一、选题背景、目的及意义

在自然界和人类社会中存在一些特殊场合。对这些环境进行不断地探索和研究，寻求一条解决问题的可行途径成为科学技术发展和人类社会进步的需要。地形不规则和崎岖不平是这些环境的共同特点。从而使轮式机器人和履带式机器人的应用受到限制。以往的研究表明轮式移动方式在相对平坦的地形上行驶时，具有相当的优势运动速度迅速、平稳，结构和控制也较简单，但在不平地面上行驶时，能耗将大大增加，而在松软地面或严重崎岖不平的地形上，车轮的作用也将严重丧失移动效率大大降低。为了改善轮子对松软地面和不平地面的适应能力，履带式移动方式应运而生但履带式机器人在不平地面上的机动性仍然很差行驶时机身晃动严重。与轮式、履带式移动机器人相比在崎岖不平的路面步行机器人具有独特优越性能在这种背景下多足步行机器人的研究蓬勃发展起来。而仿生多足机器人的出现更加显示出步行机器人的优势。

“仿生学”这一词于 1960 年在第一届仿生学会议上被提了出来，并通过长时间的发展，与机械方面融合发展成为了一门新兴的学科仿生机械学。仿生学就是以某种特定的生物为结构原型，模仿它的结构并实现它的部分功能的学科。仿生机器人不仅能够适应各种各样的恶劣环境，还能够在这种环境下成功执行高难度、高危险的任务，并且以高精度、高可靠性、高灵活性等优点而著称，使其逐渐成为现代社会高科技发展中举足轻重的一个重要学科方向。仿生机器人也体现了一个国家高科技实力和发展水平，诱使世界各个国家都投入巨大的精力对此领域进行重点的研究。

多足步行机器人的运动轨迹是一系列离散的足印运动时只需要离散的点接触地面对环境的破坏程度也较小可以在可能到达的地面上选择最优的支撑点对崎岖地形的适应性强。正因为如此多足步行机器人对环境的破坏程度也较小。轮式和履带式机器人的则是一条条连续的辙迹。崎岖地形中往往含有岩石、泥土、沙子甚至峭壁和陡坡等障碍物可以稳定支撑机器人的连续路径十分有限，这意味着轮式和履带式机器人在这种地形中已经不适用。多足步行机器人的腿部具有多个自由度使运动的灵活性大大增强。它可以通过调节腿的长度保持身体水平也可以通过调节腿的伸展程度调整重心的位置因此不易翻倒稳定性更高。当然多足步行机器人也存在一些不足之处。比如为使腿部协调稳定运动从机械结构设计到控制系统算法都比较复杂相比自然界的节肢动物仿生多足步行机器人的机动性还有很大差距。

本设计以研制出模拟蚂蚁步态爬行的六足机器人为目标，此次设计虽然只能实现一些基础的功能，但以后可以对其进行二次开发，可以应用在电子导盲犬、户外营救、外卖等方面，在众多行业中具有广阔的发展应用前景。

二、国内外的发展状况及趋势

机器人技术的发展从无到有，从低级到高级，随着科学技术的进步而不断深入发展。谈到足式机器人，当然目前主流大多是联想到和人相似、有亲切感的双足机器“人”，从某一层面来看，以双足步行为演化上的一个极为小众的特例，本身对达到稳定运作控制的困难度很高。从另一个角度来看，人类所能自在运动的地表也局限在某一些形态之中，若要探讨如何在各式自然地形上运动的法则，就要回过头来探讨多足动物的运动机制。而从客观方面来评析，单就在崎岖路面上运动的稳定性来探讨，采用多足机器人会比较简单且实际。基于这一些原因，仿生多足机器人的研发便有了背后的动机，模仿经过长时间演化后动物的构造，观察它们的运动，了解为什么有如此的动作，再利用机构或是控制去完成。在自然界中，我们看到体型较大、有优秀运动能力的动物像马、猎豹、羚羊等等都是四只脚的哺乳类动物，但考虑到稳定性却是六足比较占优势，只要用简单的三脚步态即可让重心轻易落在支撑的三角形中，因此选择六足机器人进行设计。四足动物的脚可能需要比较大的力量才能表现出他的特性，但我们尚无法仿造出重要的肌肉和控制系统，以现有机构和马达组成的系统，重量太重而无法有效运动。这时，自由度的选择以及机构设计便成了一个很重要的课题。近年来为实现生产过程自动化，已有不少操作机器人广泛应用于生产过程，尤其是那些人力所限和人所不及的环境或危险场所，将是机器人进一步发展的应用领域。在美国，军事科技研究一般拥有数亿美元的巨资作为后盾。美国国防部高级研究计划局常为各个大学和自由经济体的科研项目慷慨解囊。军方亦拥有独立的大型研究实验室，然而其大部分研究成果从未公之于众。尽管如此，目前披露的成果足以令人惊叹不已。目前，多足仿生机器人的研究基本上是基于模仿自然界中昆虫的运动步态（如蚂蚁）来设计的，通常都会选择周期规则步态作为仿生多足机器人的步态规划依据。虽然该类多足仿生机器人的脚具有较大的自由度，但是其控制起来较为烦琐，并且不能精确的定位。中国与国外相比，目前还存在一定的差距，虽然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，生产了部分机器人关键元器件，但可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。中国的智能机器人和特种机器人也取得了不少成果。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则不如国外，毕竟国内起步稍晚。

2. 研究的基本内容与方案

一、主要任务和要求

搜集和学习课题相关资料，掌握六足步行机器人的工作原理和相关参数设计原则。机器人结构设计：机器人本体设计，机器人腿部设计，腿部参数确定，腿部驱动确定，遥控设计。 做出实物实现前进、后退、左转、右转、避障、越障等动作，并对一些参数进行修改实现设计的优化。仿生六足步行机器人根据蜘蛛等节肢昆虫的步行原理，建立起步行运动的模型，将其的运动进行简化，抽象出六足运动的基本原理。

设计拟解决以下几个问题