【導(dǎo)讀】展示了SolidWorks強(qiáng)大的三維制圖和分析功能。同時結(jié)合模仿四足。動物形態(tài)展示出了本次設(shè)計。對設(shè)計的四足行走機(jī)器人腿進(jìn)行了詳細(xì)的分析。與總結(jié)得出了該機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點。

　　

【正文】 vwlu???? (228) 對式 (210),兩邊求導(dǎo)得到： 2121121212 c o ss in s inc o s ?? ??? vu wvu ? ?????? (229) 將式 (228)代入式 (229)，化簡可得： wvul llll )c o ss in( )c o s ()s in (2121518712752 ?? ????? ? ????? (230) 對式 (215)， (216)， (217)兩邊求導(dǎo)得到： ??????????????????????????23222221724252321725242322]c o s))c o s (c o s([2])s i n)s i n (([2lvvuuwwllllvwllllu?????????? (231) 根據(jù)式 (211)，兩邊求導(dǎo)得： 3232232323 c o ss in s inc o s ?? ??? vu wvu ? ??????? (232) 把式 (231)代入 (232)就可以求出 3?? 與 w 的數(shù)學(xué)關(guān)系式。 由式 (227)，可以知道速度在 X ， Y 方向的分量為： ? ? 172425232333 c o s)c o s (c o s())c o s (c o s ????????? wlllllV x ????????? 29 ? ? 172425232333 s i n)s i n (s i n())s i n (s i n ????????? wlllllV y ?????????? 把所求出來的 2?? ， 3?? 的表達(dá)式代入 xV ， yV 就可以求出速度行走機(jī)構(gòu)足端的速度；此過程可以用 MATLAB 進(jìn)行編程計算，并可以畫出速度圖，如圖 220. 圖 220 MATLAB 得出的速度圖 30 3 機(jī)體設(shè)計 機(jī)體設(shè)計 機(jī)體的設(shè)計包括了構(gòu)成腿的各桿的設(shè)計，傳動部件的設(shè)計，機(jī)體的設(shè)計，以及各個不見的安裝設(shè)計。 行走機(jī)構(gòu)的機(jī)體一般選用長方體，為了滿足穩(wěn)定性的需求，重心應(yīng)該要大概保持在機(jī)體中心。但是行走 機(jī)構(gòu)在步行時腳的位置會改變，有時也會受到地面環(huán)境因素的影響，使得重心經(jīng)常產(chǎn)生很大的偏差，這時就容易發(fā)生翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，再加上要實現(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。 為保持行走穩(wěn)定，可以采取配置調(diào)節(jié)重心。配重可以采用蓄電池或者其他。 機(jī)體外殼設(shè)計 本行走機(jī)構(gòu)的機(jī)體取 B 為 350mm，前后兩腿之間的距離 B 為 450mm，機(jī)體高 H 為 400mm，長 L 為 850mm。其三維圖形如下 31 圖所示： 圖 31 機(jī)體外殼三維圖 31 傳動系統(tǒng)設(shè)計 按照驅(qū)動電機(jī)的數(shù)量可將四足行走機(jī)構(gòu)劃分為： 一臺電機(jī)驅(qū)動四條腿可以節(jié)省能量，控制比較簡單，但要實現(xiàn)行走，傳動系統(tǒng)將比較復(fù)雜。由于原動機(jī)裝再機(jī)體上，減輕了腿的重量。日本的 MEG2行機(jī)器人既用一臺電動機(jī)驅(qū)動復(fù)雜的連桿機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)步行。 兩臺電機(jī)驅(qū)動四條腿既每臺電機(jī)驅(qū)動兩 條腿，同樣可以節(jié)省能量，控制相對復(fù)雜，但傳動系統(tǒng)相對簡單。 每臺電機(jī)驅(qū)動一條腿，加重了腿的支撐總量，功耗較大，同時也給控制帶來較大的難度。 