【14页】开题报告：四足步行机器人腿的机构设计.doc格式

设计者可以方便地通过拉伸旋转薄壁特征高级抽壳特征阵列钻孔等操作不断改变其结构，最终完成全部零部件的设计。

建立模型时，对每个特征尺寸自动赋值，这些数值可随时更改。

由于的参数设计功能，实体模型将随特征尺寸数值的变化重新生成，因此修改非常方便。

六参考文献张铁，谢存禧主编机器人学，第版，华南理工大学出版社吴种四足步行机器人，它采用开环关节连杆机构作为其步行机构，通过模拟动物的运动机理，实现比较稳定的节律运足步行机器人也是由上海交通大学研制的关节式哺乳动物型步行机器人。

机器人的长宽高分别为厘米厘米厘米，重千克，腿为开式链关节型结构，膝关节为纵摇自由度，髋关节为纵摇和横摇两个自由度，各自由度由直流电机经谐波齿轮驱动，用电位器测速电机作为位置和速度传感器，脚底为直径厘米的圆盘，是个被动的纵摇自由度。

该机器人为足式机器人的经典结构，但速度缓慢，步行速度千米时。

图上海交通大学的二种四足步行机器人清华大学机器人实验室研制的全方位四足步行机器步行机器人清华大学机器人实验室研制的全方位四足步行机器人，如图所示，它采用平面四杆缩放机构作为其步行机构，在足端被安装压力传感器，能够实现全方位步行图所示为清华大学所研制的另人为足式机器人的经典结构，但速度缓慢，步行速度千米时。

，用电位器测速电机作为位置和速度传感器，脚底为直径厘米的圆盘，是个被动的纵摇自由度。

该机器部分内容简介平面四杆机构作为其步行机构，可以实现跨越障碍，沟槽，上下台阶及通过高低不平的地面有定识别及步态调整能力所示的四足步行机器人也是由上海交通大学研制的关节式哺乳动物型步行机器人。

机器人的长宽高分别为厘米厘米厘米，重千克，腿为开式链关节型结构，膝关节为纵摇自由度，髋关节为纵摇和横摇两个自由度，各自由度由直流电机经谐波齿轮驱动，用电位器测速电机作为位置和速度传感器，脚底为直径厘米的圆盘，是个被动的纵摇自由度。

该机器人为足式机器人的经典结构，但速度缓慢，步行速度千米时。

图上海交通大学的二种四足步行机器人清华大学机器人实验室研制的全方位四足步行机器人，如图所示，它采用平面四杆缩放机构作为其步行机构，在足端被安装压力传感器，能够实现全方位步行图所示为清华大学所研制的另种四足步行机器人，它采用开环关节连杆机构作为其步行机构，通过模拟动物的运动机理，实现比较稳定的节律运动，可以自主应付复杂的地形条件，完成上下坡越障等功能。

图清华大学的二种四足步行机器人四软件的简介主要包括数字化建模数字化装配数字化评价数字化制造以及数字化信息交换等方面。

数字化建模是由编程者预先设置些几何图形模块，然后设计者在造型建模时可以直接使用，通过改变个几何图形的相关尺寸参数可以产生其它几何图形，任设计者发挥创造力。

系统是按照系统工程的思想，以工业设计计和为指导的智能型创新性的产品开发设计系统。

首先是利用各种信息，在系统平台里利用真实感造型设计系统进行形态设计色彩设计材质设计和人机设计等方面的语义设计，然后在数字装配系统中实现数字化装配，在综合评价系统中进行美学语义学等方面的分析评价，提出产品造型方案。

最后将最终方案输出到加工设备，加工出产品，投放到市场，之后再收集有关信息，反馈到平台，实现再设计。

这种方法利用网络和其它平台相连接，使设计人员从开始就考虑到产品生命周期的所有环节，把设计制作使用等方面合理组织起来，及时解决不同环节之间的冲突，充分调动了所有人的积极性和创造性。

五应用进行三维设计的优势设计过程直观简便三维设计直接从三维模型入手，省去了三维与二维之间的转化。

设计者可以方便地通过拉伸旋转薄壁特征高级抽壳特征阵列钻孔等操作不断改变其结构，最终完成全部零部件的设计。

建立模型时，对每个特征尺寸自动赋值，这些数值可随时更改。

由于的参数设计功能，实体模型将随特征尺寸数值的变化重新生成，因此修改非常方便。

六参考文献张铁，谢存禧主编机器人学，第版，华南理工大学出版社吴广玉，姜复兴主编机器人工程导论，第版，哈尔滨工业大学出版社，崔正昀主编机械设计基础，第版，天津大学出版社贾名著主编工程力学，第版，天津大学出版社廖念钊主编互换性与测量技术基础，第三版孟宪员源，姜琪主编机构构型与应用，第版，机械工业出版社谈欣柏主编大学物理，第版，天津大学出版社成大先主编机械设计手册，第版，化学工业出版社，加腾郎主编机械手图册，第版，上海科学技术出版社宗光华等编著机器人的创意设计与实践，第版，北京航空航天大学出版社卜炎主编中国机械设计大典机械零部件设计，第版，江西科技出版社，费仁元，张慧慧主编机器人机械设计和分析，第版，北京工业大学出版社，宗光华主编机器人的创意设计与实践，第版，北京航空航天大学出版社，蔡自兴主编机器人学，清华大学出版社，朱冬梅，胥北澜主编画法几何及机械制图，第五版，高等教育出版社周祖德，唐永洪主编机电体化，第版，华中科技大学出版社，毕业设计论文开题报告本课题要研究或分析，第版，北京工业大学出版社，宗光华主编机器人的创意设计与实践，第版，北京航空航天大学出版社，蔡自兴主编机器人学，清华大学出版社，朱冬梅，胥北澜主编画法几何及机械制图，第五版，高等教育出版社周祖德，唐永洪主编机电体化，第版，华中科技大学出版社，毕业设计论文开题报告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段途径步行机构对比分析四足行走机构的机械部分是机器人所有控制及运动的载体，其结构特点直接决定了机器人的运动学特征。

