畢業(yè)論文可調(diào)式行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和建模(編輯修改稿)
2025-07-25 11:13 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 olidworks、ADAMS等三維建模、仿真軟件，建立可調(diào)式雙足行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的仿真模型；在三維實(shí)體環(huán)境中，識(shí)別可調(diào)式雙足行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)，評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，繪制性能圖譜；對(duì)機(jī)構(gòu)主要部件進(jìn)行尺度設(shè)計(jì)使其滿足特定工作任務(wù)需求，并繪制零件及裝配圖紙；總結(jié)設(shè)計(jì)內(nèi)容，按照我校關(guān)于畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的相關(guān)要求，撰寫具有一定質(zhì)量水平的畢業(yè)論文；第二章 可調(diào)式雙足行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析總述行走機(jī)構(gòu)可以看作剛性多連桿機(jī)構(gòu)，它是由一系列連桿通過旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)關(guān)節(jié)串聯(lián)而成。鏈的一端固定在基座上，另一端是自由的，安裝末端執(zhí)行器，用以完成各種作業(yè)。連桿關(guān)節(jié)由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，關(guān)節(jié)與關(guān)節(jié)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致連桿的運(yùn)動(dòng)，從而使末端達(dá)到所需的位姿。為了研究行走機(jī)構(gòu)各個(gè)連桿之間的位移關(guān)系，可以在每個(gè)連桿上固接一個(gè)坐標(biāo)系來描述連桿在該坐標(biāo)系中的位置，然后再描述這些坐標(biāo)系與坐標(biāo)系之間的關(guān)系，從而確定連桿與連桿之間的關(guān)系。1953年，由Denavit和Hartenberg提出了一種通用的建立機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的方法，即用一個(gè)44的齊次變換矩陣來描述相鄰兩連桿之間的空間關(guān)系，然后推導(dǎo)出“末端坐標(biāo)系”相對(duì)于“參考坐標(biāo)系”之間的等價(jià)齊次變換矩陣，從而建立機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)方程。機(jī)械手機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析主要涉及到兩個(gè)問題：建立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。即已知各個(gè)關(guān)節(jié)的參數(shù)，來求取末端執(zhí)行器(手爪)的空間位置和姿態(tài)，也即求運(yùn)動(dòng)學(xué)的正解。求解運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。即已知機(jī)構(gòu)末端執(zhí)行器(手爪)的空間位置和姿態(tài)，來求取各個(gè)關(guān)節(jié)的相應(yīng)的參數(shù)值。即求運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解。在本文中，將分別介紹行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的求取步驟?？烧{(diào)式雙足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是對(duì)其實(shí)施運(yùn)動(dòng)控制、執(zhí)行器末端位置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和軌跡規(guī)劃的理論基礎(chǔ)。 系統(tǒng)描述與坐標(biāo)系的建立如圖1所示，為可調(diào)式雙足行走機(jī)構(gòu)的方案圖，行走機(jī)構(gòu)每條腿由兩條對(duì)稱圖1 行走機(jī)構(gòu)方案圖的支鏈組成，形成并聯(lián)機(jī)構(gòu)。每條支鏈由轉(zhuǎn)動(dòng)副將各個(gè)桿連接起來，對(duì)稱支鏈的末端連接動(dòng)平臺(tái)，即行走機(jī)構(gòu)末端，如圖2所示為三維實(shí)體結(jié)構(gòu)實(shí)體圖。圖2 可調(diào)式雙足行走機(jī)構(gòu)三維實(shí)體圖如圖3所示，為可調(diào)式雙足行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖中，Ai(i=1,2)表示支鏈i連架虎克鉸中心。以Ai(i=1,2)的連線所在的直線為x軸，以Ai(i=1,2)的中點(diǎn)為原點(diǎn)o，以與x軸垂直的方向?yàn)閥軸建立直角坐標(biāo)系oxyz。