【正文】 王老師對(duì)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究方法、敏銳的學(xué)術(shù)洞察力、勤勉的工作作風(fēng)以及勇于創(chuàng)新、勇于開(kāi)拓的精神是我們學(xué)習(xí)機(jī)械的學(xué)生永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣。我們從里王老師這里學(xué)到了很多，學(xué)到了對(duì)待問(wèn)題應(yīng)保持的態(tài)度，思考問(wèn)題要全面，思路要開(kāi)闊不能拘泥于陳舊的知識(shí)，要實(shí)時(shí)更新我們的知識(shí)認(rèn)知，保持一顆火熱求知的心，這些都是我們將來(lái)會(huì)受益終生的。作為一個(gè)機(jī)械行業(yè)的初學(xué)者，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，以及知識(shí)的片面，難免有許多考慮不周的地方，如果沒(méi)有王老師的督促和指導(dǎo)，以及同小組成員的支持，想要完成此次設(shè)計(jì)的困難將會(huì)是難以想象的。這樣我們就可以更加完美的完成我們的課程設(shè)計(jì)，得到的體會(huì)或許更多。 課程設(shè)計(jì)見(jiàn)解 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)，對(duì)于我們將要上更多專業(yè)課程的學(xué)生有著積極的意義，讓我們更近的理解本專業(yè)的特點(diǎn)。 現(xiàn)實(shí)企業(yè)中越來(lái)越強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，這次設(shè)計(jì)是我們小組在老師指導(dǎo)下共同努力的結(jié)果，沒(méi)有良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能了我們是不可能完成本次機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的。再設(shè)計(jì)過(guò)程中我們不斷領(lǐng)悟機(jī)械學(xué)科及行業(yè)精髓，對(duì)所學(xué)專業(yè)有了濃厚的興趣， 激發(fā)了我們的學(xué)習(xí)熱情當(dāng)然讓我們對(duì)將來(lái)的職業(yè)也充滿了希望。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)我們認(rèn)識(shí)到，機(jī)械是精準(zhǔn)、系統(tǒng)、經(jīng)驗(yàn)化的學(xué)科，對(duì)于問(wèn)題不能粗略的概括和認(rèn)識(shí)，容不得半點(diǎn)偏差。從中學(xué)到了很多知識(shí)，并認(rèn)識(shí)到團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性。 設(shè)計(jì)感受 在機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們通過(guò)對(duì)已有文獻(xiàn)的查閱結(jié)合我們自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)。將理論與實(shí)際結(jié)合在了一起，培養(yǎng)了我們團(tuán)隊(duì)合作以及解決機(jī)械工程有關(guān)的實(shí)際問(wèn)題，最重要的是讓我們從所學(xué)專業(yè)中找到了樂(lè)趣。兩個(gè)圓的直徑為 M24，圓上打上 4個(gè)螺紋孔來(lái)連接舵機(jī)機(jī)構(gòu)。 大腿 大腿部分的作用是作為連接小腿和機(jī)身兩者之間的關(guān)鍵點(diǎn)，他們兩兩之間是通過(guò)舵盤(pán)和螺釘連接，當(dāng)跟關(guān)節(jié)的舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，（從機(jī)身舵機(jī)角度看過(guò)去），舵機(jī)帶動(dòng)大腿的轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)小腿和足的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)足落地后，接觸到地面，產(chǎn)生了力，然后力矩通過(guò)小腿到大腿向上傳遞，傳遞上去的扭矩使機(jī)器人的軀體運(yùn)動(dòng)。如圖 312所示： 圖 312 足 基本的尺寸如圖 313所示： 作者：寧輕，夏麗萍，趙晨光，陳森，周義恒 論文題目：六足是機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 圖 313 足的尺寸圖 腳通過(guò)直徑為 4的螺釘螺母來(lái)連接小腿 。 足 機(jī)器人的足部要安裝壓力傳感器，所以腳步結(jié)構(gòu)需要突起的一部分， 因?yàn)橹虚g需要放置傳感器所以需要突起一部分來(lái)使得壓力傳感器能更好的傳遞壓力信息，具體的零件尺寸看其 cad 圖紙。 三角架交替的變換使機(jī)身能向前運(yùn)動(dòng)，他們每組都支撐機(jī)體的重量，并在負(fù)重的狀態(tài)下使機(jī)體的前行，所以適應(yīng)的剛性和承載能力是非常重要的。如圖 311 所示 圖 311 機(jī)身 13 屆國(guó)際機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)（論文） 25 腿部的設(shè)計(jì) 腿部結(jié)構(gòu)是機(jī)器人身體里主要的部分，根據(jù)仿生學(xué)的知識(shí)，自然界的昆蟲(chóng)的腿部結(jié)構(gòu)大致為：基節(jié)，股節(jié)，脛節(jié)，三個(gè)部分，而圍繞著跟關(guān)節(jié)，髖關(guān)節(jié)，和膝關(guān)節(jié)，還有踝關(guān)節(jié)和腳。