1、本科毕业论文（20 届）基于 CAXA 舞蹈机器人的仿真设计所在学院专业班级 机械电子工程学生姓名指导教师完成日期诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 基于 CAXA 舞蹈机器人的仿真设计 1设计的主要任务及目标本设计是基于 CAXA 制作一款舞蹈机器人，要有一定的娱乐价值，舞蹈动作要协调、灵活多变。该舞蹈机器人的设计、制作与大批量产品的设计、生产不同,大部分的零件都是非标准件。因此,借助于软件 CAXA 虚拟装配和运动仿真就显得非常必要。2设计的基本要求和
2、内容（1）收集并查看相关资料；（2）学习并掌握软件 CAXA 的相关功能；（3）舞蹈机器人的零部件制作与组装；（4）舞蹈机器人运动仿真。3主要参考文献1 蔡自兴.21 世纪机器人技术的发展趋势J.南京化工大学学报，2000，4.2 蔡自兴.面临挑战的智能机器人技术J.机器人技术与应用，1997，4.3杨伟群,CAXA 实体设计 VZ 实例教程M北京:北京航空航天大学出版社,2002.4杨伟群,任霞,王锦.CAXA 实体设计应用基础篇M.北京:北京大学出版社,2002.5肖文.门式起重机组装与运行动态仿真J.湖北工学院学报,20(12,17(2):43 一 5.4进度安排设计各阶段名称 起 止
3、日 期1 分析题目，确定设计思路，进行开题检查 2013.122014.3.142 查阅资料，进行推出机构设计 2014.3.152014.4.203 进行中期检查 2014.4.204 整理图纸，写出毕业论文 2014.4.212014.5.255 进行设计说明书及图纸整理，准备答辩 2014.5.252014.6.10基于 CAXA 舞蹈机器人的仿真设计摘要：舞蹈机器人作为智能服务机器人的雏形，不仅为机器人学、控制理论、机电一体化及其它相关学科提供了良好的实验平台，而且为进一步研究智能服务机器人提供了借鉴经验。舞蹈机器人的机构是所有部件的载体，也是设计舞蹈机器人最基木的和首要的工作。本设计
4、先从机构的设计目标出发，制定了总体设计方案，再根据总体方案进行了关键器件的选型，最后完成了各部分机构的详细设计工作。最终的机构在外型上具有舞蹈的效果，在功能上完全满足电气各部件机载化的安装要求。关键词：CAXA，舞蹈机器人，仿真设计Based on the CAXA Dance Robot Simulation DesignAbstract：Dance robot as the prototype of the intelligent service robot, not only for robotics, control theory, electromechanical integrat
5、ion and other related disciplines, provides a good experimental platform, and provides a reference for the further research of intelligent service robot experience. This paper starts from the design goal of institutions, formulates the overall design, and then according to the overall plans for key
6、components selection, finally completes the detailed design of each part organization. The final agency has the effect of dance, in the shape on the function fully meets the requirements of the installation of electrical components onboard. Key words: CAXA，Dance robot，Simulation design目 录1 绪论 .11.1