θi1(i=1,2)表示支鏈i連架桿與水平線的夾角，θi3(i=1,2)表示支鏈i與末端相連的桿與x軸之間的夾角。li0(i=1,2)表示支鏈i連架桿虎克鉸中心到坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離，li1(i=1,2)表示支鏈i第1根桿的長(zhǎng)度，li2(i=1,2)表示支鏈i第二根桿的長(zhǎng)度，li3(i=1,2)表示支鏈i第三根桿的長(zhǎng)度，li4(i=1,2)表示支鏈i第四根桿的長(zhǎng)度。oo’表示末端中心與坐標(biāo)系原點(diǎn)的連線矢量，用以確定末端的位置。圖3 行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 行走機(jī)構(gòu)位置逆解分析根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性和機(jī)器人動(dòng)力學(xué)推倒，進(jìn)行了行走機(jī)構(gòu)尺度綜合。圖中尺寸有如下關(guān)系： (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)對(duì)于第一支鏈： (8) (9)對(duì)于第二支鏈： (10) (11)根據(jù)上述方程，行走機(jī)構(gòu)逆解求解思路為：上述一共四個(gè)方程，存在四個(gè)未知數(shù)： ，其中僅有兩個(gè)未知數(shù)是我們需要求出的：。逆解求解過程如下：由式（7）可得： (12)式中：；。由式（9）可得： (13)式中；注意到式(5)的平方與式(6)的平方和等于1，所以有： (14)對(duì)于式(14)的求解可分為兩種情況求解：情形一：當(dāng)時(shí)，此時(shí)：這樣展開式（14）可得： (15)整理可得： (16)因此： (17)情形二：當(dāng)時(shí)，此時(shí)：這樣展開式（14）可得 (18)整理可得 (19)為了求得，將三角萬能公式：；其中。代入方程（19）可得： (20) 整理可得： (21)這樣就有： (22) 式中：；；； 方程式（21）可以得到兩個(gè)值，取的值。 第二個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)角求解與之相同。同理，可以得到第二個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)角: (23)式中：；；；；；。這樣給定腳的中心點(diǎn)的坐標(biāo)，即可求出兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)角了。給定機(jī)構(gòu)的尺寸后，為驗(yàn)證算法的正確性，可先選特殊的位置點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，比如X坐標(biāo)為零時(shí)，這兩個(gè)轉(zhuǎn)角的大小應(yīng)該相同。 第三章 行走機(jī)構(gòu)建模裝配和工程圖繪制 三維實(shí)體建模概述零件的幾何造型與虛擬裝配是動(dòng)畫仿真的基礎(chǔ)，為了實(shí)現(xiàn)行走機(jī)構(gòu)工作過程的動(dòng)畫仿真，首先得建立行走機(jī)構(gòu)的三維幾何模型。行走機(jī)構(gòu)三維模型的建立主要包括各個(gè)零部件的實(shí)體造型以及整機(jī)的虛擬裝配。實(shí)體造型技術(shù)(Solid Modeling)是計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域中建立3D實(shí)體模型的關(guān)鍵技術(shù)。計(jì)算機(jī)實(shí)體造型進(jìn)行虛擬制造，是借助電子計(jì)算機(jī)及相關(guān)技術(shù)，對(duì)復(fù)雜的真實(shí)系統(tǒng)和狀態(tài)進(jìn)行數(shù)字模擬，具有經(jīng)濟(jì)、安全、快捷、具有優(yōu)化設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)的特殊功能。實(shí)體造型技術(shù)是指描述幾何模型的形狀和屬性的信息并存于計(jì)算機(jī)內(nèi)，由計(jì)算機(jī)生成具有真實(shí)感的可視的三維圖形的技術(shù)。目前常用的實(shí)體表示方法主要有：邊界表示法(BRep)、構(gòu)造實(shí)體幾何法(CSG)和掃描法。借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行虛擬制造，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①將新產(chǎn)品維修和維護(hù)的方法直觀地演示給觀眾，使觀眾更容易理解，以便能準(zhǔn)確操作；②很多復(fù)雜的設(shè)備，由于在其設(shè)計(jì)階段，其工作過程中的狀態(tài)無法具體化，采用三維抽象模擬，就可以解決此類問題，大大節(jié)省了成本和時(shí)間，讓設(shè)計(jì)者能輕易地理解運(yùn)行狀態(tài)中產(chǎn)品的實(shí)際情況，改進(jìn)設(shè)計(jì)；③大型設(shè)備的運(yùn)送、現(xiàn)場(chǎng)安裝、安裝過程、現(xiàn)場(chǎng)工作實(shí)景，特別是
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