并且假设对于不平地面也是合理的。对于严重不平地面地面上可能有不可立足点存在的行走步态研究，是从年代中期开始的，其中包括对非周期步态研究，对自由的分析等等。步态的类型四足动物如狗正常行走非奔跑状态时，四条腿的协调动作顺序般按对角线原则，既如左前腿右后腿左后腿右前腿基于行走,机构,虚拟,设计,动画,模拟,摹拟,毕业设计,全套,图纸第章绪论.课题研究的意义目前人类使用的行走机构有足式行走机构，轮式行走机构履带式行走机构蠕动式行走机构，其中前三种行走机构较常用。轮式行走机构在平坦的硬质地面上运动具有履带式和足式行走机构无法比拟的优点，在目前的移动机构中应用最多，如美国斯坦福大学的斯坦利无人驾驶汽车用于火星表面探测的“勇气号”和“机遇号”以及大多数足球机器人等，都是采用的轮式行走机构。履带式行走机构的优点为耐用，驱动性佳，着力强，野外作业能力强，如在阿富汗和伊拉克战场上使用的战地机器人采用的就是履带式行走机构，它能够在崎岖不平的地形表面行走，可以在建筑物里执行搜救任务抛掷手榴弹等。但缺点为行走速度慢，不能在混凝土地面过硬路面山上急转弯，否则将引起带体扭曲。本机底盘低，石子和异物容易进入履带和底架之间，且机动性差。足式行走机构最大的优点是对路况要求不高，在不连续的地形条件下具有很大优势，运动灵活，适应复杂地形的能力强，这就决定了它具有独特的使用价值。例如有些农业机械如果安装足式机械底盘，就能够适应旱地，水田，梯田等不同环境，有些矿山机械如安装行走机械底盘，其适应松软路面，大坡度路面的能力就会增强宇航方面，为星球探测机器人安装上“足”，必将大幅度增强其在星球上的移动能力战场上的应用，运输侦察排雷等危险及特殊环境下的作业，反恐中的排雷排爆，星球表面的探测，地震等引发的灾后搜救，核工业中放射性原料的运输处理等，狭小空间下的作业，废墟山洞的探测，管道检测维修等娱乐服务导盲等，在日常生活中足式行走假肢也有很大的应用前景。总之，四足机器人具有广阔的应用场合，而目前的相关技术还不成熟，足式行走机构难以发挥其特殊的作用。因此，开展足式行走机构相关技术的研究具有重大的现实意义。.行走机构研究的历史与现状年，.麦吉和.弗兰克在南加州大学设计了以“加利福尼亚马”而闻名的四足步行机械。用电马达驱动的这种机械系统，各脚都有两个活动度髋关节和膝关节,而四个髋关节的横向都具有个被动自由度。通用电气公司的和美国陆军的起设计开发的四足步行车。具有千克运输能力乘坐名驾驶员高度.米质量千克的步行机械系统。该步行车的四个指令杆跟随驾驶员的手和脚动作的液压驱动随动系统，并安装在驾驶员手臂和脚上的位置传感器检测他的动作，液压伺服马达驱动四只脚做相同的动作，该机装有力反馈机构，驾驶员坐在驾驶室里就能够凭感觉知道作用在机械脚上的力是多少。虽然操作费力，但实现了爬越障碍，因而被视为现代行走机构发展史上的个里程碑。空间通用公司的和尝试研制了多足步行机械。这种机械以探索行星为目的，其机构具有固定程序。他们还制成了椅子型步行机械系统的原型，作为瘫痪者的步行辅助装置。固定程序依靠特殊性装的凸轮来实现，凸轮由电马达驱动。依靠固定程序，大体能上下阶梯，但这只限于种特定形式的阶梯。在方向转换时，还多少存在问题。由美国国防部高级研究项目署资助，波士顿动力公司研制的四足机器人和。采用电机驱动，每条腿上装有个电机，采用便携式计算机控制，机器人装有检测关节角度电机电流航向脚与地之间的接触等用途的传感器，采用无线通信模块传送数据，随身携带的锂离子聚合物电池可以保证机器人运行分钟。科学家们通过该机器人来研究电机动力控制对环境的感知和粗糙地形下的运动等问题。与相比性能得到了大幅度的提高，号称是目前世界上最先进的四足机器人。