【正文】 to achieve movement similar to animals39。 整個(gè)設(shè)計(jì)方案主要執(zhí)行構(gòu)件為四桿機(jī)構(gòu)。為以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為將來的工作積累了豐富的知識(shí)庫(kù)。同時(shí)，希望各位讀者在對(duì)此文的不足給抒指導(dǎo)，批評(píng)和提出寶貴的意見和建議。 參 考 文 獻(xiàn) 1 河 工 大 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 2 鄭浩峻等 . 基于 CPG 原理的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法 . 高技術(shù)通訊 ,2021(7):6467 3 4 劉靜 , 趙曉光 , 譚民 . 腿式機(jī)器人的研究綜述 . 機(jī)器人， 2021,28(1):8188. 5 何冬青 , 馬培蓀 , 曹沖振 , 袁寶民 , 葉蓉石 . 四足機(jī)器人對(duì)角小跑起步姿態(tài)對(duì)穩(wěn)定性的影響 . 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào) ,2021,39(6):880 882 6 劉 洋 , 陳佳品 , 程君實(shí) . 基于 OpenGL 的四足機(jī)器人步態(tài)仿真系統(tǒng) . 計(jì)算機(jī)工程 ,2021,28(10):53 71 7 陳學(xué)東 , 郭鴻頌 , 渡邊桂吾 . 四足機(jī)器人爬行步態(tài)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 . 機(jī)械工程學(xué)報(bào) ,2021,39(2):812 8 徐軼群 , 萬(wàn)隆君 . 四足步行機(jī)器人腿機(jī)構(gòu)及其穩(wěn)定性步態(tài)控制 . 機(jī)械科學(xué)與技術(shù) ,2021,22(1):812 9 王新杰 , 李培根 , 陳學(xué)東 陳宏娟 . 四足步行機(jī)器人關(guān)節(jié)位姿和穩(wěn)定性研究 .中國(guó)機(jī)械工程 ,16(17):15611566 10 何冬青 , 馬培蓀 . 四足機(jī)器人動(dòng)態(tài)步行仿真及步行穩(wěn)定性分析 . 計(jì)算機(jī)仿真 ,2021,22(2):146149 11 陳 佳品 , 程君實(shí) , 馮 萍 , 馬培蓀 , 潘俊民 , 席裕庚 . 四足機(jī)器人對(duì)角小跑步態(tài)的研究 . 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào) ,1997,31(6):1823 12 何冬青 , 馬培蓀 , 曹曦 , 曹沖振 , 于會(huì)濤 . 四足機(jī)器人對(duì)角小跑起步姿態(tài)對(duì)穩(wěn)定步行的影響 . 機(jī)器人 ,2021,26(6):530537 13 陳佳品 , 程君實(shí) , 席裕庚 . 四足機(jī)器人對(duì)角小跑直線步行的虛擬模型 . 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)報(bào) ,2021,35(12):17711775 14 吳振彪 .工業(yè)機(jī)器人 [M].武漢 :華中理工人學(xué)出版社， 1997 15 王庭樹 .機(jī)器人運(yùn) 動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué) [M].西安電子科技大學(xué)出版社， 1990 河 工 大 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 致 謝 本畢業(yè)設(shè)計(jì)是在張 老師的精心指導(dǎo)下完成的。 本次設(shè)計(jì)最深刻的體會(huì)是實(shí)踐對(duì)于機(jī)械課程學(xué)習(xí)的重要性，也是以后應(yīng)該注意的 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我大學(xué)四年學(xué)習(xí)課程的一個(gè)總結(jié)，畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我系統(tǒng)地鞏固了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)課程，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)使我更加了解到機(jī)械設(shè)計(jì)在實(shí)際生產(chǎn)中的重要作用。 軸承內(nèi)圈與軸的配合采用的是過度配合，軸承外圈采用的是過盈配合。選擇軸承的主要依據(jù)是軸承受的載荷大小、方向和性能。 選取彎矩和扭矩大而軸徑小可能斷的截面為危險(xiǎn)截面做彎扭合成強(qiáng)度的校核計(jì)算。由上述計(jì)算可知腰關(guān)節(jié)軸承受的彎扭力矩最大，且其他軸軸徑均大于等于 20mm,若此軸滿足強(qiáng)度要求則其他軸均滿足要求。 初拉力 即發(fā)揮傳動(dòng)能力又保證單根帶壽命 初拉力： Q:帶質(zhì)量 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 mm 包角 由傳功比為 1 可知： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 驗(yàn)算帶速 帶速的計(jì)算式為： = 確定中心距和帶長(zhǎng) 中心距 a 的大小，直接關(guān)系到傳動(dòng)尺寸和帶在單位時(shí)間內(nèi)的繞轉(zhuǎn)次數(shù)。輸出軸為 2mm，長(zhǎng)度為 12mm 河 工 大 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 4. 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 各參數(shù)設(shè)計(jì)及計(jì)算 參數(shù)設(shè)計(jì) L1 腕關(guān)節(jié)帶傳動(dòng)比為 1 L2 腕關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)速 Nl=5r/min 傳遞扭矩 T1= L3 功率 P1= 確定 名義傳動(dòng)功率 計(jì)算功率 PC=KAP 式中 KA工作情況系數(shù)， 取 ； PC 名義傳動(dòng)功率（ kW）。 