【導讀】本文介紹了一種能實現(xiàn)前方探測功能的小型四足機器狗的機械設計與。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入ADAMS/View中。環(huán)境下，根據(jù)實際情況添加相應的約束、驅(qū)動和力。程保存在AVI格式的電影文件。

　　

【正文】 同仿真結(jié)果進行比較 ?？梢赃M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)境中運行，也可脫離 ADAMS/View 環(huán)境獨立運行。 四足機器狗虛擬樣機模型的建立 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。對于復雜形體，利用連接線段功能，形成復雜形狀的面，然后利用拔出和回轉(zhuǎn)建模功能形成形狀復雜的形體，或者將若干基本形體通過一定的方式組合，通過交、并、差等布爾運算形成復雜的形體。 對于形狀復雜的零件， ADAMS 的建模功能遠不及一些參數(shù)化造型軟件。在此，已經(jīng)利用基于特征的參數(shù)化設計軟件 Solid works 建立四足機器人的本體結(jié)構(gòu)，然后利用 ADAMS/Exchange 模塊 ,將模型導入到 ADAMSMew 環(huán)境下，進行運動學動力學仿真分析。 建 立虛擬樣機模型的步驟 建立四足機器人虛擬樣機模型的步驟如下 : 文件導入 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 ADAMS/View 程序，新建一個模型，保存系統(tǒng)默認設置。選擇 OK按鈕，進入工作窗口。執(zhí)行 File/Import 命令，打 開 File Import 對話框，在 File Type 下拉列表中選取 Parasolid (*.xmt_txt,*.x_t.*.xmt_bin， *.x_b)選項 。在 File To Read 欄中右擊鼠標，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，選取新建的 模型 ,如圖 和圖 所示。 35 圖 倒入模型的幾何對話框 圖 模型導入 ADAMS/View 2. 創(chuàng)建約束 模型成功導入 ADAMS/view 后， 先創(chuàng)建一個地面，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，定義零件間的相對運動。 ADAMS 軟件提供了豐富的約束庫，可以方便的實現(xiàn)約束的創(chuàng)建。根據(jù)四足機器人的動力學模型和模型的 36 實際 運動情況可知，該四足機器狗有 8 個旋轉(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動關(guān)系，并且保證有相對運動的零件按照設計要求的運動軌跡進行運動。 圖 創(chuàng)建水平面 3．添加驅(qū)動 在四足機器人模型的旋轉(zhuǎn)副上添加運動學驅(qū)動 ，如圖 所示 。運動學驅(qū)動以時間函數(shù)的形式確定零件之間進行轉(zhuǎn)動的運動學方程式。將鼠標放在施加的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動右擊，選擇 modify 設置驅(qū)動的大小，本文采用 ADAMS/View 函數(shù)設置驅(qū)動，圖 是四足機器人驅(qū)動函數(shù)設置的界面 ,將各個關(guān)節(jié)設置驅(qū)動函數(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 38 圖 驅(qū)動函數(shù)設置界面 4．創(chuàng)建接觸力 當足與地面之間發(fā)生接觸時，這兩 個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，它們之間是一種時斷時續(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，由于存在相對運動，在接觸的位置，足與地面開始出現(xiàn)材料壓縮，物體的動能轉(zhuǎn)化成材料的壓縮勢能，并伴隨著能量的損失。當足與地面的相對速度為零時，足又要開始彈起，勢能轉(zhuǎn)化成動能并伴隨著能量的損失。這里將四個圓柱形底面與水平面之間設置接觸力，并在里面設置力的屬性，如圖 所示。 通過以上步驟，建立好虛擬樣機模型。 5．系統(tǒng)仿真 選擇仿真工具 ，進入四足機器人仿真分析，可以 看到機器人進行正常的仿 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 進行播放。四足機器人仿真過程如圖 所示。 圖 設置接觸力 40 圖 四足機器狗的仿真 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器人虛擬樣機的幾何建模環(huán)境 Soli dworks 軟件和系統(tǒng)建模及仿真環(huán)境 ADAMS 軟件，然后介紹了四足機器人虛擬樣機的建模和仿真的步驟和實現(xiàn)方法，主要內(nèi)容如下 : Parasolid文件傳輸標準，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入 ADAMS/View 中。在 ADAMS/View環(huán)境下，根據(jù)實際情況添加相應的約束、驅(qū)動和力。 ，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器人虛擬樣機，為四足機器人后續(xù)步態(tài)規(guī)劃后 的 仿真工作奠定基礎。 42 第六章 結(jié)論 人技術(shù)的迅猛發(fā)展，對能在復雜環(huán)境下行走的特種機器人的需求日益增加。在復雜環(huán)境下利用機器人執(zhí)行高危險性的任務，成為各國機器人專家研究的一個熱點。四足步行機器人運動靈活、穩(wěn)定性好，既能以靜態(tài)步行方式實現(xiàn)不平地面及復雜地形上的行走，又能以動態(tài)步行方式實現(xiàn)高速行走，在搶險救災、排雷、探險、娛樂及軍事等許多方面有很好的應用前景。 研究結(jié)果 本文介紹了一個簡單四足機器狗的設計過程，從結(jié)構(gòu)的設計，以及動力學的計算，舵機的選擇，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，為以后進行步態(tài)規(guī)劃下的仿真，打下了基礎。本文主要的工作和研究結(jié)果如下： 發(fā)展，優(yōu)點，作用，以及今后的前景；四組機器人的介紹，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，多級選擇，扭矩與壓力的計算等。 ，還用 ANSYS 對其應力與撓度進行驗證。 4. 用 Solidworks 軟件建立四足機器人本體結(jié)構(gòu)的三維模型，計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)不變的條件下對該模 型進行簡化。 5. 型進行簡化。利用 ADAMS 的專業(yè)圖形接口模塊 ADAMS/Exchan ge 把簡化后的模型導入 ADAMS 中，并根據(jù)實際情況添加相應的 約束、驅(qū)動和力，建立四足機器人虛擬樣機。 通過實踐證明，以 Solidworks 和 ADAMS 技術(shù)結(jié)合進行的四足機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，適于用做如復雜機械系統(tǒng) — 四足機器人的運動學和動力學仿真分析，避免了傳統(tǒng)設計方法周期長、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器人開展后續(xù)相關(guān)研究的基礎。 43 展望 四足機器人是典型的機電一體化產(chǎn)品，解決其設計問題必須考慮機械和控制兩大部分。首先，通過一些控制軟件如 Matlab 等建立控制的目標軌跡、控制算法和電機模型，并輸出控制指令。然后，將本文建立的虛擬樣機模型與控制分析軟件Matlab/simulink 有機地連接起來， Matlab 將四足機器人各個關(guān)節(jié)力矩控制指令送給 ADAMS，后者將四足機器人相應關(guān)節(jié)角反饋給前者，形成一個完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過 ADAMS 的 ADAMS 爪 roeessor 模塊顯示數(shù)據(jù)曲線和動畫模擬。實現(xiàn) ADAMS 虛擬樣機與控制系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)的聯(lián)合仿真， 使虛擬樣機成為機械設計人員與控制系統(tǒng)設計人員共享的信息載體，為他們的協(xié)同工作創(chuàng)造條件。 四足機器人是一種多技術(shù)集成的復雜系統(tǒng)，目前的研究還處于初級階段，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)化工作上進行深入，主要將機器人的步態(tài)規(guī)劃部分進行補充，然后再加上控制部分的工作，這樣就可以完善整個機器狗系統(tǒng)了。 44 參考文獻 [1] 周建方 .高建和 .唐國興 .材料力學 .機械工業(yè)出版社 . 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