分类号： 密级： U D C: 编号： 工学硕士学位论文 多足仿生机器蟹结构设计及实验研究 硕士研究生：李林 指导教师：王立权教授 学位级别：工学硕士 学科、专业：机械电子工程 所在单位：机电工程学院 论文提交日期：2009年12月 论文答辩日期：2010年3月 学位授予单位：哈尔滨工程大学
分类号： U D C： 工学硕士学位论文 密级： 编号： 多足仿生机器蟹结构设计及实验研究 硕士研究生： 指导教师 ： 学位级别 ： 学科、专业 ： 所在单位 ： 论文提交日期： 论文答辩日期： 学位授予单位： 李 林 王立权教授 工学硕士 机械电子工程 机电工程学院 2009年12月 2010年3月 哈尔滨工程大学
Y1808414 Classified Index: U.D.C: A Dissertation for the Degree of M.Eng The Structure Design and Experimental Study of the Multi-legged Bionic Crab-liked Robot Candidate:Li Lin Supervisor:Prof.Wang Liquan Academic Degree Applied for:Master of Engineering Speciality:Mechatronic Engineering Date of Submission:December,2009 Date of Oral Examination:March,2010 University:Harbin Engineering University
‘ r。★ Classified Index： U．D．C： lIII 1[11 1 111 1 111 1 11 11l Y1 80841 4 A Dissertation for the Degree of M．Eng The Structure Design and Experimental Study of the Multi··legged Bionic Crab．．1iked Robot Candidate：Li Lin Supervisor：Prof．Wang Liquan Academic Degree Applied for：Master of Engineering Speciality：Mechatronic Engineering Date of Submission：December,2009 Date of Oral Examination：March，20 1 0 University：Harbin Engineering University ●，卜 厂
哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者（签字）：李林 日期： 20年3月5日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在 校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔 滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关 数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位 为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文（☑在授予学位后即可口在授予学位12个月后 口解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者（签字）：李林 导师（签字）：乃心人 日期：年3月5日 0年3月15后
l 卜 ，． 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体己经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者(签字)：爹林 日期： 如lD年3月J5日 哈尔滨工程大学 、’ 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在 校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔 滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关 数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 ， 编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后 。 结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位 气 为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文(囱在授予学位后即可 口在授予学位12个月后 口解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者(签字)：李林 日期： 幺18年3月灯日 导师(签字)：衫∥二／么j 肋年3月J明r
哈尔滨T程大学硕士学位论文 摘要 本课题是来源于国家自然科学基金项目“多足仿生机器蟹复杂地貌行走 4 方法研究”来开展的。该项目的研究目标是设计一种新型仿生机器蟹结构， 使设计完成的机器人可以通过一段与其结构尺寸相类似的自然生物可以通过 而轮式和履带车辆难以通过的复杂道路，同时保持与自然生物相类似的步行 效率和步行速度。 首先通过对国内外各种仿生腿式机器人研究情况进行分析，研究了仿生 腿式机器人的发展趋势及将来要突破的关键技术，在以前研制的前五型两栖 仿生机器蟹的基础上，提出了一种新型仿生机器蟹设计方案，设计的模块化 驱动关节传动效率和输出扭矩得到了大幅提高：设计的新型步行足结构使机 器人的轻动性、灵活性等性能指标最优化：同时为了有效地减小机器人在非 结构环境中高速动态行走时关节受到的冲击力，设计了一种新型弹性驱动关 节，实现了结构仿生的目标。 。 通过对两栖仿生机器蟹作业任务进行分析，确定了复合作业机械手的作 业功能需求，并设计了具有两栖作业功能的机械手爪，该手爪可以针对不同 的作业任务快速更换模块化作业工具，最后通过对机械手手指抓取误差进行 分析，优化设计了手爪尺寸，实现了两栖仿生机器蟹功能仿生的目的。 为了验证仿生机器蟹结构设计的合理性，利用基于ADAMS的虚拟样机 仿真技术建立的虚拟样机模型，对机器人的进行了平地横向行走和复杂地貌 的越障和爬坡实验，验证了新型仿生机器蟹结构设计的合理性，仿真实验为我 们物理样机的研制提供了有力的参考。 最后为了验证机器人系统的综合性能，设计完成了步行足落地力觉反射 实验、驱动关节传动间隙对机器人位置控制的影响实验、机器人直线行走和 爬坡性能实验等，通过上述实验完成了对机器人的机械性能、传感器性能以 及控制系统的合理性等的测试。 关键词：仿生机器蟹：结构设计：作业机械手：ADAMS仿真；性能实验
●一 ， 哈尔滨T程大学硕士学位论文 摘 要 本课题是来源于国家自然科学基金项目“多足仿生机器蟹复杂地貌行走 方法研究”来开展的。该项目的研究目标是设计一种新型仿生机器蟹结构， 使设计完成的机器人可以通过一段与其结构尺寸相类似的自然生物可以通过 而轮式和履带车辆难以通过的复杂道路，同时保持与自然生物相类似的步行 效率和步行速度。 首先通过对国内外各种仿生腿式机器人研究情况进行分析，研究了仿生 腿式机器人的发展趋势及将来要突破的关键技术，在以前研制的前五型两栖 仿生机器蟹的基础上，提出了一种新型仿生机器蟹设计方案，设计的模块化 驱动关节传动效率和输出扭矩得到了大幅提高；设计的新型步行足结构使机 器人的轻动性、灵活性等性能指标最优化；同时为了有效地减小机器人在非 结构环境中高速动态行走时关节受到的冲击力，设计了一种新型弹性驱动关 节，实现了结构仿生的目标。 ’ 通过对两栖仿生机器蟹作业任务进行分析，确定了复合作业机械手的作 业功能需求，并设计了具有两栖作业功能的机械手爪，该手爪可以针对不同 的作业任务快速更换模块化作业工具，最后通过对机械手手指抓取误差进行 分析，优化设计了手爪尺寸，实现了两栖仿生机器蟹功能仿生的目的。 为了验证仿生机器蟹结构设计的合理性，利用基于ADAMS的虚拟样机 仿真技术建立的虚拟样机模型，对机器人的进行了平地横向行走和复杂地貌 的越障和爬坡实验，验证了新型仿生机器蟹结构设计的合理性，仿真实验为我 们物理样机的研制提供了有力的参考。 最后为了验证机器人系统的综合性能，设计完成了步行足落地力觉反射 实验、驱动关节传动间隙对机器人位置控制的影响实验、机器人直线行走和 爬坡性能实验等，通过上述实验完成了对机器人的机械性能、传感器性能以 及控制系统的合理性等的测试。 关键词：仿生机器蟹；结构设计；作业机械手；ADAMS仿真；性能实验
