖5中持續出現的狀態提供數值。在這篇文章后面的論述中大量用到的重心偏移距離L可以用以下公式得到(3-2)和重心偏置角的計算公式(p=atan2(。弓crx)+90(3-3)在公式中參數言和M是C,的第一、第二元素,4準靜態滾動控制假設滾動阻力和慣性對整個機器人機構的影響被忽略，滾動步行復合運動機器人達到平衡時重心的方向垂直指向與地面的接觸點，當重心位置發生變化時，滾動步行復合運動機器人要重新回到詞狀態，那么一定的重心變化，滾動步行復合運動機器人就有一個確定的運動方向，所以重心位置的變化以及其重新回到平衡的過程，重心的變化的位置起著

16、確定運動方向的作用，所以重心位置慢慢的變動，滾動步行復合運動機器人將會通過滾動重新達到平衡，這種運動原理如圖6,對于所有的重心偏距L>0的重心偏置角W,當重心偏移角巾在0360°慢慢變化,將會是滾動步行復合運動機器人旋轉，實際上，重心的偏距L越大，滾動控制裝置的控制能力越強，定向越平穩。平衡平衡重心偏置通過滾動恢復平衡5通過重心偏距的優化產生關節軌跡5.1介紹這一部分集中介紹為產生需要的重心偏距設計皎鏈路徑，首先我們介紹拱形的優化，然后介紹各個方面必須滿足的物理約束。5.2過程優化我們的準靜態控制方法的目的在于產生釵鏈路徑，這樣就可以重心偏置角W在0360°變化的過程

17、中產生重心大于零的重心偏距L。車交鏈路徑被用于向前反饋控制輸入到釵鏈上的伺服電機上，以不同的速率運動，我們把這些路徑的產生作為處理一系列限制優化問題的一部分，我們的目的在于在最大重心偏距、在分散的旋轉角路徑中得到釵鏈角劣，參數K的引入是為表示k次優化問題，MATLAB的fmincon功能就是用來循序的解決每一個K優化問題，從優化K得到的皎鏈的位置被用來評估優化K+1,關于驅動優化的問題只簡單的敘述。5.3限制優化5.3.1最大重心偏距重心的偏移長度為L”用公式2進行重心偏移長度計算，但是不能超過最大國民經濟和現代工業技術的發展使機器人在幾乎所有技術領域中日益廣泛應用，已成為實現自動化的主要技術

18、手段。機電一體化技術，控制技術，計算機技術的發展，使機器人技術與計算機技術大大的結合起來，從而使機器人技術技術進入了一個新的發展階段。致力于獲得更快速度、更高的機械效率、更具有適應性的攀爬行走機器人，我們開發一種兩足步行機器人，他可以完成行走、攀爬、滾動，這種機器人通過形態學設計，使其在不需要添加額外的構件的情況下就可以實現滾動，此外，我們在開發這種機器人的同時，為其開發了一種準靜態滾動控制裝置，可以實現盤式滾動步行復合運動機器人重心的變化，從而實現其滾動，同時，我們做了一系列的實驗，證明滾動比兩足運動更具有機械效率，功率因素可以達到5.5,我們掩飾了這種機器人具有在地坡度的斜坡上滾動和翻滾越

19、障的能力，我們設計這款機器人時要求這種機器人更節能，能夠適應不同的路面環境，在復雜的路面可以實現雙足行走，當路面平坦時，可以變換運動方式，實現滾動，這種滾動不是依靠傳統的輪子來實現的，而是依靠整個機器人形態上的設計形成一個圓形，依靠各構件間的運動，改變重心位置，實現機器人的運動。關鍵詞：滾動運動；攀爬運動；雙足步行；運動機器人；運動控制中重心偏移長度Lmax。我們選擇把重心偏移距離限制在最大值以內，這樣就就可以取不同重心偏距的滾動下評估不同的結果。這用約束不等式完成。02。（5-D5.3.2重心偏置角對于任何想要的滾動角巾k、重心偏置角Wk,這些參數用公式3計算，但是必須符合以下公式°

