【正文】 ] 周建成，等. 基于 MATLAB的空間 7R ，2003[23]，1996[24]，2000[25]，1996[26]，1994致 謝在論文成稿之際，我想首先向指導(dǎo)我的老師楊懷玉老師表示衷心地感謝。結(jié)合了一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)齒形帶及傳動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)做到步行狀態(tài)。4 結(jié)論 論文完成的主要工作本文主要完成了一下方面的工作：理論分析與推導(dǎo)計(jì)算依據(jù)幾何圖形的封閉型條件，得出數(shù)學(xué)模型，根據(jù)數(shù)學(xué)模型，求出機(jī)構(gòu)尺寸優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。二、選用齒形帶因設(shè)計(jì)想實(shí)現(xiàn)渦輪傳導(dǎo)動(dòng)力的過程，故用齒形帶與之相互嚙合。一、電機(jī)與電源的選擇電機(jī)的選擇主要是參照其轉(zhuǎn)速和功率兩個(gè)參數(shù)。每臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一條腿，加重了腿的支撐總量，功耗較大，同時(shí)也給控制帶來較大的難度。其三維圖形如下31圖所示：圖31 機(jī)體外殼三維圖 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照驅(qū)動(dòng)電機(jī)的數(shù)量可將四足行走機(jī)構(gòu)劃分為：一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)四條腿可以節(jié)省能量，控制比較簡單，但要實(shí)現(xiàn)行走，傳動(dòng)系統(tǒng)將比較復(fù)雜。但是行走機(jī)構(gòu)在步行時(shí)腳的位置會(huì)改變，有時(shí)也會(huì)受到地面環(huán)境因素的影響，使得重心經(jīng)常產(chǎn)生很大的偏差，這時(shí)就容易發(fā)生翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，再加上要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎和爬坡，要想維持重心的不變就顯得更為艱難，這些因素導(dǎo)致目前四足步行速度低，步幅小的問題。圖 217預(yù)想設(shè)計(jì)的軌跡圖同時(shí)根據(jù)優(yōu)化出來的尺寸，用MATLAB模擬的腿的軌跡如下圖 218所示：圖218用MATLAB模擬的腿的軌跡由MATLAB所繪出的圖，可以看出優(yōu)化出來的尺寸，實(shí)際軌跡與預(yù)先設(shè)計(jì)的軌跡是相符的；同時(shí)，該尺寸也滿足預(yù)先選定步行機(jī)構(gòu)的步距和抬足高度的大小要求。 機(jī)器人腿足端的軌跡和運(yùn)動(dòng)分析 機(jī)器人腿足端的軌跡分析如圖216建立坐標(biāo)系xoy，z軸垂直紙面向里，足端的軌跡，既是C點(diǎn)在xoy下的位置坐標(biāo)方程。圖214四足機(jī)器人對(duì)角小跑支撐與擺動(dòng)組合協(xié)調(diào)控制器框圖(4)支撐腿控制器圖215四足機(jī)器人對(duì)角支撐腿桂制器框圈機(jī)體的期望位置由虛擬構(gòu)件轉(zhuǎn)化為廣義虛擬力，并通過力分布函數(shù)，分解為作用于前后腿的廣義虛擬力，并由虛擬模型轉(zhuǎn)化為實(shí)際的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)機(jī)體至期望的位置。一旦確定了本體和末端，下一個(gè)關(guān)鍵步驟是設(shè)計(jì)一個(gè)有效的虛擬構(gòu)件。對(duì)角支撐交互，完成步行運(yùn)動(dòng)。虛擬力通過虛擬模型映射成關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩。步行運(yùn)動(dòng)變化為虛擬構(gòu)件的參數(shù)調(diào)整。虛擬模型將廣義虛擬力映射為相關(guān)的實(shí)際關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩。美國麻省理工學(xué)院的Prat提出了虛擬模型控制的概念步行機(jī)器人虛擬模型控制的要素是虛擬構(gòu)件和虛擬模型。在四足機(jī)器人動(dòng)態(tài)步行時(shí)，擺動(dòng)腿的非直接力矩控制，對(duì)運(yùn)動(dòng)的平滑性影響并不明顯，擺動(dòng)腿的擺動(dòng)效果也不錯(cuò)。圖2－11 四桿機(jī)構(gòu)圖其連桿點(diǎn)與D點(diǎn)軌跡具有相似的形狀，該四桿機(jī)構(gòu)的相對(duì)尺寸為：將相對(duì)尺寸轉(zhuǎn)換成絕對(duì)尺寸為： 根據(jù)D1與D點(diǎn)軌跡相等的原則，進(jìn)行裝配，其裝配尺寸為：其裝配后的圖形為圖212所示：圖212裝配圖 支撐與擺動(dòng)組合協(xié)調(diào)控制器(1)問題的提出由于設(shè)計(jì)上的限制，四足步行機(jī)器人在關(guān)節(jié)層面上設(shè)置驅(qū)動(dòng)器，關(guān)節(jié)層面的驅(qū)動(dòng)空間是非直覺的。這樣取得的足端軌跡上的 24 個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值如表 21，這里選定步行機(jī)構(gòu)的步距為 S=14cm，抬足高度 h=。腿機(jī)構(gòu)以二桿組組成，如圖26 所示，A為跨關(guān)節(jié)，B為膝關(guān)節(jié)，C作為足端。八桿機(jī)構(gòu)具有三個(gè)閉環(huán)，其運(yùn)動(dòng)鏈基本形式有十六種。腿機(jī)構(gòu)的性能要求有：（1）推進(jìn)運(yùn)動(dòng)、抬腿運(yùn)動(dòng)最好是獨(dú)立的；（2）機(jī)構(gòu)的輸入和輸出運(yùn)動(dòng)關(guān)系應(yīng)盡可能簡單；（3）平面連桿機(jī)構(gòu)不能與其他關(guān)節(jié)發(fā)生干涉；（4）實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的近似程度，不能因直線位置的改變而發(fā)生較大的變化。