Tl= Tl/200*? = mN? 計(jì)算得 0P = 錯(cuò)誤 !未找到引 用源。 J2=J3=J4=J5= 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 Nm=Nl*300=1125r/min TL= Tl/300*? = mN? 計(jì)算得 0P = 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 = 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =400 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 N=1125r/min 膝關(guān)節(jié)電機(jī)選配 參數(shù)計(jì)算 齒輪 ?1= J4 J5 J6 帶 ?2= J2 減速器 ?3= J3 大齒輪直徑 D1=8cm J1 小齒輪直徑 D2=6cm 帶輪直徑 D1=8cm 帶長(zhǎng) L=2L2+錯(cuò)誤 !未找到引用源。 !未找到引用源。 =*錯(cuò)誤 !未找到引用源。 擺腳時(shí)間 t=1s 傳動(dòng)比 i=1:150 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 TP= 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 2mN? TP(啟動(dòng)最大轉(zhuǎn)矩 ) TL 以保證電機(jī)可靠運(yùn)行， TP= 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 l2 L3 L4 則 2LGD = 2mN? 髖關(guān)節(jié)水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)選配 L5 由（ 31）得 0P = 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =*錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ① 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =120176。使用直流伺服電機(jī)， 可以給機(jī)器人佩戴移動(dòng)電源，提高其遠(yuǎn)程可操作性 。增量式碼盤反饋 ，因其 采用 32 位 DSP 三環(huán)（速度、位置、電流） 和 16 位 CPU 全數(shù)字控制 ，可以達(dá)到很 高 的 精度。 （ 2）液壓伺服馬達(dá) 液壓伺服馬達(dá)負(fù)載能力 很 大 ，且 具有較大的功率 密度 ， 其在保證 抓住重負(fù)載不 下 滑 的同時(shí) ， 能實(shí)現(xiàn) 精度較高定位 和 平穩(wěn) 的 運(yùn)動(dòng)，從關(guān)鍵技術(shù) 包括體積、重量 等的 要求考慮， 是一個(gè)最佳的 選擇方案。 M3= 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 G3 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 = 抬腿至水平時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 : 抬腿至水平時(shí)狀態(tài)如 右 圖 此時(shí)彎矩圖 如右 ： M2’=G1’+錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =75N 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 腿撐地時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 L=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 圖 13 腕部俯仰設(shè)計(jì) 27帶輪 28圓柱直齒輪 29圓柱直齒輪 30傳動(dòng)軸 31手腕部分 3 電機(jī)的確定 各關(guān)節(jié)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析 機(jī)器人一個(gè)步態(tài)周期由四條腿依次“抬起 —— 擺動(dòng) —— 放下”的動(dòng)作構(gòu)成，而每條腿得“抬起 —— 擺動(dòng) —— 放下”需要一個(gè)步態(tài)周期分成若干個(gè)階段與之相對(duì)應(yīng)，要保證行走的穩(wěn)定性就需要合理控制每條腿來實(shí)現(xiàn)。 為 減小空回間隙，提高傳動(dòng)精度 ，應(yīng) 設(shè)有可靠的傳動(dòng)間隙調(diào)整 的 機(jī)構(gòu)。采用分離傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)器 的 腕部機(jī)構(gòu) ，以 減輕機(jī)器人腕部重量。在 能達(dá)到 作業(yè)要求的前提下，應(yīng)盡可能的 減 少自由度數(shù)。 圖 10 大腿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 7電機(jī) 8蝸輪 9蝸桿 10傳動(dòng)軸 5 10 9 8 7 18 河 工 大 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 圖 11 小腿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 11電機(jī) 12帶輪 13圓 帶 14帶輪 15齒輪 16齒輪 17齒輪 18齒輪 機(jī)器 人 腕部活動(dòng)關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)機(jī)器人手腕自由度數(shù) 時(shí) ， 要 根據(jù)作業(yè)需要來 定 [14]。 機(jī)器人腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì) 腰部外安放一驅(qū)動(dòng)電機(jī) 1，驅(qū)動(dòng)內(nèi)部 齒 輪 2 齒輪 3 傳動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)豎直主軸 4 的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)大 腿 5，小 腿 6 等工作部分的旋轉(zhuǎn)自由度，如圖 9 腰部設(shè)計(jì) ,內(nèi)部傳動(dòng)。 