【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 75176。165176。 72176。180176。 67176。210176。 57176。240176。 43176。270176。 54176。300176。 25176。330176。 23176。 但此設(shè)計(jì)有一點(diǎn)不好，就是身體離地面太近，很難實(shí)現(xiàn)一些跨越障礙的要求，于是就想到增加DE部分的長(zhǎng)度。繪制的軌跡圖還可以應(yīng)用，但是軌跡就有較大變形。主要是DE越長(zhǎng)，E點(diǎn)就越不能復(fù)現(xiàn)D點(diǎn)的軌跡。另外還有一點(diǎn)就是，DE部分越長(zhǎng)，要實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)單的向前移動(dòng)，設(shè)計(jì)整個(gè)機(jī)器人的尺寸越大。從角度對(duì)照表和上圖的兩視圖可以看出，當(dāng)Ｄ點(diǎn)在做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，Ｅ點(diǎn)有復(fù)現(xiàn)軌跡的趨勢(shì)。當(dāng)４桿的旋轉(zhuǎn)角度在８０176。左右時(shí)，Ｅ點(diǎn)走近似直線軌跡。行走主要是利用直線軌跡，運(yùn)動(dòng)方案的控制利用抬起的軌跡曲線。：步長(zhǎng)：步高：旋轉(zhuǎn)臂距地面：　　　　　　　　　　　僅驗(yàn)算參數(shù)２，但腿向正前方伸直時(shí)：（２３+３６）+１２+５８+２０≤１１５ ,20mm是伸出臂的寬度。自由度計(jì)算機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目稱為機(jī)構(gòu)的自由度。自由度計(jì)算公式：　　　　　　　　?。疲?n－（２PL+PN） 式中：　　n　活動(dòng)構(gòu)件數(shù)目　　　　　　　　ＰＬ　低副數(shù)目　 　　　　ＰＮ　高副數(shù)目本機(jī)構(gòu)中，活動(dòng)構(gòu)件n=３n機(jī)構(gòu)自由度：　Ｆ＝３３－（２４＋０）＝１該四桿機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)自身的運(yùn)動(dòng)，只要各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)。 六足機(jī)器人三角步態(tài)的穩(wěn)定性分析：點(diǎn)A、B、C分別是六足機(jī)器人的左前腿、右中腿、左后腿在地面上的支撐點(diǎn)。三角形ABC是由三條支撐腿所構(gòu)成的一組支撐三角形。取機(jī)器人本體的重心O為坐標(biāo)原點(diǎn)，Y的正方向?yàn)闄C(jī)器人的前進(jìn)方向，設(shè)支撐點(diǎn)A、B、C的水平坐標(biāo)分別為A（xA ,yA）、B（xB,yB）、C（xC,yC）,各點(diǎn)的z坐標(biāo)都相同，點(diǎn)A＇、B＇、C＇是機(jī)器人重心到支撐三角形各邊的垂足點(diǎn)，ddd3是重心到各邊的相應(yīng)的距離。直線AB的方程為： 三角步態(tài)穩(wěn)定裕量計(jì)算圖斜率 則直線OA’的斜率 其直線方程為： ，以上兩直線AB和OA‘的交點(diǎn)A’的坐標(biāo)為 式中d2AB是線段AB距離的平方。 線段OA‘長(zhǎng)： 同理可得dd3。則六足機(jī)器人以三角步態(tài)行走時(shí)，其最小穩(wěn)定裕量判據(jù)為：d= min(d1,d2,d3)由于本文所設(shè)計(jì)的機(jī)器人采用三角步態(tài)，在任何時(shí)刻，同組的三條腿一起運(yùn)動(dòng)，三條腿的動(dòng)作幾乎完全一致，可以等效為一條腿。 六足機(jī)器人腿的倒立擺運(yùn)動(dòng)模型為了便于分析，本文假定機(jī)器人的質(zhì)量集中于腿（連桿）的一端，并且機(jī)器人的腿（連桿）不計(jì)質(zhì)量。：M是作用在機(jī)器人上面的驅(qū)動(dòng)力矩，F(xiàn)x和Fy，是地面作用于機(jī)器人支撐腿上的反作用力，g是重力加速度，l是腿（連桿）長(zhǎng)，θ是機(jī)器人支撐腿與地面在水平方向上的夾由角，此得出下式 （1）式中：代入式（1）并化簡(jiǎn)可以得到如下式所示的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型、。腿部機(jī)構(gòu)圖　現(xiàn)在以腿部機(jī)構(gòu)圖來(lái)說(shuō)明四個(gè)鈑金零件設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)圖紙由附錄提供）　設(shè)計(jì)參數(shù)1 旋轉(zhuǎn)臂沿垂直方向，要可以往內(nèi)側(cè)擺動(dòng)２０176。，往外側(cè)擺動(dòng)７０176。2 傳感器安裝要比較方便的檢測(cè)到基準(zhǔn)信號(hào)。3 結(jié)構(gòu)要盡量輕，避免因電動(dòng)機(jī)功率不夠大而使機(jī)器人不能運(yùn)動(dòng)?！　