一、选题的目的及意义
随着科技的发展，世界经济结构正在发生较大而深刻的改变，美国、日本等发达国家和欧盟先后推出并实施了多个与机器人技术、自动化工艺装备相关的国家研究计划，以支持相关的核心技术和关键重大装备的研发与应用。我国政府也非常重视机器人技术研究与开发，并在国家863计划中予以重点支持。经过国家863计划的多年实施，我国在机器人技术与自动化工艺装备等方面已取得了非常大的进展，缩短了同发达国家之间的差距。但是在机器人与自动化装备中核心及关键技术的原创性研究、高性能关键工艺装备的自主设计和制造能力、重大成套装备的系统集成与开发能力、高可靠性基础功能部件的批量生产应用等方面，同发达国家相比，我国仍存在较大的差距。为了进一步提高我国机器人技术与自动化工艺装备的整体技术水平，进一步缩短同发达国家之间在制造业信息化方面的差距。“十五”期间，迫切需要进一步加强对机器人技术与自动化工艺装备研究开发的支持，以期在战略必争装备技术与竞争前核心技术、基础制造装备与成套关键装备制造技术的研究开发等重点方向实现创新和跨越式发展，赶超世界先进水平，为我国国民经济发展和国家安全建设做出更大贡献。
特种机器人通常是在非结构化环境下工作，即作业无法在事先布置好的条件下进行，而且在作业过程中环境可能发生变化。与在结构化环境下作业的工业机器人相比，在非结构化环境下工作的特种机器人控制更加困难，要求的智能程度更高，如空间与深海作业、精密操作、在役管道内作业等。特种机器人集当代众多高技术于一身，目前重点研究的特种机器人有仿人机器人、微机器人、微操作机器人、水下机器人、医用机器人、服务机器人、网络机器人、军用机器人、农林与农副产品加工机器人等等，将在航空航天、能源、交通、海洋、生物、医疗、服务、农业、军事和娱乐等领域具有非常广阔的应用前景。作为特种机器人的一种，多足仿生机器人起步较晚，但是由于它具有其他机器人不具备的在特殊地形完成工作的特性，也能完成很多人类难以完成的任务，在各个领域都能发挥其重要作用。在多足机器人发展的初期阶段，各方面还存在一定问题的情况下，研究多足仿生机器人具有很大的价值与必要性。
- 课题的研究现状
足式移动机器人的发展状况足式移动机械的研究最早可以追溯到四世纪,人们设计了一个4条腿的木制结构来帮助运载沉重的物件。从那时起,很多设计研究相继出版,但一直仅停留在设计阶段。受控制系统发展的制约,当时的足式移动机械均通过简单的机构来控制。两个早期的实现代表是G E和Poney四足机构。直到20世纪80年代,随着计算机信息技术的快速发展,足式机器人的相关研究获得了大幅度发展。TITAN-VIII,PV-II,COLLIE-I等都是当时发展过程中的代表性研究。人和动物的运动能力和执行指定任务的能力是移动机器人追求的目标,因此就机器人仿生原型来看,主要有二足、四足、六足3种主流型号。下面用几款代表研究前沿的足式机器人来分析多足移动机器人的发展现状。
图1 日本TITANVIII四足机器人 图2 德国BISAM四足机器人
日本东京工业大学从事四足移动机器人研究开展比较早，并且研究得比较深入,从第一代的KUMO-1开始到最新的TITAN-VIII(图1)一共研制了十多个型号的机器人,该课题组一直从事四足机器人的研究,而且认为无论是从实用的角度还是从行走功能及稳定性以及机构的复杂程度的角度考虑,四足是足式移动机器人最佳的结构形式。其中最具有代表性的是TITAN-VIII,该款机器人共售出几十套给日本的多个高校和研究所作为应用开发的平台，在各方面都有其广泛运用。该款机器人每足具有3个自由度,其中大腿关节具有前后转动和上下转动2个自由度,膝关节具有一个上下转动自由度。采用新型的电机驱动和绳传动,质量约40 kg,有效负载5~7 kg,行走速度决定于负载情况,一般在0.3~0.9 m/s之间变化。
图2所示是德国1998年开发的四足机器人BISAM。该机器人结构由主体、4条腿和头部组成。机器人总重14.5kg,内部装有微控制器、处理器、电池及立体摄像头。机器人4条腿完全相同,每条腿分为4个部分,之间用3个平行的转动关节互连。第4个转动关节连接腿部和躯干。该机器人通过三级控制结构对控制任务进行了分担,三级结构为由西门子高性能单片机C167负责单腿运动控制,由嵌入式系统PC104负责多腿协调控制,由外部高性能PC机负责人机接口交互。PC104与外部高性能PC机通过无线局域网进行通信。BISAM还具有两个摄像头,可识别障碍物的形状和距离,并对数据作了简化处理,从而实现了实时性。BISAM作为同类型研究的一个代表，其开创性地使用了立体摄像头来对外界进行识别，并使用pc进行网络通信，这些在现在看来都是非常经典的设计。
图二 德国BISAM四足机器人
在六足机器人方面，国内外也有大量研究，其稳定性好，纠错能力强，也是相当完美的机器人结构设计。国外一些六足仿生机器人也都采用单足三自由度结构,早在1993年,卡尔斯鲁厄(Karlsruhe)大学计算机科学研发中心开始研究六足行走机器人LAURON I。紧接着1994年LAURON II也相继被开发出来。LAURON II由主身体、6条腿和头部组成,主体上具有微控制器、能量供给单元和三维摄像头。由于所有的部件均固定在机器上,LAURON II能够实现完全脱缆运行。LAURON II重16 kg,长宽均为70 cm,最大负载19 kg,最快速度0.5 m/s。
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