這里主要對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，單片機(jī)電子部分就暫不過(guò)多研究了 。 舵機(jī)需要一個(gè)可調(diào)寬度的方波信號(hào)，這也是舵機(jī)的控制信號(hào)，可以以此來(lái)控制舵機(jī)。 舵機(jī)控制方法 電源線、地線、控制線是標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)的三個(gè)重要組成部分。 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)原理 驅(qū)動(dòng)原理 仿生六足機(jī)器人利用的是電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方法，舵機(jī)是經(jīng)常選用的驅(qū)動(dòng)器，它選用的是微型直流角位移伺服電動(dòng)機(jī)。同理，關(guān)閉右側(cè)電機(jī)，接通左側(cè)電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)向右轉(zhuǎn)彎功能。 作者：寧輕，夏麗萍，趙晨光，陳森，周義恒 論文題目：六足是機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 圖 38 步行腿行走原理圖 六足機(jī)器人在直線行走過(guò)程中需要左拐時(shí)，關(guān)閉機(jī)體左側(cè)電機(jī)電源 開(kāi)關(guān) ，接通右側(cè)電機(jī) 。 步行腿機(jī)構(gòu)系統(tǒng) 六足機(jī)器人兩側(cè)的步行腿系統(tǒng)均相同， 行走時(shí)一側(cè)一條腿與另一側(cè)的前后兩條腿運(yùn)動(dòng)步態(tài)一致，每次均有三條腿同時(shí)著地，構(gòu)成三角形結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定機(jī)身。 桿用的是５ mm的鋁板，膠木板寬度均是８ mm，這樣可以盡量減輕機(jī)構(gòu)的重量。該機(jī)構(gòu)不僅解決機(jī)構(gòu)空間布置的難題而且還是機(jī)器人的轉(zhuǎn)向更加靈敏 。 若 采用雙重平行四邊形機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)足端與地面的垂直 ,在有限的空間安排太多的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)比較困難如圖32所示，反平行四邊形機(jī)構(gòu)不僅復(fù)雜而且空間結(jié)構(gòu)布置緊湊。該機(jī)構(gòu)在行進(jìn)中機(jī)體基本上是水平移動(dòng)。 該機(jī)構(gòu)上 D? 點(diǎn)的軌跡與原機(jī)構(gòu)上 D點(diǎn)的軌跡完全相同，但移過(guò)△ s 的距離，故 DD?連線恒與 BB? 相平行。 圖 34 步行腿機(jī)構(gòu)原理圖 作者：寧輕，夏麗萍，趙晨光，陳森，周義恒 論文題目：六足是機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 為了使 D 點(diǎn)的軌跡平行與地面上的 E 點(diǎn)，本機(jī)構(gòu)采用另一個(gè)反向?qū)ΨQ的契貝謝夫機(jī)構(gòu)，相位差為 180176。 圖 33改進(jìn) 的 四桿機(jī)構(gòu) 圖 33 為改進(jìn)的契貝謝夫直線四桿機(jī)構(gòu)，該步行機(jī)構(gòu)用于六足機(jī)器人中，每三個(gè)足一組，著地時(shí)間為 1/2 個(gè)周期。主要原因： 13 屆國(guó)際機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)（論文） 19 （ 1）可以毫無(wú)限制的提高腿的尺寸，從而 整個(gè)身體能站的比較高 ； （ 2）不會(huì)因腿部放大而放大整個(gè)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 。主要是參考了鶴式起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu) 和挖土機(jī)的臂部結(jié)構(gòu)。這并不是一種實(shí)際可行的步行機(jī)構(gòu)， 并不能實(shí)現(xiàn)需要的運(yùn)動(dòng)，只是表明了一組軌跡，它能夠?qū)崿F(xiàn)腿的抬起、落下及一段直線運(yùn)動(dòng)。 理論根據(jù)與機(jī)構(gòu)選擇 圖 31契貝謝夫直線機(jī)構(gòu) 圖 32二重平行四邊形機(jī)構(gòu) 步行機(jī)構(gòu)對(duì)于設(shè)計(jì)機(jī)器人是極為重要的，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)上面的原則及實(shí)際三維建模進(jìn)行選擇，并且根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行了設(shè)計(jì)，上面圖示為六足機(jī)器人一條腿的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 （ 2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)系到運(yùn)動(dòng)的最終狀態(tài)，決定運(yùn)行的姿態(tài)。 