哈尔滨工程大学硕十学位论文 Abstract The research is supported by project of "Research on the Multi-legged 4 Bionic Crab-liked Robot's Walking Method of the Complex Topography"which is funded by NSFC(National Natural Seience Foundation of China).The project's objective is to design a new type of bionic crab-liked robot.The robot can get through the complex road which is easy for the similar structure size natural biological to overpass,but difficult for the wheeled and tracked vehicles.At the same time,the robot should maintain the walking efficiency and speed which is similar to the natural biological. First,through the analysis of a variety of research on the bionic legged robots at home and abroad,we made a research on the bionic legged robot' development trends and the key technologies that should be overcomed in the future.Based on the previous five amphibious bionic crab-liked robot,a new type of bionic crab-liked robot had beed designed.The design of the modular drive transmission joints improved the robot's efficiency and output torque greatly The structure of the new leg optimizes the robot's briskness performance and flexibility.In order to reduce impact force effectively when the robot walks on the unstructured environment at high speed,a new type of flexible-driven joints was designed.The whole design achieve the goal of structural biomimetic. Through the analysis of the bionic crab-liked robot's tasks,the functional requirements of the composite manipulator were determined.The manipulator which can work under the water was designed.The gripper of the manipulator can be in quick-change modular operating tools for different tasks.Finally,through the analysis on the grabbing error of robot finger,the gripper size was optimized. The manipulator realized the function of bionic bionics crab purposes. In order to verify whether the bionic crab-legged robot's structural design is reasonable,a virtual prototype model was built,which is based on the software "ADAMS".The experiments which include the robot walk on flat floor,get through the obstacles and climb the designed slope have been done.The
I ＼● ，． 哈尔滨工程大学硕十学位论文 Abstract The research is supported by proj ect of“Research on the Multi·legged Bionic Crab-liked Robot’S Walking Method of the Complex Topography'’which is funded by NSFC(National Natural Seience Foundation of China)．The project’s objective is tO design a new type of bionic crab—liked robot．The robot can get through the complex road which is easy for the similar structure size natural biological to overpass，but difficult for the wheeled and tracked vehicles．At the same time，the robot should maintain the walking efficiency and speed which is similar to the natural biological． First，through the analysis of a variety of research on the bionic legged robots at home and abroad，we made a research on the bionic legged robot’ development trends and the key technologies that should be overcomed in the future．Based on the previous five amphibious bionic crab-liked robot，a new type of bionic crab-liked robot had beed designed．The design of the modular drive transmission joints improved the robot’S efficiency and output torque greatly The structure of the new leg optimizes the robot’S briskness performance and flexibility．In order to reduce impact force effectively when the robot walks on the unstructured environment at high speed，a new type of flexible—driven joints Was designed．The whole design achieve the goal of structural biomimetic． Through the analysis of the bionic crab-liked robot’S tasks，the functional requirements of the composite manipulator were determined．The manipulator ■ which can work under the water was designed．The gripper of the manipulator Can ，一l be in quick—change modular operating tools for different tasks．Finally,through the analysis on the grabbing error of robot finger,the gripper size was optimized． The manipulator realized the function of bionic bionics crab purposes． In order to verify whether the bionic crab-l egged robot’S structural design is reasonable，a virtual prototype model Was built，which is based on the software “ADAMS”．The experiments which include the robot walk on flat floor,get through the obstacles and climb the designed slope have been done．The