【導(dǎo)讀】本文介紹了一種能實(shí)現(xiàn)前方探測功能的小型四足機(jī)器狗的機(jī)械設(shè)計(jì)與。論文的主要內(nèi)容包括：。行簡化，便于仿真。把在SolidWorks環(huán)境下建立的簡化后的模型導(dǎo)入ADAMS/View中。環(huán)境下，根據(jù)實(shí)際情況添加相應(yīng)的約束、驅(qū)動(dòng)和力。程保存在AVI格式的電影文件。

　　

【正文】 同仿真結(jié)果進(jìn)行比較 。可以進(jìn)行分析結(jié)果的曲線圖的各種編輯。 ADAMS/processor 模塊既可以在 ADAMS/View 環(huán)境中運(yùn)行，也可脫離 ADAMS/View 環(huán)境獨(dú)立運(yùn)行。 四足機(jī)器狗虛擬樣機(jī)模型的建立 ADAMS/View 提供了豐富的基本形體 建模工具庫，利用這些參數(shù)化圖庫，可以方便地繪制一些基本形體。對(duì)于復(fù)雜形體，利用連接線段功能，形成復(fù)雜形狀的面，然后利用拔出和回轉(zhuǎn)建模功能形成形狀復(fù)雜的形體，或者將若干基本形體通過一定的方式組合，通過交、并、差等布爾運(yùn)算形成復(fù)雜的形體。 對(duì)于形狀復(fù)雜的零件， ADAMS 的建模功能遠(yuǎn)不及一些參數(shù)化造型軟件。在此，已經(jīng)利用基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件 Solid works 建立四足機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)，然后利用 ADAMS/Exchange 模塊 ,將模型導(dǎo)入到 ADAMSMew 環(huán)境下，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)仿真分析。 建 立虛擬樣機(jī)模型的步驟 建立四足機(jī)器人虛擬樣機(jī)模型的步驟如下 : 文件導(dǎo)入 ADAMS 在 Solidworks軟件里完成零件的裝配以后，輸出格式為 Pa rasolid格式的 x_t文檔。 啟動(dòng) ADAMS/View 程序，新建一個(gè)模型，保存系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置。選擇 OK按鈕，進(jìn)入工作窗口。執(zhí)行 File/Import 命令，打 開 File Import 對(duì)話框，在 File Type 下拉列表中選取 Parasolid (*.xmt_txt,*.x_t.*.xmt_bin， *.x_b)選項(xiàng) 。在 File To Read 欄中右擊鼠標(biāo)，從彈出的快捷菜單中選取 Browse 命令，再選取創(chuàng)建好的 xmt_txt 文件 。在 Model Name 欄中右擊鼠標(biāo)，選取新建的 模型 ,如圖 和圖 所示。 35 圖 倒入模型的幾何對(duì)話框 圖 模型導(dǎo)入 ADAMS/View 2. 創(chuàng)建約束 模型成功導(dǎo)入 ADAMS/view 后， 先創(chuàng)建一個(gè)地面，這里用水平板來代替，并將其固定到地面，如圖 。再 創(chuàng)建約束，定義零件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 ADAMS 軟件提供了豐富的約束庫，可以方便的實(shí)現(xiàn)約束的創(chuàng)建。根據(jù)四足機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型和模型的 36 實(shí)際 運(yùn)動(dòng)情況可知，該四足機(jī)器狗有 8 個(gè)旋轉(zhuǎn)副，如圖 所示。在零件之間創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副，這些旋轉(zhuǎn)副確定哪些零件之間有運(yùn)動(dòng)關(guān)系，并且保證有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件按照設(shè)計(jì)要求的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 圖 創(chuàng)建水平面 3．添加驅(qū)動(dòng) 在四足機(jī)器人模型的旋轉(zhuǎn)副上添加運(yùn)動(dòng)學(xué)驅(qū)動(dòng) ，如圖 所示 。運(yùn)動(dòng)學(xué)驅(qū)動(dòng)以時(shí)間函數(shù)的形式確定零件之間進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程式。