作者：寧輕，夏麗萍，趙晨光，陳森，周義恒 論文題目：六足是機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 第三章 六足機(jī)器人的機(jī)構(gòu)分析 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 機(jī)器人設(shè)計(jì)過(guò)程中，腿部的四連桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了契貝謝夫直線四桿機(jī)構(gòu)。BAy kx? （ 210） 直線 AB的表達(dá)式： ()ABy k x a h b? ? ? ? ? （ 211） 根據(jù)式（ 4）和式（ 5）可求出點(diǎn) e、 d、 j、 i的坐標(biāo)值： ( , )a k+hk +b a k+hk +b,2k 2( , )( , )e a akdj h b aki h b ak??? ??? ?? ?????? ??????? （ 212） 求出四邊形 edji 的面積，并求出最大值，當(dāng) a=h/3 時(shí)，四邊形 edji 的面積會(huì)變?yōu)樽畲? 2 2 24 12 3edji hkS bk?? （ 213） 由式 （ 213） 可看出，為了提高兩三角形的重合度，可增大側(cè)面兩個(gè)角（∠ B和∠B? ）的大小，和橫向的寬度（ h 的值），但增量要適當(dāng)，否則可能增大機(jī)器人的重量或者導(dǎo)致各個(gè)方向的穩(wěn)定裕度相差懸殊。 易求得直線 BA??的表達(dá)式： 39。 13 屆國(guó)際機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)（論文） 17 為了分析方便，兩個(gè)全等的等腰三角形； h為三角形在 x軸上高； BA??的斜率 k，AB的斜率為 (k)；點(diǎn) B? 到線 AC 的距離或點(diǎn) B到線 AC??的距離為 a；點(diǎn) B? 到點(diǎn) B在 y軸方向上的距離為 b。這樣，只要機(jī)器人的重心在重疊區(qū)域內(nèi)，機(jī)器人可以選擇任意一組腿擺動(dòng)。 機(jī)器人最大伸展量如圖 34 中的虛線所示，可有： 22m a x 2 3 0 1()L l l H l? ? ? ? （ 28） 圖 210(b)是機(jī)器人某只腿在向前邁進(jìn)時(shí)在水平面的投影，由圖可以求得機(jī)器人的作者：寧輕，夏麗萍，趙晨光，陳森，周義恒 論文題目：六足是機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 允許的最大步長(zhǎng) maxS 的大小。 六 足機(jī)器人的步長(zhǎng)設(shè)計(jì) 六足機(jī)器人腿的初始姿態(tài)如圖 210（ a） 的實(shí)線所示，這時(shí)設(shè)根關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)的角度分別為 1 2 30? ? ?? 、 、 。 B1， B2腿向后擺動(dòng)。 階段 1：機(jī)器人六腿都著地，機(jī)身前移，重心移至 C1，如圖（ a）所示 階段 2： A 組腿做擺動(dòng)腿，擺起； B組腿做支承腿；重心繼續(xù)前移，如圖（ b）所示 階段 3：機(jī)器人六條腿著地，坐姿勢(shì)調(diào)整，重心前移； 階段 4： B 組腿做擺動(dòng)腿，擺起； A組腿做支撐腿，重心繼續(xù)前移，完成一個(gè)步態(tài)周期如圖（ e）所示 圖 28 直行狀態(tài)步態(tài) 圖 13 屆國(guó)際機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)（論文） 15 轉(zhuǎn)彎步態(tài)分析 我們都是一般采用以一個(gè)中足為中心，再原地轉(zhuǎn)彎從而達(dá)到轉(zhuǎn)彎的目的，如下圖所示： 圖 29 轉(zhuǎn)彎步態(tài)圖 當(dāng)圖中的 B點(diǎn)不動(dòng)作為支撐重點(diǎn)的時(shí)候： （ 1）當(dāng) B B B3 各個(gè)腿都抬起，然后 B B3 腿再擺動(dòng)， B2 腿不動(dòng)的時(shí)候，機(jī)身靠三腳架 A1， A2， A3支撐起他的重量。 采用“ 3+3”直線行走步態(tài)規(guī)劃 。 三角步態(tài)行走步態(tài)設(shè)計(jì) 直線行走步態(tài)規(guī)劃 三角步態(tài)直線行走步態(tài)就是兩組腿之間交替的互換前進(jìn)。 圖 26 機(jī)器人重心位置圖 穩(wěn)定裕量的計(jì)算 在一般時(shí)候，任一時(shí)刻，機(jī)器人以交替三角步態(tài)行走的時(shí)候，其 B 組支撐腿的著地的位置點(diǎn)，機(jī)器人的重心在 XOY 平面的投影如圖所示；當(dāng)然了重心的投影與 XOY 平面坐標(biāo)原點(diǎn)重合。當(dāng) i? 較小的時(shí)候，可以設(shè)旋轉(zhuǎn) i? 角度后腿在 X 軸上的投影長(zhǎng)度近視為 L。 圖 23 腿變化示意圖 圖 24 髖關(guān)節(jié)在 XOY 平面旋轉(zhuǎn)示意圖 由上面的兩幅圖可以看出，六足仿生機(jī)器人髖關(guān)節(jié)的電機(jī)向上旋轉(zhuǎn)了 i? 角度的時(shí)候，13 屆國(guó)際機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)（論文） 11 其中一條腿在 Z 軸方向提升高度 h ，六足步行機(jī)器人腿部 Z 方向提升高度可以通過(guò)圖計(jì)算如圖 : 根據(jù)圖中所示， 得到 h 計(jì)算的表達(dá)式子： 22 ii= 2 si n si n a r c ta n2 2 2HLh H L? ? ?? （ + ） （ 22） 222 s in c o s ( a r c ta n )22i H ih L H L??? ? ? （ 23）