其他技術(shù)參數(shù)的擬定 (1) 其腿部結(jié)構(gòu)尺寸為： 髖關(guān)節(jié)長(zhǎng)度： l1=150mm。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 綜上擬定每條腿有 5 個(gè)自 由度的四足仿生機(jī)器人，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下。機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，通過對(duì)四足仿生機(jī)理的研究，綜合考慮需要實(shí)現(xiàn)的功能和其他因素，設(shè)計(jì)出具有質(zhì)量小運(yùn)動(dòng)靈活的四足仿生機(jī)器人單腿結(jié)構(gòu)。許多學(xué)者正在研究這一問題 控制系統(tǒng)及控制方法： 機(jī)器人與環(huán)境的交互時(shí)存在環(huán)境識(shí)別，導(dǎo)航，軌跡規(guī)劃等移動(dòng)機(jī)器人的共性問題，使得控制系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜。且行走速度與負(fù)載有很大的關(guān)系。解決跳躍步態(tài)的有效方法是仿生學(xué)的應(yīng)用。另外在月球，火星等外太空微重力環(huán)境下，跳躍式前進(jìn)的效率上具有明顯的相對(duì)優(yōu)勢(shì)。這幾種步態(tài)在實(shí)驗(yàn)室條件下均有成功的試驗(yàn)記錄。該模型結(jié)合了足式機(jī)器人和輪式機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，輪式和足式兩種運(yùn)動(dòng)方式根據(jù)不同的環(huán)境變換，以達(dá)到較高的移動(dòng)速度和良好的運(yùn)動(dòng)靈活性的統(tǒng)一，如圖下 4。為了提高步行速度，將彈性步行機(jī)構(gòu)應(yīng)用于該四足步行機(jī)器人，起到緩沖和儲(chǔ)能作用 [4]。 1985 年，一臺(tái)具有兩條平行四邊形腿主要用于無硬底層的水田耕作的步行機(jī)耕船臺(tái)車試驗(yàn)成功，并土槽中表現(xiàn)出較高的牽引效率。 法國(guó)的 Bourges (France)大學(xué)也研制成功 SILO4 系列四足機(jī)器人。 圖 1 美國(guó)卡耐基美隆大學(xué)研制的 BigDog 加拿大 McGill 大學(xué)智能機(jī)器中心機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研制了 ScoutI 與 ScoutII兩代四足移動(dòng)機(jī)器人， ScoutI 的每條腿僅有 l 個(gè)自由度，髖部也只有 1 個(gè)驅(qū)動(dòng)器，主要被用來進(jìn)行行走控制，它的機(jī)械結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，卻有著良好的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，如圖 2；圖 3 自主型奔跑機(jī)器人 ScoutII，也是髖部只有 1 個(gè)驅(qū)動(dòng)器，但只需改變前腿和后腿的觸地力矩和觸地角度 4 個(gè)參數(shù)，控制兩個(gè)自由度的變量，進(jìn)而就可以控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)不規(guī)則地面的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)步行，顯示了生物激勵(lì)控制對(duì)未知的不規(guī)則地面有自適 應(yīng)能力的優(yōu)點(diǎn)。有學(xué)者認(rèn)為：從穩(wěn)定性和控制難易程度及制造成本等方面綜合考慮，四足機(jī)是最佳的足式機(jī)器人形式，四足機(jī)器人的研究頗具實(shí)用價(jià)值和社會(huì)意義。 曾長(zhǎng)期作為人類主要交通工具的馬，牛，驢，駱駝等四足動(dòng)物因其優(yōu)越的野外行走能 力和負(fù)載能力自然是人們研究足式機(jī)器人的重點(diǎn)仿生對(duì)象。 河 工 大 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 1 概述 緒論 隨著機(jī)械制造行業(yè)技術(shù)水平的提高及機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、材料等學(xué)科的發(fā)展，促進(jìn)了機(jī)器人應(yīng)用到更廣泛的行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)。 軸承的選型 ...................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 各參數(shù)設(shè)計(jì)及計(jì)算 ................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 各關(guān)節(jié)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 .......................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2 四足仿生移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及要求 ................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 關(guān) 鍵詞： 機(jī)器人 四足 仿生 帶傳動(dòng) 河 工 大 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要 Title ： The Quadruped Mobile Robot Structure Design Abstract: The design is the quadruped mobile robo