將鼠標(biāo)放在施加的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)右擊，選擇 modify 設(shè)置驅(qū)動(dòng)的大小，本文采用 ADAMS/View 函數(shù)設(shè)置驅(qū)動(dòng)，圖 是四足機(jī)器人驅(qū)動(dòng)函數(shù)設(shè)置的界面 ,將各個(gè)關(guān)節(jié)設(shè)置驅(qū)動(dòng)函數(shù)，這里 采用了簡單的STEP 函數(shù)： FR膝關(guān)節(jié)： step(time,0,0d,2,15d) +step(time,3,0d,5,15d) FR髖關(guān)節(jié)： step(time,1,0d,3,30d) +step(time,3,0d,5,30d) BL膝關(guān)節(jié)： step(time,5,0d,7,15d) +step(time,8,0d,10,15d) BL髖關(guān)節(jié)： step(time,6,0d,8,30d) +step(time,8,0d,10,30d) FL膝關(guān)節(jié)： step(time,10,0d,12,15d) step(time,13,0d,15,15d) 37 FL髖關(guān)節(jié)： step(time,11,0d,13,30d) +step(time,13,0d,15,30d) BR膝關(guān)節(jié)： step(time,15,0d,17,15d) +step(time,18,0d,20,15d) BR髖關(guān)節(jié)： step(time,16,0d,18,30d) +step(time,18,0d,20,30d) 圖 添加約束與驅(qū)動(dòng) 38 圖 驅(qū)動(dòng)函數(shù)設(shè)置界面 4．創(chuàng)建接觸力 當(dāng)足與地面之間發(fā)生接觸時(shí)，這兩 個(gè)物體就在接觸的位置產(chǎn)生接觸力 .足與地面的接觸力是一種特殊的力，它們之間是一種時(shí)斷時(shí)續(xù)的接觸，在這種情況下，足與地面從不接觸到接觸再到不接觸，由于存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在接觸的位置，足與地面開始出現(xiàn)材料壓縮，物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成材料的壓縮勢能，并伴隨著能量的損失。當(dāng)足與地面的相對(duì)速度為零時(shí)，足又要開始彈起，勢能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能并伴隨著能量的損失。這里將四個(gè)圓柱形底面與水平面之間設(shè)置接觸力，并在里面設(shè)置力的屬性，如圖 所示。 通過以上步驟，建立好虛擬樣機(jī)模型。 5．系統(tǒng)仿真 選擇仿真工具 ，進(jìn)入四足機(jī)器人仿真分析，可以 看到機(jī)器人進(jìn)行正常的仿 39 真。 將仿真過程保存在 AVI格式的電影文件中，可以在脫離 ADAMS/View 進(jìn)行播放。四足機(jī)器人仿真過程如圖 所示。 圖 設(shè)置接觸力 40 圖 四足機(jī)器狗的仿真 6．后處理數(shù)據(jù) 在 plotting 里面，可以看到處理的數(shù)據(jù)，如圖 所示，可以看到扭矩最大地方在髖關(guān)節(jié)處，大小為 M=， 所以所選的舵機(jī)滿足要求。 41 圖 后處理結(jié)果 本章小結(jié) 本章首先介紹了四足機(jī)器人虛擬樣機(jī)的幾何建模環(huán)境 Soli dworks 軟件和系統(tǒng)建模及仿真環(huán)境 ADAMS 軟件，然后介紹了四足機(jī)器人虛擬樣機(jī)的建模和仿真的步驟和實(shí)現(xiàn)方法，主要內(nèi)容如下 : Parasolid文件傳輸標(biāo)準(zhǔn)，利用 ADAMS 的專業(yè)圖形接口模塊ADAMS/Exchange，把在 Solidworks 環(huán)境下建立的簡化后的模型導(dǎo)入 ADAMS/View 中。在 ADAMS/View環(huán)境下，根據(jù)實(shí)際情況添加相應(yīng)的約束、驅(qū)動(dòng)和力。 ，并將仿真過程保存在 AVI 格式的電影文件。 通過以上步驟，建立了完整的四足機(jī)器人虛擬樣機(jī)，為四足機(jī)器人后續(xù)步態(tài)規(guī)劃后 的 仿真工作奠定基礎(chǔ)。 42 第六章 結(jié)論 人技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)能在復(fù)雜環(huán)境下行走的特種機(jī)器人的需求日益增加。在復(fù)雜環(huán)境下利用機(jī)器人執(zhí)行高危險(xiǎn)性的任務(wù)，成為各國機(jī)器人專家研究的一個(gè)熱點(diǎn)。四足步行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活、穩(wěn)定性好，既能以靜態(tài)步行方式實(shí)現(xiàn)不平地面及復(fù)雜地形上的行走，又能以動(dòng)態(tài)步行方式實(shí)現(xiàn)高速行走，在搶險(xiǎn)救災(zāi)、排雷、探險(xiǎn)、娛樂及軍事等許多方面有很好的應(yīng)用前景。 