1、锁现象，限制了腿部机构的工作空间。同时增加了控制难度。图埃万斯四连杆机构.腿的选择与设计四足行走机构机械设计主要包括腿机构设计腿的配置形势确定步态分析。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。图的四足步行机器人国内具有代表性的采用四足机构的机器人主要包括如图所示为上海交通大学所研制的二种四足步行机器人，所示的四足步行机器人为采用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。

2、闭环，其运动链基本形式只有种。六杆机构具有两个闭环，其运动链的基本形式有两种瓦特型和斯蒂芬型，八杆运动链具有三个闭环，其运动链基本形式有十六种。.二个自由度二个自由度的机构可以由五杆机构七杆机构九杆机构等组成，其运动链基本形式有多种。关节型，缩放型和拟缩放型等相对成熟和使用较多的机构都是两个自由度，两个自由度的行走机构可以实现前进和抬腿两个方向上的独立运动，但两个自由度的机构输入和输出运动关系比较复杂。本设计中，将采用斯蒂芬型六杆机构作为步行机构，以二杆组作为步行器的大小腿，并使其足端具有符合需要的相对运动轨迹，二杆组的构件应尽量接近于大小腿的结构，以四杆机构作为驱动机构。以二杆组作为腿机构，如图所示，为跨关节，为膝关节，作为足端。以二杆组作为腿机构，如图所示，为跨关节，为膝关节，作为足端。图腿机构示意图步行机构的运动轨迹选为近似矩形的形状，因为此时能够保证有效成功的。

3、端的运动范围受驱动距离的限制，难以得到大的运动空间。图平面四杆步行机构图平面四杆步行机构坐标系模型我们建立如图所示的坐标系模型。点髋关节，绕轴转动，转角为，悬长为点为大腿杆的旋转点，杆长为，其与的延长线的夹角为点为大腿杆的旋转点，杆长为，其与的延长线的夹角为由此可推出点的运动轨迹方程为其中从所周知，当四杆机构的二杆重合时，机构将会出现死点，为了防止四杆机构存在死点位置，通常的做法是规定个小腿杆与大腿杆的最小夹角和最大夹角，即在大小腿杆之间的夹角在任何情况下均要满足以下约束条件。正是由于这种限制，大小腿的运动受到很大的限制，组成了平面运动机构。另外，平面四杆机构有多种演化方式，较典型的有埃万斯四连杆机构，如图所示为机构的简化形式，用连杆曲线的轨迹作为足端轨迹。该步行机构，设计简单方便。具有运动解耦特性，而且都能产生近似直线的运动。但由于四杆机构本身存在死点问题，容易产生。

4、构的自由度不能大于机构的杆件数目不宜太多须有连杆曲线为直线的点足机构上的点，相对于机身高度是可变的机构需有腿的基本形状。腿机构的性能要求有推进运动抬腿运动最好是独立的机构的输入和输出运动关系应尽可能简单平面连杆机构不能与其他关节发生干涉实现直线运动的近似程度，不能因直线位置的改变而发生较大的变化。全部满足上述各项条件的腿部机构是困难的，在设计时，应以尽可能满足以上条件的腿部机构为努力目标，同时选择或设计最适合的步行腿机构。目前常用的腿机构有以下几种形式埃万斯机构，正缩放机构，斜缩放机构和拟缩放机构。迄今为止，国内外步行机构腿的基本机构形式不外乎关节型，缩放型和拟缩放型。这些机构虽然各有特点，但也都有不足之处。目前对于哪些机构作为腿机构合适，哪些机构类型较为优越，尚缺乏深入的研究。行走机构腿按照自由度划分为.个自由度个自由度的结构可以由四杆六杆八杆等组成。四杆机构只有个。

5、，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闭环平面四杆机构此种形式的机构能够克服开链式结构承载能力低的缺点，具有较好的刚性，并且功耗较小，有着较广泛的应用。如图所示为种常见的闭环平面四杆步行机构，其中轴驱动器用于承担机体的重量或升降机体，而和轴驱动器用于推动机体前进，简化了协调控制。缩放式腿部结构具有比例特性，可将驱动器的推动距离按比例放大为足端运动距离，其缺点是无论是圆柱坐标还是直角坐标的缩放机构，都至少需要二个线性驱动关节，使得机械结构较大，质量较重，而且机器人足。

6、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综上所述，随着控制理论计算机技术以及多传感器信息融合技术的发展，世界机器人发达国家的学者在步行机器人技术的理论和实验上作了大量的研究，这种现象的出现最可能的解释是步行机器人具有更强的机动性和灵活性，具有更广阔的应用前景。.。

7、过障碍物，以防止跨过障图为个步行周期中四足机器人的摆动相与支撑相的交替过程。根据占空系数的大小可分为种情况.在两摆动腿着地的同时，另外两支撑腿立即抬起。此情况为特例。既任意时刻同时有支撑相和摆动相见图。机器人移动较慢时，摆动相与支撑相有短暂的重叠过程，即机器人有四腿同时着地状态见图。机器人移动较快时，四条腿有同时为摆动相时刻，四条腿同在空中，尤如马奔跑时腾空状态见图。显然此交替过程要求机器人机构具有弹性和消振功能，否则难以实现，尚有待引入弹性机构。本文研究.时的状态。图占空系数示意图二腿摆动跨步与机体重心移动顺序起始时对角线上两摆动腿,抬起向前摆动，另两条腿,支撑机体确保行走机构原有重心位置在其支撑腿的对角线上见图，摆动腿,向前跨步造成重心前移见图,此时机器人有摔倒趋势。支撑腿,面支撑机体，面驱动相应的髋关节和膝关节，使机体向前平移步长。此时机体重心已偏离对角线,中点。