〔竭M(jìn)電機(jī)加上減速箱后，外形尺寸增大很多，就希望把帶動(dòng)板旋轉(zhuǎn)的電機(jī)有板上移動(dòng)到支撐臂的內(nèi)部，這樣可以省掉復(fù)雜的軸系聯(lián)結(jié)的設(shè)計(jì)，上面的軸聯(lián)結(jié)圖就是最初設(shè)計(jì)的軸系，旋轉(zhuǎn)板上有相應(yīng)的鍵槽，輸出軸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)整個(gè)板的擺動(dòng)；改進(jìn)設(shè)計(jì)后，板的旋轉(zhuǎn)軸由內(nèi)部移到外部，直接由電動(dòng)機(jī)軸帶動(dòng)；為了保證轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，就需要在電動(dòng)機(jī)伸出軸的相反側(cè)設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)的軸，主要是保證足端受力時(shí)旋轉(zhuǎn)板不會(huì)扭轉(zhuǎn)，下側(cè)軸是通過(guò)一個(gè)螺栓聯(lián)結(jié)，步進(jìn)電機(jī)下側(cè)的第一塊板攻螺紋，并保證與上面電機(jī)伸出軸的同心；緊貼的那塊板件設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)軸，圍繞螺栓旋轉(zhuǎn)。 連桿機(jī)構(gòu)圖 旋轉(zhuǎn)板上的步進(jìn)電機(jī)的輸出軸帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)的短桿1整周旋轉(zhuǎn)，2兩桿螺栓與3桿連接。（最好是有鉚釘鉚上，我在機(jī)械機(jī)構(gòu)手冊(cè)上查到沉頭鉚釘GB/T869－１９８６－２８，但在制作過(guò)程中并沒(méi)有買(mǎi)到）螺栓連接不好的地方是要采取措施防松，并且不能太緊，太緊了轉(zhuǎn)不動(dòng)。桿２通過(guò)螺栓連接到旋轉(zhuǎn)板上，其中在板上攻螺紋。擺動(dòng)角度校核，由于外側(cè)可以自由旋轉(zhuǎn)，只校核內(nèi)側(cè)，先由腳部機(jī)構(gòu)圖譜抽象出分析簡(jiǎn)圖，然后分析轉(zhuǎn)角極限　計(jì)算內(nèi)側(cè)最大擺動(dòng)角圖設(shè)lCB,lCF之間的夾角為θ，根據(jù)實(shí)際情況0≤θ≤90176。由圖示知：lAB=lCBsinθ＋lCDcosθ＋lDEsinθ其中l(wèi)AB=45mm，lCB=，lCD=，lDE=46=sinθ＋cosθ＋sinθsin(θ＋arcsinφ)= 其中sinφ=解得：θmax=176?！?0176。計(jì)算結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。 傳感器的安裝設(shè)計(jì)有連桿的結(jié)構(gòu)圖可以看出一個(gè)傳感的安裝，它是根據(jù)連桿2沿旋轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)，就是一個(gè)極限位置，在此處連桿2把微動(dòng)開(kāi)關(guān)壓緊，開(kāi)關(guān)閉合，可以檢測(cè)到基準(zhǔn)信號(hào)。腿部機(jī)構(gòu)圖上可以看出另一個(gè)傳感的安裝，它是把旋轉(zhuǎn)臂的擺臂端削尖，只讓平行于行走方向的位置時(shí)，尖端頂住微動(dòng)開(kāi)關(guān)，從而找到基準(zhǔn)信號(hào)。（原來(lái)想用凸輪機(jī)構(gòu)，但是實(shí)現(xiàn)過(guò)于復(fù)雜，就簡(jiǎn)化為一個(gè)頂點(diǎn)支撐住。） 材料的選擇設(shè)計(jì)過(guò)程中還要在設(shè)計(jì)參數(shù)條件下盡量減小尺寸，降低質(zhì)量，所以在材料上選用的是5mm厚的鋁板做的零件。鈑金（Sheec Metal）零件是采用沖壓和彎曲工藝制造的薄壁零件。通常用做零部件的外殼或支撐其它零件，是機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的零件，不足之處就是鈑金比較薄，有時(shí)候難于連接。選擇鈑金件作為機(jī)器人支撐點(diǎn)，主要基于如下考慮：1鈑金件相對(duì)比較輕，適合做機(jī)器人的設(shè)計(jì)。2鈑金形狀可塑性好，可以容易的做出較復(fù)雜的形狀。組件1 組件2最后設(shè)計(jì)的鈑金件看起來(lái)是較簡(jiǎn)單的，但設(shè)計(jì)也經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的選擇，先由PRO/E自上而下建立起初步的機(jī)器人模型，然后又自上而下更改尺寸，解決機(jī)構(gòu)的相互干涉，零件的定位，零件的連接等。機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)歷了多次改進(jìn)，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，才逐漸從設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，從軸鍵連接到鈑金件設(shè)計(jì)，幾乎推翻了最初的設(shè)計(jì)。 軀體部分機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 基本參數(shù)和要求軀體部分板長(zhǎng)260mm,寬72mm；腿部模塊的距離是116mm，腿之間不能相互干涉；軀體部分深度為50mm，比電機(jī)軀體模塊電路板的板邊深，其板邊為40mm50mm。