研究結(jié)果 本文介紹了一個(gè)簡單四足機(jī)器狗的設(shè)計(jì)過程，從結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以及動(dòng)力學(xué)的計(jì)算，舵機(jī)的選擇，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，三維模型的建立，到 最后的仿真模型的建立，為以后進(jìn)行步態(tài)規(guī)劃下的仿真，打下了基礎(chǔ)。本文主要的工作和研究結(jié)果如下： 發(fā)展，優(yōu)點(diǎn)，作用，以及今后的前景；四組機(jī)器人的介紹，包括種類，以及發(fā)展歷程。 ，包括材料選擇，結(jié)構(gòu)尺寸，質(zhì)量估算，多級(jí)選擇，扭矩與壓力的計(jì)算等。 ，還用 ANSYS 對(duì)其應(yīng)力與撓度進(jìn)行驗(yàn)證。 4. 用 Solidworks 軟件建立四足機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的三維模型，計(jì)算出該模型的主要參數(shù) (如質(zhì)量、幾何特性等 )，保留模型的主要參數(shù)不變的條件下對(duì)該模 型進(jìn)行簡化。 5. 型進(jìn)行簡化。利用 ADAMS 的專業(yè)圖形接口模塊 ADAMS/Exchan ge 把簡化后的模型導(dǎo)入 ADAMS 中，并根據(jù)實(shí)際情況添加相應(yīng)的 約束、驅(qū)動(dòng)和力，建立四足機(jī)器人虛擬樣機(jī)。 通過實(shí)踐證明，以 Solidworks 和 ADAMS 技術(shù)結(jié)合進(jìn)行的四足機(jī)器人建模和仿真方法具有質(zhì)量高、效率高和可視性好等優(yōu)點(diǎn)，適于用做如復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng) — 四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析，避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法周期長、效率低等缺陷。上述工作及所取得的結(jié)果可以作為該四足機(jī)器人開展后續(xù)相關(guān)研究的基礎(chǔ)。 43 展望 四足機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，解決其設(shè)計(jì)問題必須考慮機(jī)械和控制兩大部分。首先，通過一些控制軟件如 Matlab 等建立控制的目標(biāo)軌跡、控制算法和電機(jī)模型，并輸出控制指令。然后，將本文建立的虛擬樣機(jī)模型與控制分析軟件Matlab/simulink 有機(jī)地連接起來， Matlab 將四足機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)力矩控制指令送給 ADAMS，后者將四足機(jī)器人相應(yīng)關(guān)節(jié)角反饋給前者，形成一個(gè)完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過 ADAMS 的 ADAMS 爪 roeessor 模塊顯示數(shù)據(jù)曲線和動(dòng)畫模擬。實(shí)現(xiàn) ADAMS 虛擬樣機(jī)與控制系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)的聯(lián)合仿真， 使虛擬樣機(jī)成為機(jī)械設(shè)計(jì)人員與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員共享的信息載體，為他們的協(xié)同工作創(chuàng)造條件。 四足機(jī)器人是一種多技術(shù)集成的復(fù)雜系統(tǒng)，目前的研究還處于初級(jí)階段，有許多需要深入開展的工作，論文的研究工作只是初步的嘗試，下一步需要在關(guān)鍵部位優(yōu)化工作上進(jìn)行深入，主要將機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃部分進(jìn)行補(bǔ)充，然后再加上控制部分的工作，這樣就可以完善整個(gè)機(jī)器狗系統(tǒng)了。 44 參考文獻(xiàn) [1] 周建方 .高建和 .唐國興 .材料力學(xué) .機(jī)械工業(yè)出版社 . [2] 朱炳麒 .趙晴 .王振波 .理論力學(xué) .機(jī)械工業(yè)出版社 . [3] 孫恒 .陳作模 .葛文杰 .機(jī)械原理 .高等教育出版社 . [4] 濮良貴 .紀(jì)名剛 .機(jī)械設(shè)計(jì) .高等教育出版社 . [5] 郭衛(wèi)東 .虛擬樣機(jī)技術(shù)與 ADAMS 應(yīng)用實(shí)例教程 .北京航天航空大學(xué)出版社 . [6] 李增剛 .ADAMS 入門詳解與實(shí)例 .