20、;=由Wk（5-2）5.3.3滾動平面的連續性為保證滾動步行復合運動機器人的滾動平面具有連續性，當滾動角靠近釵鏈運動對應的角度和構件運動終端即6滾動=0°,6°,180°,300°,360°時，皎鏈轉動的變化限制在他們允許的范圍內，那個相切雙曲線函數用來限制釵鏈的運動范圍內，如圖7,限制函數為mooth.ncritmooth.ncrit°=Q-m+A.|tanh-180。一|，一二n7)(5-3)enom=120°是適合于所有餃鏈定義皎鏈角，AOk,j是定義值的偏差，因為釵鏈j限制在-0allowWZOk,jWZOallow

21、,這里。allow=60°是皎鏈的物理限制，能夠變化的（l>k是我們需要得到的滾動角，-smooth=巾crit-30°是滾動角在整個機構變窄達到4）crito我們選擇了30°是因為這是這個機構能夠張開到最大程度是滾動角達到的最大值，在6crit=0。和60°之間，等同于6crit在300°和360°之間，指數n的取值取決于想要的滾動角在以下情況的取值for0°<<30°(5-4)1, for30°<<120°n=3,for120°<(/)k<

22、240°for240°<<330°4, for330°<<360°FootTwoFootTwoFootOnea”,圖8腳碰撞的定義5.4足之間的干涉對于任何想要的滾動角，滾動步行復合運動機器人的釵鏈的運動限制在給定的范圍內，這樣就可以避免滾動步行復合運動機器人腳跟腳之間的干涉，實驗證明滾動步行復合運動機器人其他構件之間不存在干涉現象，也就不再我們討論的范圍內，滾動步行復合運動機器人腳跟腳之間干涉的大小的可以用腳10一2和W和腳2。3和0J邊緣的距離衡量。在以下情況下干涉將會發生0八0and0<°x3-%(

23、5.5)這里°（1訂血框架i對于j內部影響因素，通過應用僅限于共同配置那就做不成了角度入手，這一原理見圖8.相關的參數在表一中進行了列舉，這些數據將會確定代表腳邊緣的滾動步行復合運動機器人各部分運動的協調。滾動步行復合運動機器人的腳表面和另外一個腳表面形成一個閉合的部分，這一動作，可以用以下數值描述if。<°x3-%Ujj=<°x3Qdjj,if0<（5-6）°x0-"du+°與-,else在這里Ui,j取負值表示滾動步行復合運動機器人的腳不會發生碰撞，當Ui,j取正值表示滾動步行復合運動機器人腳存在碰撞，這個結果可

24、以用以下不等值進行限制(5-7)(5-7)0>滬fori=L2"j=3,4皎鏈軌跡生成的結果圖樣在圖9中進行了描述，圖9描述了在允許的最大重心偏距2mm和8mm時，餃鏈和機器人重心的軌跡，為便于對照觀察，單一的最大重心偏距軌跡在圖10中進行了描述，從圖中可以清楚的看出，我們實驗中釵鏈軌跡產生的路徑成功的產生釵鏈連續的運動，這樣重心偏距軌跡在達到最大重心偏距時就是一個連續的數值。在重心偏置角接近/，時是一個例外，由于滾動平面持續性的約束，引起重心偏距降到零，雖然我們在研究我們開發的準靜態控制程序時忽略了慣性的影響，我們假設有足夠的動量和重力影響，引起整個系統的滯后，在實驗中將會使

25、滾動步行復合運動機器人通過O滾動平面持續性的限制可能引起釵鏈1和3的位置快速的接近外,，這樣就在系統中引入了我們不想看到的動態影響，但是，通過觀察，他們的加速度幾乎相等，而且方向相反，這樣就可以消除了整個系統動態影響，快速的皎鏈位置移動同樣受限于釵鏈軌跡如何作用于機器人，他限制了釵鏈角的變化快慢，在完成攀爬運動是要求大傳動比的齒輪，當速度變化時受限于電機的功率。JointAnglePaths(deg)(6(dp)<li-6u<mo(6(dp)<li-6u<mo100:p.r.、<V.4人50060180300360CGOffsetAngle(deg)(a)0601

