论文总字数：21748字

摘 要

关键词：机器人；驱动器；机构设计；转动实验

Multi-axis combination of hydraulic drive designed for biped robot B

02012101 ZHU Jie

Supervised by LUO Xiang

Abstract: Research on this subject is based on conventional hydraulic drive of the laboratory to carry out. The drive is the third generation of single blade rotating hydraulic cylinder researched and developed by laboratory independently. The main task of this paper is to complete the design of the structure of the B and A. The B of robot is required for two degrees of freedom that can realize the B flips and swings up and down, and meets the requirements of the load, person's own weight, to make B flexible. In this paper, the demonstration program and institutional design of the B mechanism, completed in Solidworks 3D modeling and rendering of parts and assembly drawings, complete assembly and commissioning; finally, a series of experiments carried out rotation of the B, verification the reliability of the drive working.

Key words: robot; drive; construction design; rotation experiment

目录

1、绪论 1

1.1 引言 1

1.2 研究背景 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 课题研究任务和目标 2

2、足踝部驱动器机构设计 3

2.1 引言 3

2.2 足踝部驱动器结构确定 3

2.2.1 机器人关节类型 3

2.2.2 关节机构的优缺点： 5

2.2.3 机构结构初步设计 6

2.2.4 脚掌形状设计 7

2.2.5 脚掌连接设计 7

2.2.6 A缸和B缸连接设计 7

2.2.7 B缸和heel连接设计 8

2.2.8 液压缸基本结构设计 8

2.2.9 缸内密封设计 9

2.2.10 静叶片设计 11

2.2.10 B缸设计 11

2.2.11 A缸设计 11

2.3 足踝部尺寸设计与校核 12

2.3.1 脚掌曲面尺寸设计 13

2.3.2 A缸尺寸设计 14

2.3.3 B缸尺寸设计 16

2.3.4 两缸连接件尺寸设计 16

2.3.5 支撑架尺寸设计 16

2.3.6 整体结构模型 16

2.4 本章小结 17

3、足踝部驱动器机构加工工艺分析 17

3.1 引言 17

3.2 工艺分析 17

3.2.1 A轴 17

3.2.2 A缸体 19

3.2.3 A叶片 19

3.2.4 A端盖 19

3.3 本章小结 20

4、足踝部驱动关节实验结果和分析 21

4.1 引言 21

4.2 实验记录 21

4.3 本章小结 22

5、总结和展望 22

5.1 总结 22

5.2 展望 23

致谢 23

参考文献 24

两足机器人足踝部多轴组合液压驱动器设计

1、绪论

1.1 引言

客观世界存在着两种“人”，一种是大自然经过数万年进化而创造的人，另一种则是现代科学技术发展的人工产物，即人类创造的机器人。人形机器人是一种智能机器人，它的形状和人类似，具有移动功能、操作功能、感知功能和记忆等多种能力。

劳动创造了人类。人类以自己直立的身躯、能劳动的双手、交流情感和思想的语言，在长期的生产实践中，促进神经系统尤其是大脑获得了高度发展。因此，人类无与伦比的能力和智慧远远超过生物界的所有类群。而人形仿生机器人也越来越受到国内外研究学者的广泛关注。美国最早创建仿生学学科，并紧紧围绕国家的安全需求，在美国国防部先进研究计划署(DARPA)的支持下，在仿生军用四足机器人和仿生壁虎机器人方面成效明显；德国的费斯托(FESTO)公司的仿人机械手臂以其柔美的姿态让人为之惊叹；日本本田公司研制的仿人机器人阿西莫(ASIMO)智能特性位居国际前沿水平；我国的仿生机器人“汇童”的研制成功也标志着我国在机器人技术研究国际领域也已跻身前沿。

千百年来，人类一直希望找到一种自身的替代品，来完成人类无法完成或实现的行为。可以说人形机器人是人类的希望和梦想，是人类试图扩展其行为范畴的愿望。仿人是人类对高级智能形式的探索，是研究和学习人类自身技能的实验平台，集中了当代众多高技术于一身。显然，人形机器人的研究具有重要的科学意义，并会促进其他相关学科的发展。

机器人在现代生活中的应用越来越广泛，在人类的生产、生活中扮演着日益重要的角色。自 机器人诞生以来，人们对机器人的定义有很多种。准确来说，机器人是一种自动执行工作的装置， 能够协助或取代人类在各行各业的工作，根据具体应用的不同，可以分为移动机器人、工业机器 人、仿生机器人、医疗与康复机器人等。机器人集机械、电子、计算机、材料、传感技术、控制 技术、人工智能、仿生学等多门学科为一体，代表了一个国家机电一体化发展的最高水平，是当前科技发展最活跃的领域之一。随着应用范围的扩大，机器人的运动灵活性问题也越来越受到大家的关注，类人机器人的研究也随之蓬勃发展起来。并联机器人的出现可以回溯到 20 世纪 30 年代，与传统的串联机器人相比晚了30 年，但是由于在应用上它与串联机器人构成了互补关系，从而扩大了机器人技术的应用领域。同时，由于空间并联机构与串联机构相比在运动学和动力学分析方面都要复杂得多，其研究成果对于推动机器人技术和机构学理论的发展做出了重要贡献。并联机器人理论和应用的研究得到了日益广泛的关注，已成为机器人研究领域不可缺少的组成部分。

1.2 研究背景

传统的机器人运动方式主要有轮式、履带式、仿生爬行式。这些运动方式共同的不足就是难以快速越过障碍物或沟渠。而随着机器人应用领域的扩大，机器人面对的环境也变得更加复杂，比如军事侦查、反恐活动、星际探索、灾害搜救等，在这些特殊环境下，机器 人必须要有较强的运动能力，这时候类人机器人就凸显出它的重要性。较强的运动能力需要较大的扭矩来带动，因此采用液压驱动也是现代高性能机器人的必要条件。紧凑的关节是实现类人机器人的关键一步，也为机器人的其他功能的实现打下基础。液压机器人的驱动机构就是液压缸，随着机器人学科的发展，模块化思想也越来越盛行。足踝部驱动器就是一个模块化思想，可以直接和机器人的腿部装配，下方连接上脚，因此足踝部驱动器是一个关节技术。如何把它设计的小，看起来更加符合人体结构，同时满足机器人运动的各个要求，是目前我们追求的一个目标。

1.3 国内外研究现状

现在国内外有好多机器人产品能够实现步行，但是大多数机器人的脚掌是平面，缺乏一定的适应性和平衡能力。市场上许多正在使用的机器人产品脚步都是单自由度，只有上下摆动，不能像人一样，实现三个方向的转动。目前，国内外许多机器人踝关节采用电机带动，负载小。如果想要实现大功率负载，就需要用到液压能。目前用到液压缸的机器人形体较大，液压缸体积较大。在外型上和人实际的尺寸相差较大。在液压机器人方面，美国波士顿动力公司做出很大的进步，他们研发出的最新一代机器人Atlas第二代高5英尺，重180磅，可实现自由行走，被人推倒后还可以自行站立起来。

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