【文章內(nèi)容簡介】 30從而 可實現(xiàn)手腕部分 31 的旋轉(zhuǎn)自由度，如圖 1 12 腕 部轉(zhuǎn)動設(shè)計 。該方案的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜， 但 整體重量相對 較輕 ， 且 緊湊性更好，可以自由選擇電機類型。 圖 13 腕部俯仰設(shè)計 27帶輪 28圓柱直齒輪 29圓柱直齒輪 30傳動軸 31手腕部分 3 電機的確定 各關(guān)節(jié)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算 運動狀態(tài)分析 機器人一個步態(tài)周期由四條腿依次“抬起 —— 擺動 —— 放下”的動作構(gòu)成，而每條腿得“抬起 —— 擺動 —— 放下”需要一個步態(tài)周期分成若干個階段與之相對應(yīng)，要保證行走的穩(wěn)定性就需要合理控制每條腿來實現(xiàn)。機器人總重 m=15KG， 重心在機體中心。行走時三腿承受重量，一腿邁步。單腿承受力約 F錯誤 !未找到引用源。 =75N 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算 腿撐地時負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算 L=錯誤 !未找到引用源。 /2= 27 31 30 28 29 河 工 大 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 13 撐地狀態(tài)時最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩分析 受力分析： G （ L2+L3’） F1 F2 彎矩分析： y x 則髖關(guān)節(jié)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩 錯誤 !未找到引用源。 = 錯誤 !未找到引用源。= 此時膝關(guān)節(jié)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩 錯誤 !未找到引用源。 = 抬腿至水平時負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算 : 抬腿至水平時狀態(tài)如 右 圖 此時彎矩圖 如右 ： M2’=G1’+錯誤 !未找到引用源。 M2 G2’ 錯誤 !未找到引用源。 M2’ M3=G3+錯誤 !未找到引用源。 = 錯誤 !未找到引用源。 G3 錯誤 !未找到引用源。 M3 M4=G4+錯誤 !未找到引用源。 = 錯誤 !未找到引用源。 G4 M4 綜上髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩分別為 M2=錯誤 !未找到引用源。 M3= 錯誤 !未找到引用源。 M4= 錯誤 !未找到引用源。 河 工 大 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 14 機器人通常有以下四種 [15]驅(qū)動方式： （ 1）步進(jìn)電機 可 以通過 數(shù)字 控制 直接 對其 控制， 可 控 性 好 ， 結(jié)構(gòu)簡單， 并 且成本低； 一般情況下 不需要反饋就能對位置和速度 實現(xiàn) 控制； 且 不會 產(chǎn)生因 積累 形成的位置誤差； 它 具 備 自鎖能力（變磁阻式） 及 保持轉(zhuǎn)矩（永磁式）的能力， 對 控制系統(tǒng)的定位 有利 。但 是 步進(jìn)電機空間分辨率較低 ，并且 基本上不具有過載能力，功率偏 大的一般 體積較大；功率較小 的 ， 僅 適于傳動功率 小 的小型或關(guān)節(jié)機器人。 （ 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 ， 能實現(xiàn) 精度較高定位 和 平穩(wěn) 的 運動，從關(guān)鍵技術(shù) 包括體積、重量 等的 要求考慮， 是一個最佳的 選擇方案。但其費用較高，而且其液壓系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，維護(hù)不方便。 （ 3）交流伺服電機 交流伺服電機 的價格介于 直流伺服電機 和 步進(jìn)電機 之間，其結(jié)構(gòu)簡單，體積較小 而且 運行可靠，使用 起來 維修方便。在調(diào)速性能方面交流伺服電機隨著 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展（ GTO 可關(guān)斷晶閘管， MOSFET 場效應(yīng)管 和 GTR 大功率晶閘管等電子器件、計算機控制技術(shù) 及 脈沖調(diào)寬技術(shù) ） ， 有了很大提高 。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。啟動功率 在超過 三 倍過載輸出扭矩 時也 可以 達(dá)到 很， 并且 提供 較 高的響應(yīng)速度。 （ 4）直流伺服電機 在 調(diào)速特性 上 直流伺服電機具有良好 優(yōu)勢 ， 它的特點是 相對功率大 ， 響應(yīng)速 度快且 啟動力矩 大 ， 而 且控制技術(shù)成熟。 雖然其 結(jié)構(gòu) 相對 復(fù)雜， 但能夠通過 外圍轉(zhuǎn)換電路與微機配合實現(xiàn)數(shù)字控制。使用直流伺服電機， 可以給機器人佩戴移動電源，提高其遠(yuǎn)程可操作性 。 由于本設(shè)計研究的 四足仿生移動機器人 的體積和重量均要求小 且 額定負(fù)載一般，也為了便于控制，經(jīng) 綜合分析，決定采用 直流 伺服電機 作為 驅(qū)動。 