主機(jī)電路板的板邊要小于頂板的寬度，模板的設(shè)計(jì)尺寸260mm80mm，保證電路板，腿部模塊正確安裝。 設(shè)計(jì)說(shuō)明身體部分是一個(gè)載體，它把機(jī)器人的各個(gè)部分連接起來(lái)。腿部模塊通過(guò)螺釘連接到身體上，采用三角形或?qū)蔷€形狀的布置，這樣可以防止腿部模塊的晃動(dòng)，腿部模塊起著支撐身體的作用，必須解決好這個(gè)問(wèn)題。從機(jī)驅(qū)動(dòng)電路板通過(guò)一個(gè)彎針連到從機(jī)插板上（電路板），插板通過(guò)螺釘連接到身體的金屬底板上，這就要求設(shè)計(jì)的電路板一定要比身體內(nèi)部的空間小。從機(jī)插板的板邊為210mm60mm，可以放進(jìn)身體內(nèi)，12片從機(jī)驅(qū)動(dòng)板并排插在上面。保證h從板＋h插板≤h軀體h插板＋50≤60h插板≤10所以設(shè)計(jì)時(shí)要保證安裝和插板的總厚度小于10mm。另外身體外圍還要開(kāi)槽，是為了步進(jìn)電機(jī)輸出線連到從機(jī)驅(qū)動(dòng)板上；頂板通過(guò)螺釘連接到身體上。 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)總結(jié)（1） 阻礙設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是動(dòng)力元件的選擇。該機(jī)器人設(shè)計(jì)中采用永磁步進(jìn)電機(jī)，但電機(jī)外形遲遲沒(méi)有定下來(lái)，而電機(jī)對(duì)于這種小型機(jī)器人的設(shè)計(jì)又有重要影響。電機(jī)校核力學(xué)模型需要自己設(shè)計(jì)；小型步進(jìn)電機(jī)難以買(mǎi)到，只能從網(wǎng)上查找資料，然后訂購(gòu)；微型電機(jī)動(dòng)力較小，需要增加減速箱，提高速度，增大力矩，這些原因一度讓設(shè)計(jì)難以進(jìn)行，設(shè)計(jì)之前就一定要明確動(dòng)力源，建立起力學(xué)模型，校核好功率，確定明確的尺寸，這樣做可以避免機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)反復(fù)。（2） 設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮加工問(wèn)題，以及可裝配性問(wèn)題，尤其是圖紙，作為機(jī)械工程師的語(yǔ)言，圖紙一定要符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，高質(zhì)量的圖紙是設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的基本特征，作圖時(shí)要注意基準(zhǔn)統(tǒng)一，加工工藝性，形位公差的實(shí)現(xiàn)等。總 結(jié)本文結(jié)合步行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀，具體闡述了一種六足仿生機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)原理和機(jī)構(gòu)的組成。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程不僅是對(duì)自己設(shè)計(jì)水平和實(shí)踐能力的一次大查閱，通過(guò)設(shè)計(jì)，也學(xué)習(xí)并熟悉了開(kāi)發(fā)機(jī)電一體化系統(tǒng)所必需的流程。本次設(shè)計(jì)是我們踏入社會(huì)前的最后一次設(shè)計(jì)，也是對(duì)我們這四年學(xué)習(xí)的一次大總結(jié)和應(yīng)用。這不僅提高了我們的設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手水平。也為我們?cè)谔と肷鐣?huì)后盡快的適應(yīng)新的工作崗位提供了便利。仿生機(jī)器人的設(shè)計(jì)融合了機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)等專(zhuān)業(yè)課程還包括高等物理中的力學(xué)分析等普通課程，在設(shè)計(jì)軟件方面我們采用的是AutoCAD 和 Pro/E軟件。本設(shè)計(jì)主要進(jìn)行了一下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)：，討論機(jī)構(gòu)的可行性。確定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方案，包括腿的數(shù)目，機(jī)器人的步態(tài)分析。，主要是進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)腿部機(jī)構(gòu)，機(jī)器人三維建模，改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，生成圖紙并根據(jù)圖紙制作機(jī)器人樣件。