26、80300360(b)(lu)E5UQ-JEsttoDuCGOffsetLengthPath(m)0.010.0080.0060.0040.0020060180300360CGOffsetAngle(deg)(c)(d)CGPathAboutGeometricCenter1801802100.01330(e)(f)鉉鏈路徑生成圖10相對幾何中心的最大重心偏距同樣需要注意的是，對于不同的最大重心偏距，釵鏈軌跡有相識的形狀，彼此之間有大小接近的版本，大一些最大重心偏距需要大一些的餃鏈偏移，這也表明在最大重心偏距軌跡下需要消耗更多的能量，因為這需要更大的鉉鏈結合。6本課程未來的研究方向因為盤式滾動步

27、行復合運動機器人的一個主要運動是攀爬，所以電機和齒輪要基于完成攀爬運動所需要的條件進行選擇，基于攀爬運動選擇電機、齒輪要求能夠給鉉鏈提供高的轉矩，這和完成滾動要求釵鏈有很大的轉速，能夠為滾動提供更多的動態模式，這兩點是矛盾的。因為減速齒輪系統本身所固有的低效率，使得用來完成減速的大傳動比的齒輪系統同樣會對不同形式的運動造成影響。未來將研究如何優化電機和齒輪系統，從而在允許滾動步行復合運動機器人攀爬各種不用的路面的同時具有高的釵鏈轉速和高的齒輪轉動效率。未來研究同樣包括開發能夠適應更動態方法滾動的控制系統，這些方法包括用腿踏開地面，通過餃鏈的結合為系統提供動量，用重心的偏移維持大的轉矩，我們將會

28、開發能夠完成狀態評估和地形特征識別的傳感器用來完成反饋控制，嵌入式控制系統將會代替分離式控制系統，我們將會研究根據不同運動模式和地形特征的轉換方法，用來是以后研發的機器人能夠更好的適應不同的環境。最后我們將利用在盤式滾動步行復合運動機器人上的研究成果，用來開發球型六足機器人和下一代盤式滾動步行復合運動機器人。7設計總結7.1本文的主要內容小結經過幾個月的學習與努力，終于完成了滾動步行復合運動機器人這一畢業設計課題，在這一課題中，我的主要內容是如何設計方案達到運動目的，如何進行結構設計，運動分析和結構運動的優化處理。(1) 在系統方案設計中，我閱讀了大量的關于機器人設計方面的書籍，如何比較已有方

29、案的的不同點，了解他們的設計思路，把他們的設計亮點運動的自得的設計中去，滾動、步行、攀爬，這每一種運動形式都有個大量的研究，我們設計的目的就是如何把這三種不同的運動形式結合在一起，那么必定要參考己有的設計方案，但是在設計過程中還有一些創新性的東西，那就是運動圓形骨架把這些不同的運動形式結合在一起。(2) 運動分析，在這一節的分析中我們要解決已經確定了結構的情況下，如何實現特定的運動，確定主要構件的支撐，和一些細節設計，使滾動步行復合運動機器人能實現滾動、步行、攀爬這三種運動，同時又可以輕松的實現三種運動形式的變換，在這里面重點要解決的是如何通過重心位置的變化，使機器人能夠順利實現所需的滾動。(

30、3) 優化處理，在這一部分中我們要解決滾動步行復合運動機器人運動過程遇到的特殊問題，比如如何對重心偏距L、重心偏置角進行限制，找出限制不等式，為了使滾動步行復合運動機器人能搞得到連續性的運動平面，又要對一些條件進行限制，最終的目的是為了得到理想的運動形式。(4) 最后是圖紙的繪制，這一過程中結合設計和工藝要求，對各零部件進行了標準繪圖，得到了的具體圖紙，并鍛煉了CAD軟件的運用能力。7.2設計心得實踐，是一面很亮的鏡子，能夠通過它看出我們自身的缺點，能夠通過它查找出自身缺乏的知識。通過這次設計，我明顯感覺到“書到用時方恨少”。大學四年的學習雖讓我們具備了一定的機械設計基礎知識，但總的來說我們的

