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仿生六足机器人的设计

申报人:杨骐诚 申报日期:2021-12-09

基本情况

2022校院级项目管理
仿生六足机器人的设计 学生选题
创新训练项目
工学
机械类
项目来源竞赛专项
一年期
随着人类在环境中对既具备高移动能力,又具备可靠性,且易于扩展的移动平台日益迫切的需求,步行机器人作为一种拥有全方位移动能力的移动运载平台,具有广阔的应用前景。从仿生学角度来讲,在众多机器人中,模仿昆虫以及节肢动物的肢体结构和运动控制的思路而创造出的六足机器人具有代表性。本项目通过设计和组装六足机器人,分析六足机器人的行走步态和移动原理,对六足机器人的步态进行研究分析,实现生物特征的高效率机械。

参与过机器人项目研究;

参与江苏省大学生机械创新设计大赛。

参与江苏省自然科学研究项目两项;

授权国家发明专利1项,实用新型专利5项;参编教程3本。

指导学生获得江苏省大学生工程训练综合能力竞赛二等奖和三等奖;

指导学生获得江苏省大学生机械创新设计大赛一等奖和三等奖;

指导学生获得“三菱电机杯”全国电气与自动化大赛二等奖;

指导学生获得省级大学生校企合作基金项目3项,省级一般创新项目1项。



指导老师对本项目持支持态度,为本项目提供技术指导及改进意见,在小组合作是对我们进行指导、监督,督促本小组成员在规定时间内完成既定任务,对本项目提出合理的方案和建议,使本项目具有可靠性、丰富性。

校级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
杨骐诚 机械与电气工程学院 机械设计制造及其自动化(数控技术)(本科) 2019 运行程序,建模,搭建等
林伟楚 机械与电气工程学院 机械设计制造及其自动化(数控技术)(本科) 2018 运行程序,建模,搭建等
梁朝军 机械与电气工程学院 机械设计制造及其自动化(数控技术)(本科) 2019 构思,购买,搭建等

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
刘凯 机械与电气工程学院

立项依据

在自然界中,生物通过物竞天择和长期的自身进化,已对自然环境具有高度的适应性。它们的感知、决策、指令、反馈、运动等机能和器官结构远比人类所曾经制造的机械更为完善。随着人类在对环境中既具备高移动能力,又具备可靠性,且易于扩展的移动平台日益迫切的需求,步行机器人作为一种拥有全方位移动能力的移动运载平台,具有非常广阔的应用前景。从仿生学角度来讲,在众多步行机器人中,模仿昆虫以及其他节肢动物的肢体结构和运动控制的思路而创造出的六足机器人具有代表性。六足机器人与其他机器人相比,具有控制结构相对简单、行走平稳、肢体荣誉等特点,故而拥有较好的机动性,比较容易实现稳定行走,可适应于复杂地形的行走,在其他领域应用的也比较多。为此,我们根据动物的运动形态、身体结构和功能特点,用巧妙的机构和机械结构来模仿;实现模仿生物的形态、结构和控制原理,设计制造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械。

通过对昆虫以及其他节肢动物的肢体结构、运动形态和功能特点,先行设计出草图,并画出三维模型,进行装配和运动仿真;调试完毕后组装出六足机器人,用舵机、舵机板和锂电池等材料为基础搭建机构,对其进行前进、后退、左转和右转等动作设计,分析六足机器人的行走步态和移动原理,对六足机器人的步态进行研究与分析,实现生物特征的高效率机械。 

国内外对于仿生机器人,特别是多足机器人的研究比较多。随着技术的不断创新、计算机和控制技术的发展,国外对于多足机器人的起步较早,取得的成果较多。我国目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术;我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下,也取得了不少成果。

1、六足机器人拥有部分蜘蛛的特点和特性,与地面接触面积小,寻找着力点更加容易,行走平稳,拥有较好的机动性,可适用于复杂地形的行走。

2、相比较于其他仿生机器人,仿真六足机器人使用三角步态法,速度更快,更加稳定;机械功能更集中,效率更高。

3、可在六足机器人完成的基础上加装仿蜘蛛吐丝装置,类似于机械臂取物,可以收放物品。

本项目需要完成六足机器人的设计和拼装以及舵机的调试。首先利用ug设计出三维模型,根据设计的尺寸信息利用3D打印机制造出需要的肢体材料,其他的机体材料可采用金属和玻璃纤维板混合而成。舵机板采用24路舵机板,电池用高压锂电池,保证18个舵机稳定可靠的运行,使六足机器人在运动中具有高移动能力,又具备可靠性。当然,我们也会需要Arduino控制程序并结合各种传感器实现六足机器人更多的功能。

2021年12月—2022年2月:制定设计方案;

2022年3月—2022年7月:完成结构设计,完成仿真;

2022年8月—2022年9月:搭建成品;

2022年10月—2022年12月:实现成品智能化并运行。

参与过省级机器人大赛的研究;

参与过机器人大赛活动;

参与江苏省大学生机械创新设计大赛。

实验室中已有相关的多足机器人的研究成品,可具有研究价值;当然,我们也缺少一些新的结构设计。增强团队团结力,凝聚力,让每位成员尽情发挥各自应有的实力,为仿生六足机器人提供更好的结构设计以及舵机控制的选择,让我们所设计制造的六足机器人功能更集中,使其具有的生物特征更明显。

经费预算

开支科目 预算经费(元) 主要用途 阶段下达经费计划(元)
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 4000.00 2000.00 2000.00
1. 业务费 0.00 0.00 0.00
(1)计算、分析、测试费 0.00 0.00 0.00
(2)能源动力费 0.00 0.00 0.00
(3)会议、差旅费 0.00 0.00 0.00
(4)文献检索费 0.00 0.00 0.00
(5)论文出版费 0.00 0.00 0.00
2. 仪器设备购置费 2000.00 舵机板,舵机,锂电池等 1000.00 1000.00
3. 实验装置试制费 0.00 0.00 0.00
4. 材料费 2000.00 金属和玻璃纤维板混合材料、型材、控制板等 1000.00 1000.00
结束