7、国内外机器人技术发展的现状 .11.1.1 国外发展状况 .11.1.2 国内发展状况 .31.2 机器人技术的前景展望 .41.3 CAXA 实体设计 2013 .51.4 舞蹈机器人设计的内容和要求 .71.4.1 舞蹈机器人设计的内容 .71.4.2 舞蹈机器人设计的数据和要求 .81.4.3 舞蹈机器人机构设计难点 .82 舞蹈机器人的总体方案设计 .92.1 下肢机构设计 .92.2 躯干机构设计 .122.3 上肢机构设计 .132.4 头颈机构设计 .172.6 机构设计结果 .183 材料与型材选择 .204 运动仿真效果 .22结论 .23参考文献 .24致谢 .2511 绪
8、论近几年机器人已成为高技术领域内具有代表性的战略目标。机器人技术的出现和发展，不但使传统的工业生产面貌发生根本性变化，而且将对人类社会产生深远的影响。随着社会生产技术的飞速发展，机器人的应用领域不断扩展。从自动化生产线到海洋资源的探索，乃至太空作业等领域，机器人可谓是无处不在。目前机器已经走进人们的生活与工作，机器人已经在很多的领域代替着人类的劳动，发挥着越来越重要的作用，人们已经越来越离不开机器人帮助。机器人工程是一门复杂的学科，它集工程力学、机械制造、电子技术、技术科学、自动控制等为一体。目前对机器人的研究已经呈现出专业化和系统化，一些信息学、电子学方面的先进技术正越来越多地应用于机器人领
9、域1。目前机器人行业的发展与 30 年前的电脑行业极为相似。今天在汽车装配线上忙碌的一线机器人，正是当年大型计算机的翻版。而机器人行业的利基产品也同样种类繁多，比如协助医生进行外科手术的机械臂、在伊拉克和阿富汗战场上负责排除路边炸弹的侦察机器人、以及负责清扫地板的家用机器人。随着计算机、控制、传感等技术和人工智能理论的发展，机器人技术正得到突飞猛进的发展。1.1 国内外机器人技术发展的现状1.1.1 国外发展状况作为机器人的一个分支，娱乐机器人将会是 21 世纪机器人主要民用用途之一，如音乐机器人和跳舞机器人等。机器人吹奏乐器在国外已有成功的报道，包括日本政法大学研制的萨克斯自动演奏机器人和小
10、号自动演奏机器人、日本早稻田大学开发的 WF 系列长笛自动演奏机器人、日本电气通信大学的大、小提琴演奏机器人等。娱乐机器人可以为人们缓解精神上的疲劳。很多当前最流行的娱乐型机器人其实就是玩具，但是这样的机器人玩具无疑是市场上最吸引人眼球的。近年来，全球商业性娱乐机器人正以每年 35%的惊人速度递增。在娱乐机器人方面，有“机器人王国”之称的日本走在了研发的前沿，它是宠物机器人的发源地，也是世界上第一台类人娱乐机器人的产地。2日本万代公司试制出的家用娱乐机器人“BN 一 7”，能识别出谈话对象是谁并能借助各种手势和语音方式与人交谈。高兴时，它的面颊会变红，不知所措时， “BN一 7”还具有“感情表
11、达”功它的脸色会变蓝。在声音识别功能方面，“BN-7”能听懂 100 个单词，与预先输入的 1000 个单词组合，它最多能用 65000 种词句回答问题。丰田公司也开发了一种娱乐机器人，吹奏喇叭是它的特长，它的人造嘴唇能够改变与喇叭的接触位置，模拟人吹喇叭的气流。由金属和塑料制成的手则按动着喇叭的音栓，一边演奏曲子，它闪闪发亮的身体还一边随着音乐摆动。当一曲终了，机器人还会向听众鞠躬并握手致意。2003 年 12 月，索尼公司开发出世界上第一个会跑的机器人 Qrio，其跑步速度达到每分钟约 13. 7 米并能够做流畅的舞蹈动作娱乐观众；在手指的控制能力上，Qrio 能够象棒球手一样将棒球抛出约
12、 3-4 米的距离，并且能在跳舞的时候手中握有扇子。除了能够行走、跳舞，它还能完成以往机器人无法实现的动作，比如指挥一场小型交响音乐会。Qrio 的重大技术突破在于能够双脚同时离地稳定前进，而目前其他的所有仿人机器人都必须随时有一只脚与地面接触才能稳定移动，无疑，Qrio的研制成功将是机器人发展史上的一大步2。图 1.1 SONY 的 Qrio2005 年 1 月，日本产业技术研究所开发的名为 HRP-2 双足拟人机器人亮相东京。3其研究人员利用特殊摄像机将艺术家跳舞的画面输入电脑，并对头、手等 32 个部位的动作进行解析，然后将解析后的数据输入给机器人，利用这些数据控制机器人手的动作和脚步，