考慮綜合因素，本行走機(jī)構(gòu)將選擇一臺電機(jī)。 為了連接方便，與電機(jī)連接的主動桿應(yīng)該用驅(qū)動件代替，這就簡化了傳動部件的設(shè)計過程，該驅(qū)動件如圖 32 所示。 圖 32 驅(qū)動件圖 腿各桿的裝配圖如圖 33 所示： 32 圖 33 腿各桿裝配圖 這里我們將采用齒形帶傳動連接前后腿，在安裝過程中，必須要保持前后腿相位差大約 180 度，這樣在步行機(jī)器人的行走過程中，才能夠保 證前后兩腿總是交替的支撐和行走。 一、電機(jī)與電源的選擇 電機(jī)的選擇主要是參照其轉(zhuǎn)速和功率兩個參數(shù)。 由于該機(jī)構(gòu)在行走的過程中不會產(chǎn)生太大的能量消耗，因此，電機(jī)容量可以按下面的方法進(jìn)行估計： 按機(jī)體總體質(zhì)量 20kg，能以 ，則功率為 ?30t a n 2???? vgmP ?30t a 2???? ? 33 參考《中國電機(jī)產(chǎn)品目錄》，選擇直流電機(jī)。 根據(jù)實際需要，將選擇 70ZYT001J4000，其減速比為 1/40，得到的轉(zhuǎn)速為 100r/min，比較合適， 其技術(shù)參數(shù)如下表 31： 表 31 技術(shù)參數(shù)表 輸出功率的計算方法如下： NTP ???? ? 單位：瓦 (w) 其中： T－負(fù)載力矩 單位：克 /厘米 (g/cm) N－負(fù)載轉(zhuǎn)速 單位：轉(zhuǎn) /分 rpm NTP ???? ? 35 103210 01002 ????? ? ? 34 此輸出功率即就是帶動腿機(jī)構(gòu)和機(jī)體行走的功率。故選擇 24V電瓶作為直流電源。 二、選用齒形帶 因設(shè)計想實現(xiàn)渦輪傳導(dǎo)動力的過程，故用齒形帶與之相互嚙合。 帶傳動具有機(jī)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)的優(yōu)點，同步帶還具有定傳動比傳動的特點，前后腿之間選用齒形帶傳動，根據(jù)計算本次設(shè)計選擇 450H075 型同步帶。 圖 34 效果圖 a 35 圖 34 效果圖 b 利用 Solid Works 進(jìn)行腿及整個機(jī)構(gòu)輔助設(shè)計 Solid Works 是一款用來進(jìn)行三維設(shè)計的軟件，它的 軟件功能強(qiáng)大，組件繁多 ，而且具 有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點 ， 這使得 SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維 CAD 解決方案 。 基于 Solid Works 繪制的裝配圖，參看上圖所示。 36 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)。 應(yīng)用向量分析法，列出足端軌跡的向量方程，并對該向量進(jìn)行求導(dǎo)，得出足端的運(yùn)動形式。 這就有助于后來的 MATLAB 編程分析其運(yùn)動。 行走機(jī)構(gòu)步態(tài)的選擇和設(shè)計，選擇了對角線小跑步態(tài)。 結(jié)合了一個電機(jī)帶動齒形帶及傳動輪的轉(zhuǎn)動做到步行狀態(tài)。 總結(jié) 通過對該四足步行機(jī)器人腿的理論分析，本文主 要得出以下總結(jié)： ，它在行走過程中重心橫向變化量不大，可以實現(xiàn)其穩(wěn)定性要求；其具備一定速度能力和一定跨越障礙的能力。 ，能夠減少電機(jī)的使用數(shù)量，增加承載能力。 該腿機(jī)構(gòu)采用了傳統(tǒng)的連桿機(jī)構(gòu)，齒形帶和蝸桿的相結(jié)合是本設(shè)計的一大亮點。 37 參考文獻(xiàn) [1]邱宣懷 .機(jī)械設(shè)計 .北京：高等教育出版社， 2020 [2]濮良貴，等 .機(jī)械設(shè)計 .北京：高等教育出版社， 2020 [3]孫桓 ,等 . 機(jī)械原理 .北京：高等教育出版社， 1995 [4]黃錫愷 .機(jī)械原理 .北京：人民教育出版社， 1981 [5]華大年 .機(jī)械原理 .北京：高等教育出版社， 1994 [6]張世民 .機(jī)械原理 .北京：中央廣播電視大學(xué)出版社， 1993 [7]孟憲源 .