31、知識缺乏實踐的檢驗，還是相當的零散，所進行的設計很粗糙，在以后的生活中我會不斷地學習充實自己。另外，設計行業是一個需要時間積累的行業，工程師往往需要大量的時間去磨礪。成功等99%的勤奮+1%的天賦。在今后的工作學習中我會更加堅定自己的目標，勇往無前而奮斗！參考文獻朱世強等。機器人技術及其應用。浙江大學出版社。2001.71 平偉等。助行機器人研究發展和展望，機器人技術與應用，2009年第一期。2 張煒。機器人服務sulartpaL機器人技術與應用。2007年第四期魯濤。智能輪椅研究現狀及其發展趨勢。機器人技術與應用。2008年的第二期。51王立權等。機器人創新設計與制作。清華大學出版社。200

32、7.6 萬家福，張文菲，張占松。網絡監控技術與應用。北京：機械工業出版社，2003.4美）泰勒Tayler.A）,美）萊曼Layman.R）,美）布格Buege.B）著；張偉，張華平，趙含譯，J2EE&Java黑客大曝光：開發安全的應用程序，北京：清華大學出版社。20037 朱世強，王宣銀，機器人技術及其應用，杭州：浙江大學出版社。2001.7宗光華，張慧慧。機器人設計與控制。華中科技大學出版社，2004.5【10】楊曉蘭等。機械設計基礎課程設計。華中科技大學出版社。2006.1【11】吳美芳主編，機器人控制基礎，北京，中國鐵道出版社，1992.4【12】馬香封主編，機器人原理及其應用

33、，機械工業出版社，198.8【13】蔡自新編著，機器人原理及其應用，機械工業出版社，1988.8【14】吳廣玉，江復興編，機器人工程導論，哈爾濱工業大學出版社，1988.8【15】重慶大學梁錫昌主編，機械創造方法與專利實例，國防工業出版社，2005.2【16】陳與平，周兆元主編，互換性與測量技術基礎，機械工業出版社，2005.10【17】朱張校主編，工程材料，清華大學出版社。2007.3【18】陳雪華，廖志勇，王光建，過功能教學機器人。重慶大學報。2004【19】朱輝，唐保寧，陳大復編著，畫法幾何與工程制圖，上海科學技術出版社，198220Goradia,A,NingXi,Internetba

34、sedrobots:applications,impacts,challengesandfuturedirectionAdvancedRoboticsanditsSocialimpacts,2005,IEEEWorkshopon.21ZengDehui,Xiecunxi,LiXuemeidesignandImplementionofInternetBasedHealthcare22RivinEugeneI,MechanicalDesignofRobot,McGraw-Hill,1988【23】MathewT.Mason,RobotHandsandthemechanicsofManipulati

35、on,theMITpress,198524Miller,Rex,FungamentalsofOndustrialRobotsanRObotics,RSW-Kentpublishingcompany,1988【25】Korenyoram,computercontrolofmanufacturingsystems,McGraw-Hill,Inc-1989【26】Burr,A,H,MechanicalAnalysisandDesign,Elevier,NewYork1982外文資料RobotsTheindustrialrobotisusedinthemanufacturingenvironmentt

36、oincreaseproductivity.Itcanbeusedtodoroutineandtediousassemblylinejobs,oritcanperformjobsthatmightbehazardoustodoroutineandtediousassemblylinejobs,oritcanperformjobsthatmightbehazardoustothehumanworker.Forexample,oneofthefirstindustrialrobotswasusedtoreplacethenuclearfuelrodsinnuclearpowerplants,Ahu

37、mandoingthisjobmightbeexposedtoharmfulamountsofradiation.Theindustrialrobotcanalsooperateontheassemblyline,puttingtogethersmallcomponents,suchasplacingelectroniccomponentsonaprintedcircuitboard.Thus,thehumanworkercanberelievedoftheroutineoperationofthistedioustask.Robotscanalsobeprogrammedtodefusebo