长为米高为.米重量为千克，采用液压驱动，由汽油发动机提供动力，采用随身携带的计算机控制，装有位置力陀螺仪等传感器。的环境适应能力特别强，可以在山地沼泽地雪地等路面上行走，目前可以.英里小时的速度小跑，可以爬越度的坡面，负载磅。日本电信大学的.等于十几年前开始研究采用行走机构的四足机器人，先后研制出四足机器人和。以为例来介绍其特征，的外形尺寸为.厘米，含电池重.千克，共个关节每条腿个关节，个主动关节，个被动关节，采用直流伺服电机驱动并配有减速箱，配有编码盘陀螺仪倾角计和接触传感器，控制器采用机操作系统为，通过遥控器操作机器人。将中枢模式发生器网络与牵张反射伸肌反射屈肌反射等机理结合，实现了所研制的四足机器人在复杂地形下的自适应运动，可以实现行走同侧跑对角跑和奔跑步态，能避障越障爬坡，最高速度达.。加拿大的大学机器人研究室研制了Ⅱ四足步行机器人，结构简单，每条腿只有个主动转动关节，然而值得注意的是，在每只腿的臀部都装有个激励源，使得机器人站立时臀部也能有连续的速度。受人和动物步行时使用很少能量摆动小腿的启示，设计者将膝关节设计为被动自由度，依靠上下腿动态耦合实现角度控制。另外，他们设计了种新型的动态步行步态没有滑翔阶段的动步跳，成功实现了Ⅱ四足步行机器人在不依靠反馈补偿的控制条件下稳定动步行。的六腿机器人模仿了种美国蟑螂之所以模仿这种昆虫，是因为它的超乎寻常的速度和敏捷，以及其广为人知的生理结构，与轮式运动结构相比，有腿的结构更能适应复杂的地形，机器人的尺寸是，当它直立时，距地面机器人身体和腿的尺寸大约是相应的蟑螂尺寸的到倍，而重量却与其身体尺寸不相称，大约是，主要是控制气动驱动器阀门的重量，机器人的腿部结构与比例和蟑螂类似三段式的髋股节胫节，长度比是，.。这种机器人的缺点是要求有气驱动源，难以成为个独立的单元，目前还处于实验室研究阶段。国内些科研院所，如北航上海交大北科大国防科大东南大学沈阳自动化所和哈工大等进行了仿生机器人的研究。北航机器人研究所在国家智能机器人主题支持下，研制出了能实现简单抓持和操作作业的指自由度灵巧手沈阳自动化所研制开发的水下自治机器人达到世界先进水平哈工大机器人研究所研制了高度灵活性的仿人手臂及拟人双足步行机器人，其仿人手臂具有工作空间大关节无奇异姿态结构紧凑等特点，通过软件控制可实现避障回避关节极限和优化动力学性能等，双足步行机器人关节式结构，具有个自由度，可以完成平地前进后退侧行转向和上下阶梯等步行功能。.研究行走机构的目的和方法行走机构的设计在行走机器人机械系统设计中是最重要的部分，因此，对行走机构进行研究时必要的。在行走机构研究中，人们多是着力于让机械采用类似于动物的腿的结构，即关节式机构。但是由于关节式机构是开链机构，承载能力低，所以本文采用闭链腿机构。腿的设计将运用六杆机构，即曲柄摇杆机构去控制大小腿视线运动给出腿的足端的运动轨迹，根据运动轨迹，最后用优化方法把各杆的尺寸确定，并同时求出安装尺寸，这样完成单条腿的设计，根据对称原则，四条腿选择同样的设计，并利用了软件进行编程求证所设计是否满足所需求的轨迹要求。四条腿的运动分配，就是我们所说的步态的选择，位了使四条腿在运动中能够相协调而不至于产生干涉，本文在几种步态中选择步态，即对角小跑步态，在运动中处于对角线的两条腿是同步的，另外堆钱后退总是相位相差度，这样四条腿就可以实现行走过程。同时步态，还保证了在行走过程中，行走机构的重心总是处于个三角形内部，具有定得稳定性和平衡性。.论文的主要研究内容理论分析与推导计算.单腿的分析依据几何图形的封闭型条件，得出数学模型，根据数学模型，求出机构尺寸优化的目标函数。应用向量分析法，写出行走机构的足端轨迹的向量方程，并对该向量进行求导，得出足端的运动形式。