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中我得到了老師和同學(xué)的巨大的幫助，在這要謝謝他們并把最美的祝福送給他們，希望他們的未來(lái)會(huì)更加的美好。參考文獻(xiàn)1. 崔海萍，閆軍. Solidworks2006中文版標(biāo)準(zhǔn)實(shí)例教程. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 2. 劉傳璽，齊秀麗. 機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用. 濟(jì)南：山東大學(xué)出版社. .3. 遲冬祥，顏國(guó)正. 仿生機(jī)器人的研究狀況及其未來(lái)發(fā)展. 機(jī)器人. 2001，23(5): 4764794. 馬光. 仿生機(jī)器人的研究發(fā)展. 機(jī)器人. 2001，23(5): 4634655. 范偉，彭光正，寧汝新，柴森春. 氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)器在六足步行機(jī)器人中的應(yīng)用. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用. 2003，16. 徐小云，顏國(guó)正. 六足微型機(jī)器人及其控制系統(tǒng)研究. 計(jì)算機(jī)工程. 2002，28(11): 81837. 徐小云，顏國(guó)正. 微型六足仿生機(jī)器人及其三角步態(tài)的研究. 光學(xué)精密工程. 2002，10(4): 3923968．孫恒 ，陳作模。機(jī)械原理（第六版）。高等教育出版社. 9．濮良貴，紀(jì)名剛。機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）。高等教育出版社. 10.《Advanced Robotics》 PREUMONTA GhuysD GhuysD 1991//02P 94194511.《IEEE Internationnal Symposium on》 Lee Bo Hee 2001//P 19591964致謝在兩個(gè)多月的設(shè)計(jì)過(guò)程中，得到了許多老師及同學(xué)們的幫助和支持。孟娜老師對(duì)我們?cè)谠O(shè)計(jì)中遇到的各種難題，給予了耐心細(xì)致的講解。對(duì)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題和不足，多次給予指正。同時(shí)為此次設(shè)計(jì)提供了大量翔實(shí)可靠的技術(shù)資料供我們學(xué)習(xí)參考，在此表示深深的敬意和感謝。在運(yùn)用PRO/E進(jìn)行三維建模的過(guò)程中，山東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院機(jī)房給予了我們很大的支持和幫助。在程序安裝、軟件應(yīng)用等方面都為我們提供了很大的方便，在此一并表示衷心的感謝。本次設(shè)計(jì)得以順利完成是與老師同學(xué)們的關(guān)心支持分不開(kāi)的，是各位老師同學(xué)團(tuán)結(jié)一心、通力合作的結(jié)果。謹(jǐn)以次表達(dá)深深的謝意！ 1 introductionSince the invention of the wheel and human made after the car, brought to life is a great advantage. From ancient wooden wheel cart has been developed to the current all kinds of vehicles, the wheels have adopted technology. Wheels for the survival of humankind and conquering nature made a significant contribution. As human activities in space for their own development the expansion of the universe, the development of the oceans, in the absence of roads to the natural environment with wheels There are many difficulties in walking, sometimes even simply can not be moved, so the design and creation of the natural environment with a high degree of adaptability Walking on foot and the gait of research institutions bee increasingly important. From 1899 Muybridge used for photographic method of animals walking, people walking on the gait for a lot of research work, especially in the last two to three decades, on the gait of the important results are emerging [122]. In the la