8、得到应用。.步行机器人研发现状上世纪年代，由于生物学控制理论和电子技术的发展，人们开始对类人行走进行系统的研究，和村洋高滨逸郎等人从生理学角度来分析人类的行走，期望对临床应用假肢设计提供资料。等人从模拟人的双足步行机械出发，对步行机器人的数学模型控制算法和步行稳定性能量分析等问题进行了研究，特别是他所提出的零力矩点概念已经被广泛地应用在腿式机器人的控制中。真正从工程角度对步行机器人进行研究并首次获得成功的是早稻田大学的．教授等人，他们于年推出了．双足步行机器入可以实现步幅为，每步约秒的静态行走。实验室的成功推动了步行控制技术的飞速发展。近三十年来，步行机器人技术得到飞速的发展。从最初的静态行走只能在平面上行走发展到拟动态行走动态行走斜坡上的行走甚至实现跑步。动态行走是步行机器人提高行走速度和研究的必然发展方向。如图所示为通用电气公司的和美国陆军的起设计开发的四足步行车。

9、将至摆动腿,的中点见图。图腿摆动支撑与机体重心在机体移动到位时，摆动腿和立即放下，呈支撑态。恰好使重心在支撑腿和的对角线稳定区内，原支撑腿和也已抬起并向前跨步见图，此时重心已接近腿和对角线中点，且随着腿和的向前跨步而继续向前移动。摆动腿和相对机体向前跨步的同时，另两腿和面支撑机体，面驱动其相应的髋膝关节使机体前移见图。同时摆动腿向前跨步和随同机体相对支撑腿前移，重心也移到摆动腿和的中点，机体处于跌倒态，在此瞬间摆动腿和与支撑腿和交替，使机体重新处于稳定状态见图，从而完成整个步行周期动作。为了避免机体平移时摆动腿与地面之间产生叩碰，必须保证只有在摆动腿脚底离开地面时机体才能移动机体前移动作通过驱动支撑腿的髋膝关节使机器人支撑腿足底水平后移，由于地面的支撑作用,足底和地面位置相对不变而使机体水平前移。.腿的设计从运动角度出发，足端相对与机身应走直线轨迹，为了在综上所述的原。

10、，必须集多学科研究成果之大成，其模型的建立和计算必然极其复杂。为此本文提出虚拟构件的概念来建立四足人的足球比赛规则来进行比赛，看来显得妙趣横生。步行机器人是门集仿生学机械学及控制工程学等多学科融合交汇的综合性的学科，不仅涉及到线性非线性基于多种传感器信息控制以及实时控制技术，而且还囊括了复杂机电系统的建模数字仿真技术及混合系统的控制研究等方面的要求。步行是入与大多数动物所具有的移动方式，是种高度自动化的运动。对于环境具有很强的适应性，相对于轮式履带式及蠕动式移动方式而言，具有更广阔的应用前景。我们从事步行机器人的研究工作，并不是为了追求对复杂系统的研究，而是因为步行机器人的确具有广泛的应用前景，例如在取代危险环境下人类的工作工厂的维护和不平整地面的货物搬运以及灾害救助等方面。另外，随着社会老龄化程度的不断加深，在护理老人康复医学以及在般家庭的家政服务等方面步行机器人也。

11、”。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。图步行,机器人,机构,设计,毕业设计,全套,图纸学生姓名指导教师所在学院工程学院专业机械设计制造及其自动化中国•大庆年月摘要本文介绍了国内外四足步行机器人的发展状况和三维制图软件的应用，着重分析了设计思想并对行走方式进行了设计并在此软件基础上四足步行机器人腿进行了绘制，对已绘制的零部件进行了装配和三维展示。展示了强大的三维制图和分析功能。同时结合模仿四足动物形态展示出了本次设计。对设计的四足行走机器人腿进行了。

12、在的问题在处理多自由度的步行机器人运动控制中，的确很难将这些方法应用与机器人的运动控制中。基于行为的控制策略在处理多自由度步行机器人这类复杂系统时，行为规则的设计十分困难。因为多关节步行机器人运动学远比轮式移动机器人复杂，建立多关节步行机器人的传感空间到关节运动空间的映射非常困难。基于高层规划的控制方式虽己应用于多足步行机器人的步行控制。但随着步行机器人自由度数的增加，系统模型的建立成为控制系统设计中最为繁琐耗时和困难的环节，而且模型的可靠性并不理想。因此，将神经网络用于机器人步行控制，解决系统中存在的多变量非线性变结构问题，是步行控制的合理选择，且在机器人虚拟平台上取得了较好的结果。但在物理实验平台的实际应用研究中，结果并不理想。以上的分析可以看出，在多关节步行机器人的运动控制中，传统的运动控制策略或多或少地存在不足之处。其原因是研制能在现实世界象动物那样运动的机器。

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