38、mbs,toservethehandicapped,andtoperformfunctionsinnumerousapplicationsinoursociety.Therobotcanbethoughtofasamachinethatwillmoveanend-of-armtool,sensor,andgrippertoapreprogrammedlocation.Whentherobotarrivesatthislocation,itwillperformsomesortoftask.Thistaskcouldbewelding,sealing,machineloading,machine

39、unloading,orahostofassemblyjobs.Generally,thisworkcanbeaccomplishedwithouttheinvolvementofahumanbeing,exceptforprogrammingandforturningthesystemonandoff.Thebasicterminologyofroboticsystemsisintroducedinthefollowing:1. Arobotisareprogrammable,multifunctionalmanipulatordesignedtomoveparts,materials,to

40、ols,orspecialdevicesthroughvariableprogrammedmotionsfortheperformanceofavarietyofdifferenttask.Thisbasicdefinitionleadstootherdefinitions,presentedinthefollowingparagraphs,thatgiveacompletepictureofaroboticsystem.2. Preprogrammedlocationsarepathsthattherobotmustfollowtoaccomplishwork,Atsomeoftheselo

41、cations,therobotwillstopandperformsomeoperation,suchasassemblyofparts,spraypainting,orwelding.Thesepreprogrammedlocationsarestoredintherobot'smemoryandarerecalledlaterforcontinuousoperation.Furthermore,thesepreprogrammedlocations,aswellasotherprogramdata,canbechangedlaterastheworkrequirementscha

42、nge.Thus,withregardtothisprogrammingfeature,anindustrialrobotisverymuchlikeacomputer,wheredatacanbestoredandlaterrecalledandedited.3. Themanipulatoristhearmoftherobot.Itallowstherobottobend,reach,andtwist.Thismovementisprovidedbythemanipulator'saxes,alsocalledthedegreesoffreedomoftherobot,Arobot

43、canhavefrom3to16axes.Thetermdegreesoffreedomoffreedomwillalwaysrelatetothenumberofaxesfoundonarobot.4. Thetoolingandgrippersarenotpartoftheroboticsystemitself;rather,theyareattachmentsthatfitontheendoftherobot'sarm.Theseattachmentsconnectedtotheendoftherobot'sarmallowtherobottoliftparts,spot

44、-weld,paint,arc-weld,drill,deburr,anddoavarietyoftasks,dependingonwhatisrequiredoftherobot.5. Theroboticsystemcanalsocontroltheworkcelloftheoperatingrobot.theworkcelloftherobotisthetotalenvironmentinwhichtherobotmustperformitstask.Includedwithinthiscellmaybethecontroller,therobotmanipulator,aworktab

45、le,safetyfeatures,oraconveyor.Alltheequipmentthatisrequiredinorderfortherobottodoitsjobisincludedintheworkcell.Inaddition,signalsfromoutsidedevicescancommunicatewiththerobotinordertotelltherobotwhenitshouldassembleparts,pickupparts,orunloadpartstoaconveyor.Theroboticsystemhasthreebasiccomponents:the

46、manipulator,thecontroller,andthepowersource.A,ManipulatorThemanipulator,whichdoesthephysicalworkoftheroboticsystem,consistsoftwosections:themechanicalsectionandtheattachedappendage.Themanipulatoralsohasabasetowhichtheappendagesareattached.Fig.lillustratestheconnectionofthebaseandtheappendageofarobot

47、.ThebaseofthemanipulatorisusuallyfixedtotheflooroftheworkareaSometimes,though,thebasemaybemovable.Inthiscase,thebaseisattachedtoeitherarailoratrack,allowingthemanipulatortobemovedfromonelocationtoanother.AbstractWiththedevelopmentofnationaleconomyandmodernindustrialtechnologies,therobottechnologyhas

48、becomewidelyusedinalmostallfieldsoftechnology.Ithasbecomethemaintechnologyaboutautomation.Withthedevelopmentofmechanicalandelectricalintegrationtechnologycomputertechnology,robottechnologyhasbeencombinedwithmicroelectronicsandcomputergreatly.Andtherobottechnologycomeintoanewstageofdevelopment.Motiva