國防工業(yè)出版社 . [7] 王正中 .屠仁壽 .等 .現(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)及其應(yīng)用 .國防工業(yè)出版社 . [8] 熊光楞 .數(shù)字仿真算法與軟件 .宇航出版社 . [9] 白建軍 .朱亞平等 .openGL 三維圖形設(shè)計(jì)與制作 .人民郵電出版社 . [10] 王新杰，李培根，陳學(xué)東，陳宏娟 .四足步行機(jī)器人關(guān)節(jié)位姿和穩(wěn)定性研究 .中國機(jī)械工程 .(17) [11] 徐軼群，萬隆君 .四足步行機(jī)器人穩(wěn)定性步態(tài)分析 .制造業(yè)自動(dòng)化 .(8) [12] 徐軼群，萬隆君 .四足步行機(jī)器人腿機(jī)構(gòu)及其穩(wěn)定性步態(tài)控制 .機(jī)械科學(xué)與技術(shù) .(l) [13] 錢濤，張融甫 .四足步行機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)和運(yùn)動(dòng)控制 .1989， 10(l) [14] 高峰，陳秉聰，楊紅旗 .研究四足步行機(jī)步態(tài)穩(wěn)定性 的臨界狀態(tài)法 .機(jī)械工程學(xué)報(bào) .(5) [15] 汪勁松，榮松年，張伯鵬．全方位雙三足步行機(jī)器人（ I） —— 步行原理、機(jī)構(gòu)及其控制系統(tǒng)．清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）． 1994(2) [16] 汪勁松，張伯鵬．全方位雙三足步行機(jī)器人（ II） —— 步行模式規(guī)劃．清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）． 1994(5)： 63~71 [17] 陳佳品．四足機(jī)器人動(dòng)態(tài)步行控制和學(xué)習(xí)輔助．上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文． 2020 [18] 張旭，毛恩榮．機(jī)械系統(tǒng)虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究與開發(fā)．中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué) 45 報(bào)． 1999， (2)： 94~98 [19] 熊光楞，李伯虎，柴旭東．虛擬樣機(jī)技術(shù)．系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)． 2020， (3)： 114~117 [19] 李瑞濤，方湄，張文明，彭龍洲．虛擬樣機(jī)技術(shù)的概念及應(yīng)用．金屬礦山． 2020，(7)： 38~40 [20] 杜中華，王興貴，狄長春．用 PEO/E 和 ADAMS 聯(lián)合建立復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的真模型．機(jī)械設(shè)計(jì)． 2020， 29： 153~154 [21] 陳佳品 .四足機(jī)器人動(dòng)態(tài)步行控制和學(xué)習(xí)輔助 .上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文 .. [22] 王建達(dá)編譯 .火山探險(xiǎn)機(jī)器人 丹蒂 .機(jī)器人技術(shù)與 應(yīng)用 .1995.(5).1719. [23] 郭鴻勛 .多足步行機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)模型的研究與設(shè)計(jì) .華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 .. [24] 徐軼群 .四足步行機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)及其穩(wěn)定性步態(tài)控制 .機(jī)械科學(xué)與技術(shù) .(1).8687. [25] 周雙林，鄒慧君，姚燕安，郭為忠 .實(shí)現(xiàn)變橢圓軌跡平面并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .上海交通大學(xué)學(xué)報(bào) .(4).3941. 46 致謝 在本論文的寫作過程中，我的 指導(dǎo)老 師 XXX 傾注了大量的心血，從選題到開題報(bào)告，從寫作 提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。同時(shí)我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友。 寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開始