13、从而使 HRP-2 的动作可以和人一样连贯，实现机器人的翩翩起舞。图 1.2 日本的 HRP-2 机器人除了日本以外，欧美等主要国家很多公司和研究所也对娱乐机器人进行了大量的研究工作，并己经制造出相应的娱乐机器人产品投放市场。 美国 WowWee 公司开发的机器人 Robosapien，是美国市场上最畅销的娱乐机器人。它身高 14 英寸，全身有多个高度灵活的关节，手指可以开合抓取物品，通过预先设定好的程序，能够做出 67 种复杂的动作，包括投掷、武术、舞蹈、闲逛等等。加拿大 DR. Robot 公司开发的 DR. Robot 人型机器人，身高 60cm，既可以用于娱乐目的也可以作为家庭服务机器
14、人。美国 Utah 州 Sarcos 公司开发了一款真人大小的娱乐型类人机器人。韩国的 SEGA 公司制造出一对老鼠形状的“数字机器人“，这种机器人能生长并具有个性，甚至可以与异性约会。人们可以从网上下载有关软件来调动机器人的行为，如让它唱歌、玩游戏、与主人表示友好等。1.1.2 国内发展状况随着世界机器人技术的发展和市场的形成，我国在机器人科学研究、技术开发和应用工程等方面取得了可喜的进步。我国的机器人研究开始于 70 年代，但由于基础条件薄弱、关键技术与部件不配套、市场应用不足等种种原因，未能形成真正的4产品。80 年代中期，在国家科技攻关项目的支持下，我国机器人研究开发进入了一个新阶段，
15、形成了机器人发展的一次高潮。从 80 年代末到 90 年代，国家 863 计划把机器人列为自动化领域的重要研究课题，系统地开展了机器人基础科学、关键技术与机器人元部件、目标产品、先进机器人系统集成技术的研究及机器人在自动化工程上的应用。目前像中科院沈阳自动化所、北京自动化所、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、清华大学等一些单位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，比较有代表性的研究有工业机器人、水下机器人、空间机器人，都在国际上处于领先水平3。然而，总体上我国与发达国家相比，还存在很大的差距，主要表现在，在机器人的产业化方面，目前还没有固定的成熟的产品。当前，我国机器人面对两大任务:1
16、、机器人研究与开发如何更好地为国民经济服务，并在实践中不断提高;2、机器人如何走向产业化并参与国际竞争。图 1.3 中国自主研发的迎宾机器人1.2 机器人技术的前景展望机器人是人类的得力助手，能友好相处的可靠朋友，将来我们会看到人和机器人会存在一个空间里边，成为一个互相的助手和朋友。机器人不会产生饭碗的问题，我们相信不会出现“ 机器人上岗，工人下岗 ”的局面，因为人们随着社会的发展，实际上把人们从繁重的体力和危险的环境中解放出来，使人们有更好的岗位去工作，去创造更好的精神财富和文化财富，机器人来做这些危险环境的工作，展望 21 世纪5机器人将是一个与 20 世纪计算机的普及一样，会深入地应用到
17、各个领域，所以很多专家预测，在 21 世纪的前 20 年是机器人从制造业走向非制造业的发展一个重要时期，也是智能机器人发展的一个关键时期，目前国际上很多国家，也对机器人对人类社会的影响的估计提出了新的认识，同时，我们也可以看到机器人技术，涉及到多个学科，机械、电工、自动控制、计算机测量、人工智能、传感技术等等，它是一个国家高技术实力的一个重要标准4。1.3 CAXA 实体设计 2013CAXA 实体设计是一种基于创新设计的三维设计软件。它以智能图素为主体，通过添加、拖放智能图素，可以高效快速的完成产品的设计。它还具有的智能渲染和智能动画功能，通过智能渲染可使产品以电子样机的形式完美的展现在客户
18、面前，通过智能动画可将产品的现场工作过程演示给客户。快速完美的方案使得与客户的交流更直接、更容易，在招标等场合能为中标增加筹码。CAXA 实体设计在设计方法上更加贴近设计人员的设计思路，它可以将设计人员的模糊或不成熟的想法在三维环境下直接、快速的表达出来，然后再按自己的思路做动态修改(通过智能图素的添加、拖放来实现)，最终形成产品5。这应该是它与其它一些三维设计软件(如 solidworks)最大的区别，也应该是较之其它软件最大的优势。而其它三维软件要求设计人员必须在头脑里先有一个清晰的产品模型，然后从二维草图开始，按部就班的进行拉仲、旋转、扫描或放样等特征形成实体，如此依次添加零件，形成最后产品。