49、tedbytheneedforgreaterspeed,efficiencyandadaptabilityinclimbingandwalkingrobots,wehavedevelopedabipedalplanarrobotthatcomplementsitswalkingandclimbingcapabilitieswithrolling.Rollingcapabilitiesareprovidedbyaninnovativemorphology,withouttheneedforadditionalresourcesbeyondthoserequiredbywalkingandclim

50、bing.Herein,wepresentthedesignofthisrobot,thedevelopmentofaquasi-staticrollingcontroller,andacomparisonofexperimentallyobtainedspeedandenergydataforwalkingversusrollinglocomotion.Weshowthatrollingcansignificantlyimproveenergyefficiencyoverwalking一asmuchasafactorof5.5.Wealsodemonstratetheabilitytorol

51、lupslopesandrolloverobstacles.IndexTerms：Leggedlocomotionmobile；robots；motionControlAsmentionedpreviously,theappendageextendsfromthebaseoftherobot.Theappendageisthearmoftherobot.Itcanbeeitherastraight,movablearmorajointedarm.thejointedarmisalsoknownasanarticulatedarm.Theappendagesoftherobotmanipulat

52、orgivethemanipulatoritsvariousaxesofmotion,Theseaxesareattachedtoafixedbase,which,inturn,issecuredtoamounting.ThismountingensuresthatthemanipulatorwillremaininonelocationoAttheendofthearm,awristisconnected.Thewristismadeupofadditionalaxesandawristflange.Thewristflangeallowstherobotusertoconnectdiffe

53、renttoolingtothewristfordifferentjobs.Themanipulator'saxesallowittoperformworkwithinacertainarea.Thisareaiscalledtheworkcelloftherobot,anditssizecorrespondstothesizeofthemanipulator.Fig.2illustratestheworkcellofatypicalassemblyrobot.Astherobot'sphysicalsizeincreases,thesizeoftheworkcellmusta

54、lsoincrease.Themovementofthemanipulatoriscontrolledbyactuators,ordrivesystems.Theactuators,ordrivesystem,allowsthevariousaxestomovewithintheworkcell.Thedrivesystemcanuseelectric,hydraulic,orpneumaticpower.Theenergydevelopedbythedrivesystemisconvertedtomechanicalpowerbyvariousmechanicaldrivesystems.T

55、hedrivesystemsarecoupledthroughmechanicallinkages.Theselinkages,inturn,drivethedifferentaxesoftherobot.Themechanicallinkagesmaybecomposedofchains,gears,andballscrews.B.ControllerThecontrollerintheroboticsystemistheheartoftheoperation.Thecontrollerstorespreprogrammedinformationforlaterrecall,controlp

56、eripheraldevices,andcommunicateswithcomputerswithintheplantforconstantupdatesinproductionThecontrollersisusedtocontroltherobotmanipulator'smovementsaswellastocontrolperipheralcomponentswithintheworkcell.Theusercanprogramthemovementsofthemanipulatorintothecontrollerthroughtheuseofahand-heldteachp

57、endent.Thisinformationisstoredinthememoryofthecontrollerforlaterrecall.Thecontrollerstoresallprogramdataoftheroboticsystem.Itcanstoreseveraldifferentprograms,andanyoftheseprogramscanbeedited.Thecontrollerisalsorequiredtocommunicatewithperipheralequipmentwithintheworkcell.Forexample,thecontrollerhasa

58、ninputlinethatidentifieswhenamachiningoperationiscompleted.Whenthemachinecycleiscompleted,theinputlineturnson,tellingthecontrollertopositionthemanipulatorsothatitcanpickupthefinishedpart.Then,anewpartispickedupbythemanipulatorandplacedintothemachine.Next,thecontrollersignalsthemachinetostartoperatio

59、n.Thecontrollercanbemadefrommechanicallyoperateddrumsthatstepthroughasequenceofevents.Thistypeofcontrolleroperateswithaverysimpleroboticsystem.Thecontrollersfoundonthemajorityofroboticsystemsaremorecomplexdevicesandrepresentstate-of-the-artelectronics.Thatis,theyaremicroprocessor-operated.Thesemicroprocessorsareeither8-bit,16-bit,or32-bitprocessors.Thispo