行走機(jī)構(gòu)的腿機(jī)構(gòu)分為開鏈機(jī)構(gòu)和閉鏈機(jī)構(gòu)兩大類。圖 28 足端軌跡圖實(shí)際的足端運(yùn)動(dòng)軌跡圖如圖（b）所示，在支撐相描述出比較緩慢的直線段，而在擺動(dòng)相描繪出快速的凸起曲線段。但是由于四桿機(jī)構(gòu)比較容易產(chǎn)生死鎖現(xiàn)象，腿部機(jī)構(gòu)的工作空間受到了較大限制，同時(shí)也增加了控制的難度。B點(diǎn)髖關(guān)節(jié)，繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)角為α，懸長為；點(diǎn)為大腿桿的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，桿長為，其與的延長線的夾角為β；點(diǎn)為大腿桿的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，桿長為，其與的延長線的夾角為φ；由此可推出A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程為：其中：從所周知，在四桿機(jī)構(gòu)中二根桿重合的時(shí)候，機(jī)構(gòu)將會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)，為了防止四桿機(jī)構(gòu)死點(diǎn)的產(chǎn)生問題，比較實(shí)用的做法是規(guī)定一個(gè)小腿桿與大腿桿的最小夾角和最大夾角，即在大小腿桿之間的夾角無論在任何情況下都必須要在最小夾角和最大夾角之間：。圖23小腿的擺動(dòng)約束圖24足端運(yùn)動(dòng)空間 閉環(huán)平面四桿機(jī)構(gòu)閉環(huán)平面四桿機(jī)構(gòu)并沒有開鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)承載能力低的缺點(diǎn)，它擁有比較好的剛性和較小的功耗，因此具有較廣泛的應(yīng)用。但是采用這種機(jī)構(gòu)作為步行機(jī)構(gòu)，在機(jī)器人的行走過程中，機(jī)器人足端的運(yùn)動(dòng)范圍不能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)可達(dá)運(yùn)動(dòng)空間的覆蓋，大腿桿在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也不能到達(dá)所有的區(qū)域。平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要組成部件是大、小腿，而空間運(yùn)動(dòng)則是由髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)該平面機(jī)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)。它的優(yōu)點(diǎn)是具有緊湊的結(jié)構(gòu)，步行機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)較大的運(yùn)動(dòng)空間，并且運(yùn)動(dòng)非常靈活，因?yàn)殛P(guān)節(jié)式的步行機(jī)構(gòu)鏈接的部分是關(guān)節(jié)，所以在行走的過程中不穩(wěn)定的狀態(tài)能夠快速的恢復(fù)平衡。一般而言，不要設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的四足行走機(jī)構(gòu)，如果桿件太多的步行機(jī)構(gòu)會(huì)直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)的實(shí)現(xiàn)更加困難，因此對(duì)于腿部機(jī)構(gòu)所具備的基本要求是：輸出一定的軌跡，實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)要求；具有一定的承載能力；方便控制的要求。主要原因是想要研制像現(xiàn)實(shí)世界中的動(dòng)物那樣運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，就一定要集多學(xué)科研究成果之大成，它的模型建立和計(jì)算必然非常復(fù)雜。 存在的問題在處理多自由度的步行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中，的確很難將這些方法應(yīng)用與機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制中。它采用了開環(huán)關(guān)節(jié)連桿機(jī)構(gòu)作為步行機(jī)構(gòu)，通過對(duì)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)制的模擬，從而達(dá)到相對(duì)而言比較穩(wěn)定的有節(jié)奏的運(yùn)動(dòng)，可以獨(dú)立處理比較復(fù)雜的地形條件，能夠輕松完成上下坡行走、越障等功能。另外，當(dāng)機(jī)器人行走時(shí)引擎會(huì)發(fā)出怪異的噪音。循環(huán)部件。35176。TekkenIV它的每個(gè)關(guān)節(jié)安裝了一個(gè)光電碼盤、陀螺儀、傾角計(jì)和觸覺傳感器。TITANⅥ機(jī)器人運(yùn)用了一種新型的直動(dòng)型腿機(jī)構(gòu)，有效避免了在上樓梯過程中各腿間的干涉，并且采用了兩級(jí)變速驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)腿部的擺動(dòng)相和支撐相分別進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。TITAN年代比較具有代表性的四足步行機(jī)器人是由日本的一所名叫世紀(jì)此外，隨著目前不斷加深的社會(huì)老齡化程度的問題，對(duì)于老年人的護(hù)理、康復(fù)醫(yī)學(xué)以及在普通家庭的家政服務(wù)等方面步行機(jī)器人也可以取得較好的應(yīng)用。其中，行走機(jī)構(gòu)比較普遍，比如哈爾濱工業(yè)大學(xué)自主研發(fā)的可以用來