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。腿的机构分析步行机器人的腿机构是步行机器人的重要组成部分，在设计腿机构时，要求腿机构能够实现运动和承载的功能，同时又要满足结构简单方便控制的要求。机器人的腿机构主要分为开式链机构和闭式链机构。开式链机构结构简单，工作空间大，但承载能力小闭式链机构刚性好，承载能力大，功耗小，但工作空间小。腿机构应满足以下要求从运动角度出发，足端相对与机身应走直线轨迹，为了在不平坦地面行走，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，另方面要求转向从承受载荷方面，腿机构应具备与整机重量想适应的刚性和承载能力从机构设计要求方面，腿机构不能过于复杂，杆件数量多的腿机构形式，会导致结构复杂难以实现。因此，腿机构设计需要保证实现运动承载能力要求结构易实现和方便控制。行走机构的腿机构分为开链机构和闭链机构两大类。开链机构的特点是工作空间大，结构简单，但承载能力小，刚度和精度差，为了克服开链机构的缺陷，发展了闭链机构。闭链机构刚性好，承载能力大，功耗较小，但工作空间有局限性，分析比较，本文选择闭链腿机构进行研究。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选择与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。步态的类型凡是四足动物在正常行走时，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。正常行走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。二步态的选择基于本设计对腿的要求及整个机体的选择和个电机的选择配合蜗杆的使用等原因，所以选择态步行中的步态，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，考虑下列要求步行平稳协调进退自如，无左右摆晃及前后冲击机体和关节间没有较大的冲击，特别是在摆动腿着地时，与地面接触为软着陆。机体保持与地面平行，且始终以等高运动，没有明显的上下波动。摆动腿跨步迅速，腿部运动轨迹圆滑，关节速度和加速度轨迹无畸点。占空系数腿部动作和占空系数步态的特点是处于对角线上的两条腿或者.具有相同相位，既对角线上两腿的动作完全样，同时抬起，同时放下。行机器人的虚拟模型，借鉴人在解决些问题时经常采用的直觉方法来控制四足步行机器人的运动，试图从另外个角度来解决步行机器人的运动控制问题。四足机器人腿的研究.腿的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。四足步行车如图所示为世界上第台四足步行机构机器人，它被制造于年，其特点是能够实现在不平地面上稳定步行运动，能够越过地面上较小的障碍物而不接触能够实现全方位的步行运动而不会出现打滑或者损坏地面的结构该步行机器人能够成为个稳定的工作平台，利用腿的自由度执行操作任务。图第台采用四足步行机构的机器人自世纪年代以来，采用行走机构的机器人技术得到了快速的发展，国外的发展领先于国内，国外己研制出定数量的四足机器人样机少量投入了使用，以下从几个典型的四足行走机构机器人来阐述国外四足行走机构机器人的研究现状。年美国军方发布的“小狗”机器人开展运动学习的研究科学家应用“小狗”来探索机器学习运动控制环境感知和不确定地形运动之间的基本关系。年月美军又研制出了利用在军事上的“大狗”，如图所示，这个四足机器人由波士顿动力学工程公司专门为美国军队研究设计。这种机器狗人能够在战场上发挥非常重要的作用在交通不便的地区为士兵运送弹药食物和其他物品。它不但能够行走和奔跑，而且还可跨越定高度的障碍物。该机器人的动力来自部带有液压系统的汽油发动机。图四足机器人狗加拿大的大学机器人研究室研制了Ⅱ四足步行机器人见图，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。加拿大大学的步行机器人实验室研制的系列步行机器人,如图所示。该机器人的个最大的特点就是其步行机构相当简单，每条腿只有个自由度，能够实现步行转弯以及跨越的台阶，但可靠性较差，后来对机器人做了些改进，将步行机构的关节改为被动关节，大大提高了其步行可靠性。图系列四足步行机器人除了世界各地的研究机构和高效实验室研制的用于科学实验的四足机器人之外，人们还出于商业目的，开发了多种四足步行机器人。最为典型的是公司推出的四足步行机器人，如图所示，该机器人每条腿，采用平面四杆缩放机构，具有二个自由度，机器人能前向后腿，左转和右转，并预留有的记忆体可供客户做进步的机器人实验和开发利用。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详细的分析与总结得出了该机构的优缺点。本文对四足机器人腿的单腿结构分析比较详细，并结合三维进行理性的理解。关键词四足步行机器人腿,目录摘要前言绪论.步行机器人的概述.步行机器人研发现状.存在的问题四足机器人腿的研究.腿的对比分析开环关节连杆机构闭环平面四杆机构.腿的选择与设计腿的配置形式腿的步态选择与分析.腿的设计腿的机构分析支撑与摆动组合协调控制器.单条腿尺寸优化数学建模运动特征的分析.机器人腿足端的轨迹和运动分析机器人腿足端的轨迹分析机器人腿足端的运动分析.机体设计.机体设计机体外壳设计传动系统设计.利用进行腿及整个机构辅助设计.结论.论文完成的主要工作.结论参考文献致谢前言机器人的研发和使用现已经成为世界各国的重要科研项目，用它来代替人的操作项目或帮助残疾人完成自己不能完成的项目活动。在工业，手工业，重工业等方面机器人的辅助功能尤为突出，大大提高了工作效率，节省开支。其中，以行走机构较为常见，比如哈尔滨工业大学自主研发的四足机器人来踢足球，几个机器人在小场地上模拟人的足球比赛规则来进行比赛，看来显得妙趣横生。对其在世界发展角度来讲，中国的机器人发展水平还处于中游水平，但尤为强调的是哈尔滨工业大学，中国中航二集团自主研发的二足，四足及多足机器人都在中国的机器人发展过程中起到极大的积极作用，在工业，航天业更涉及到大众娱乐，发展前景都非常好。本设计既对四足步行机器人腿进行机构分析设计，我也对此机构的机体在参仿之外做了系列改进，以及绘制三维图等方面工作。绪论.步行机器人的概述机器人的研发和使用现已经成为世界各国的重要科研项目，用它来代替人的操作项目或帮助残疾人完成自己不能完成的项目活动。在工业，手工业，重工业等方面机器人的辅助功能尤为突出，大大提高了工作效率，节省开支。其中，以行走机构较为常见，比如哈尔滨工业大学自主研发的