这就有助于后来的编程分析其运动。.四腿的组合行走机构步态的选择和设计，以及转向方案的选择及确定。.行走机构设计求解出该行走机构行走过程中重心的波动量。.利用里面的插件进行仿真运动并做出动画。第二章四足行走机构的研究.行走机构的分类行走机构按行走保持平衡的方式分为两类。类是静态稳定的多足机，其机身的稳定通过足够数量的腿支撑。多足机的速度较慢，其步态是爬行或步行。另类是动态稳定的，主要有拟人双足和单组跳跃机，该种步行机运动速度快，其步态可以使小跑和跳跃。.行走机构选择与设计四足行走机构机械设计主要包括腿的配置形势确定步态分析腿机构设计。腿机构是行走机构的个重要组成部分，是行走机构机械设计的关键。腿的配置形式四足机构腿的配置有两种，种是正向对称分布，既腿的主平面与行走方向垂直，令种为前后向对称分布，既腿平面与行走方向致，如图所示。本设计机构将选择正向对称分布。图腿的配置形式腿的步态分析步态是行走机构的迈步方式，既行走机构抬腿和放腿的方式，由于开发步行行走机构的需要，年代末，在总结前人对动物步态研究成果的基础上，比较系统的给出了系列描述和分析步态的严格数学定义。之后，各国学者在四足，六足，八足等多足步行机构的静态稳定的规则周期步态的研究中取得多项成果，但这些步态的研究基本上局限于平坦地面，并且假设对于不平地面也是合理的。对于严重不平地面地面上可能有不可立足点存在的行走步态研究，是从年代中期开始的，其中包括对非周期步态研究，对自由的分析等等。步态的类型四足动物如狗正常行走非奔跑状态时，四条腿的协调动作顺序般按对角线原则，既如左前腿右后腿左后腿右前腿左前腿如此循环下去。在每时刻，至少右三条腿着地，支撑着身体，既最多只有条腿抬起，脚掌离地。因此，对于每条腿的运动来说，脚掌离地时间与着地时间之比为。四足动物除了上述步态之外，还有其他各种步态，如图所示.慢走，既正常行走。.对角小跑，也叫步态，既马或其他四足动物介于快走和快跑之间的种步态，前进时是对角线的双腿共同向前移动。.单侧小跑，也叫步态，既同侧的两足为支撑足，其余两足为非支撑足的步态。这三种步态的左右腿相位相差.，是对称步态，其余是非对称步态。如图也叫步态，动物在快跑时两条前腿或后腿同时跳起的步态。四足步行机构常用的步态还有爬行步态，四足匍匐步态，四足倾斜步态，四足旋转步态和四足姿态变化步态，等等。慢走对角小跑单侧小跑慢跑形小跑形飞跑两足跳跃四足跳跃图四足动物的基本步态图二步态的选择近年来，学术界开展了广泛的研究，首先突破的技术是静态步行，其特点是步行时每次只有条腿处于摆动相，令三条腿呈支撑态，行走机构无跌倒之虑，但静态步行的占空系数大，需四条腿轮流摆动，才能完成个步行周期，从提高步行速度来说，动态步行有定的优越性，但动态步行的技术难度远大于静态步行。本文研究动态步行中的步态，既处于对角线上的两条腿动作完全样，均处于摆动相或均处于支撑相，简称对角小跑步态。三步态的设计步态设计是实现动态步行的关键之，为达到较理想的动态步行，考计算机控制，装有位置力陀螺仪等传感器。的环境适应能力特别强，可以在山地沼泽地雪地等路面上行走，目前可以.英里小时的速度小跑，可以爬越度的坡面，负载磅。日本电信大学的.等于十几年前开始研究采用行走机构的四足机器人，先后研制出四足机器人和。以为例来介绍其特征

（其他） ~$Backup of 销l1.SLDPRT

（其他） ~$传动带1.SLDPRT

（其他） ~$装配体1.SLDASM

（其他） 15垫圈.SLDPRT

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