其中，腿部结构形式是行走机构中重要组成部分，也是机械设计的关键之。

因此从种意义上说，行走机构的分析主要集中在步行机构的分析上。

般地，四足行走机构的设计要求看，步行不能过于复杂，杆件过多的步行机构形式会引起结构和传动的实现困难，对腿部机构的基本要求是输出定的轨迹，实现给定的运动要求具有定的承载能力方便控制的要求。

目前，国内外学者对步行机器人的步行机构已经作了大量的研究工作，其结构形式多样，主要可以归纳为三类开环连杆机构闭环平面四杆缩放式机构特殊的步行机构。

开环关节连杆机构在早期的步行机器人研究中，般是模仿动物的腿部结构来设计步行机构。

所有这种机构形式般都是关节式连杆机构。

其优点在于结构紧凑，步行机构能够达到的运动空间较大，且运动灵活，由于关节式步行机构是通过关节链接的，因而在步行过程中的失稳状态下具有较强的姿态恢复能力。

不足之处是在腿的主动平面内大小腿的运动之间存在耦合，使得运动时的协调控制比较复杂，而且承载能力较小。

如图所示为常见的开环关节连杆步行机构的三维模型图形。

该机构可分为大小腿以及髋关节组成。

由大小腿组成平面运动机构，髋关节驱动该平面机构从而实现空间运动。

可建立如图所示的坐标系，第关节为髋关节，在点围绕轴旋转，髋关节的旋转半径设为第二个驱动关节为大腿关节，在点围绕着与大小腿运动平面所垂直的轴旋转，大腿杆长为第三个驱动关节为小腿关节，在点围绕与大小腿运动平面垂直的轴转动，小腿杆长度为。

同时规定逆时针为正向角。

图开环连杆步行机构图开环连杆机构坐标系模型如图所示，当机构运动到位置时，设髋关节驱动转动角为，大腿关节驱动转角为，小腿杆驱动转角为，由上图可以建立足端点的运动轨迹方程其中由上式以及图形可知，小腿杆可以在转过大臂上部空间运动类似于人的小臂运动，所以在运动过程中，由于臂的末端点可达区域比较大，当髋关节转动时，机构的运动空间将实现三维椭圆状。

但是采用此机构用作步行机构，在机器人行驶时，足端的运动范围并不是覆盖了整个可达运动空间，不可能在转过大腿杆时仍能够到达所有区域。

综上所述的原因，小腿与地面法线的夹角要在定的范围之内。

如图所示，就将存在小腿的最大转动角度和小腿最大内向顺时针驱动角度，此时小腿的摆动约束可表示为，又有角的求解公式为令小腿杆在二极限位置对应的值为，所以可求得由上式可知，对于不同的高度值，足端的运动空间在平面中产生类似椭圆曲线的轨迹，当髋关节转动时，将形成三维的运动空间，如图所示。

图小腿的摆动约束图足端运动空间行走机构腿的设计从运动角度出发，足端相对与机身应走直线轨迹，为了在不平地面行走，腿的伸长应该是可变的。

从整体的行走性能出发，方面要求机体能走出直线运动轨迹或平面曲线轨迹在严重崎岖不平地面，另方面要求转向。

步行行走机构腿部的主要任务是支撑着主要由躯体所组成的本体，二是使本体向步行方向移动，此外还必须具有脚部抬起，并向步行方向摆动的动作，若把本体看作固定不动，则足端轨迹如图所示。

图足端轨迹图实际的足端轨迹图如图所示，在支撑相描述出比较缓慢的直线段，而在摆动相描绘出快速的凸起曲线段。

根据上述，提出四足行走机构中腿机构的要求腿的足端部相对于机体的运动轨迹形状应如。

直线段对应的就是足支撑机体的运动轨迹支撑相，曲线段对应的是脚掌离开地面的足端运动轨迹悬空项。

为了不至于使行走机构在运动过程中，因机体上下颠簸而消耗不必要的能量，应保证要求中的直线段有定的直线度。

对于要求中曲线段，没有形状要求，但对其最高点有要求，即其高度决定了机器人在起伏不平的地面上的通过能力。

在要求中，足端通过直线段的时间与通过曲线段的时间相等，即支撑相的相位角为，悬空相的相位角为。

按要求设计的行走机构的四条腿的协调动作顺序要严格要求。

还需要行走机构腿的机构分析，尺寸优化及数学建模等系列分析运算。

完成了机体的设计和传动系统的设计接下来实现转向与控制。

利用进行行走机构辅助设计毕业设计论文开题报告指导教师意见对文献综述的评语对本课题的深度广度及工作量的意见和对设计论文结果的预测指导教师年月日所在专业审查意见负责人年月日黑龙江八农垦大学毕业设计论文开题报告学生姓名