電機選型有關(guān)參數(shù)計算 由于傳動負(fù)載作回 轉(zhuǎn)運動 河 工 大 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 15 負(fù)載額定的功率： ????955010 LNTP （ 31） 負(fù)載加速的功率： aLLa tNGDP ?? ?? 3 22 103577 （ 32） 負(fù)載力矩（折算到電機軸上）： lM LL TNNT ??? ? （ 33） 負(fù)載 GD（折算到電機軸上）： 222 )( lMLL GDNNGD ? （ 34） 起動時間 ： )(375 )(22LPMLMa TT NGDGDt ? ??? （ 35） 制動時間： )(375 )(22LPMLMd TT NGDGDt ? ??? （ 36） 0P 額定功率， KW； aP 加速功率， KW； lN 負(fù)載軸回轉(zhuǎn)速度， r/min； MN 電機軸回轉(zhuǎn)速度， r/min； lV 負(fù)載的速度， m/min； ? 減速機效率； ? 摩擦系數(shù)； lT 負(fù)載轉(zhuǎn)矩（負(fù)載軸）， mN? ； pT 電機啟動最大轉(zhuǎn)矩， mN? ； LT 負(fù) 載轉(zhuǎn)矩（折算到電機軸上）， mN? ； 河 工 大 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 16 2lGD 負(fù)載的 2GD ， 2mN? ； 2LGD 負(fù)載 2GD （折算到電機軸上）， 2mN? ； 2MGD 電機的 2GD ， 2mN? ； 髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動慣量計算 髖部水平旋轉(zhuǎn)只存在摩擦力矩，沒有其他轉(zhuǎn)矩在回轉(zhuǎn)圓周上，則在回轉(zhuǎn)軸上有： RfGRFT fl ????? （ 37） f 滾動軸承摩擦系數(shù)，取 為 ； G 負(fù)載與機械手本身的重量 總 和，取 為 1KG ； R 軸承內(nèi) 徑 ， R=10mm ； 移動速度 帶入數(shù)據(jù)，計算得 lT =*錯誤 !未找到引用源。 mN? ； 由 V=令最大擺腳 錯誤 !未找 到引用源。 =120176。 =2 錯誤 !未找到引用源。 /3 R= 錯誤 !未找到引用源。 由 v=錯誤 !未找到引用源。 ① 錯誤 !未找到引用源。 ② 由 ① ② 聯(lián)立得 錯誤 !未找到引用源。 =傳動比定為 1/120； 負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量 2LGD =4g(J1+J2) 10mm J1=錯誤 !未找到引用源。 100mm 錯誤 !未找到引用源。 =*錯誤 !未找到引用源。 D1=10CM D2=8CM L=15CM 得 J1=錯誤 !未找到引用源。 a L1 段繞 a 旋轉(zhuǎn) L1 河 工 大 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 17 J2=錯誤 !未找到引用源。 = 錯誤 !未找到引用源。 l2 L3 L4 則 2LGD = 2mN? 髖關(guān)節(jié)水平旋轉(zhuǎn)電機選配 L5 由（ 31）得 0P = 錯誤 !未找到引用源。 其中傳遞效率 ? 取 2LGD =(1/120)178。 2LGD = 錯誤 !未找到引用源。 2mN? 由（ 32） aLLa tNGDP ?? ?? 3 22 103577 可得 TL= 錯誤 !未找到引用源。 2mN? TP(啟動最大轉(zhuǎn)矩 ) TL 以保證電機可靠運行， TP= 錯誤 !未找到引用源。 機械系統(tǒng)的動態(tài)特性受慣量影響，慣量越小，系統(tǒng)的動態(tài)特性反應(yīng)越好；慣量越大，馬達(dá)的負(fù)載也就越大，越難控制，但機械系統(tǒng)的慣量需和馬達(dá)慣量相匹配才行，一般負(fù)載慣量建議應(yīng)小于電機慣量的 5 倍。 即 J1+J2： Jm5:1 Jm 錯誤 !未找到引用源。 綜上 0P = 錯誤 !未找到引用源。 TP= 錯誤 !未找到引用源。 Jm 錯誤 !未找到引用源。 N=1020r/min 髖關(guān)節(jié)俯仰電機選配 俯仰參數(shù)計算 設(shè)最大擺腳 錯誤 !未找到引用源。 1=45176。 擺腳時間 t=1s 傳動比 i=1:150 錯誤 !未找到引用源。 錯誤!未找到引用河 工 大 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 18 傳遞效率 ? = Nl=Tl=M2= Jl=J2= !未找到引用源。 Nm=Nl*150=1125r/min Tl=TL/150. ? = V J1 JL=(Jl+J2)/錯誤 !未找到引用源。 +J1 J1 J2=錯誤 !未找到引用源。 =*錯誤 !未找到引用源。 !未找到引用源。 J1=錯 誤 !未找到引用源。 =*錯誤 !未找到引用源。 !未找到引用源。 則 JL= !未找到引用源。 計算得 0P = 錯誤 !未找到引用源。 TP= Jm 錯誤 !未找到引用源。 N=1125r/min 膝關(guān)節(jié)電機選配 參數(shù)計算 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 L=2L2+錯誤 !未找到引用源。 d3=925mm 由設(shè)定條件知擺腳 錯誤 !未找到引用源。 2=45176。 時間 t=1s 由介輪條件知大小輪相對轉(zhuǎn)角的 2 倍為膝關(guān)節(jié)變量 Nl=Tl=M3= mN? 河 工 大 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 19 J1=(m4+m5)錯誤 !未找到引用源。 =400 錯誤 !未找到引用源。 J2=錯誤