現(xiàn)代機(jī)構(gòu)手冊 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 [8]王旭輝 ,等 .機(jī)器馬行走機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 .內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報， 1996 [9]方亞彬 ,等 .四足機(jī)器人溜蹄步態(tài)動步行的研究 .機(jī)器人， [10]田繼廉 ,等 .步行機(jī)器人的結(jié)構(gòu)圖與步態(tài) .農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報， 1994 [11]查選芳 ,等 .多足步行機(jī)器人腿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)研究 .東南大學(xué)學(xué)報， 1995 [12]高英敏 .平面連桿機(jī)構(gòu)多媒體分析系統(tǒng)的研究 :[碩士學(xué)位論文 ] [13]畢學(xué)濤 .高等動力學(xué) .天津大學(xué)出版社， 2020 [14]牧野洋 ,等 .空間機(jī)構(gòu)及機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社， 1987 [15]費(fèi)仁元 .機(jī)器人機(jī)械設(shè)計和分析 .北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社， 1998 [16]雄友倫 .機(jī)器人學(xué) .華中理工大學(xué)出版社， 1992 [17]周開勤 .機(jī)械零件手冊 .北京：高等教育出版社， 2020 [18]《數(shù)學(xué)手冊》編寫組 .數(shù)學(xué)手冊 .北京：高等教育出版社， 1984 [19]蘇金明，阮沈勇 . 使用指南 .電 子工業(yè)出版社， 2020 38 [20]譚浩強(qiáng) .C 程序設(shè)計 .北京：清華大學(xué)出版社， 2020 [21]傅則紹 .機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué) .成都科技大學(xué)出版社， 1988 [22] 周建成，等 . 基于 MATLAB 的空間 7R 機(jī)構(gòu)位置分析的一種新方法 .學(xué)學(xué)報， 2020 [23]張振龍 .空間機(jī)構(gòu)作為假肢髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動學(xué)可行性 .中國機(jī)械與設(shè)計， 1996 [24]徐軼群 .四足步行機(jī)器人穩(wěn)定性步態(tài)分析 .制造業(yè)自動化， 2020 [25]陳佳品 .四足機(jī)器人對角小跑步態(tài)的研究 .上海交通大學(xué)學(xué)報， 1996 [26]揚(yáng)宇維 .四足步行機(jī)腿機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計 研究 .北京航空航天大學(xué)學(xué)報，1994 39 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。楊老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)和一絲不茍的工作態(tài)度使我受益非淺。楊老師嚴(yán)于律己、寬以待人的生活作風(fēng)也給我留下了深刻的印象。 畢業(yè)設(shè)計的過程，不僅對以前學(xué)過的知識是個很好的總結(jié)、應(yīng)用，而且還讓我學(xué)會了很多以前沒接觸過的新知識。在新舊知識的融會貫通過程中，我鞏固了以前的學(xué)習(xí)，提高了自學(xué)的能力，掌握了對于知識的綜合理解和運(yùn)用，擴(kuò)展了我的知識面和解決問題的思路，也讓我領(lǐng)會了謙虛為人、嚴(yán)謹(jǐn)求學(xué)的道理 。這一切對我今后的工作和生活都有著不可忽視的作用。 由于我的水平有限 ,設(shè)計中可能還存在許多不足的地方 ,希望在坐的各位老師、教授能夠批評指正，再次謝謝您們！