【正文】 得出四桿機構(gòu)的基本運動軌跡，如圖中間的加粗黑線表示四連桿機構(gòu)運行過程中的一個典型狀態(tài)。搖桿的行程速度比系數(shù)K可用下式計算 ==當(dāng)從動桿上的傳動角（或壓力角）時，驅(qū)動力對從動桿的有效回轉(zhuǎn)力矩為零，這位置稱為機構(gòu)的死點位置。58176。搖桿的擺角可用下式計算==176。其對應(yīng)的曲柄角 =+180176。 =180176。當(dāng)曲柄AB與連桿BC重合時，搖桿CD有內(nèi)極限位置，如圖中AB2C2D所示。 =176。l 行程速度比系數(shù)和死點位置當(dāng)曲柄搖桿機構(gòu)中曲柄AB與連桿BC在同一條直線上時，搖桿CD有外極限位置。當(dāng)時,在一個運動循環(huán)期間，有最小值，它是和之中的小值。到AB2位置時，連桿BC與搖桿CD的夾角有最大值，且 =176。如圖中所示，當(dāng)曲柄AB轉(zhuǎn)到AB1位置與機架重合時，連桿BC與搖桿CD的夾角最小，此時傳動角，且=176。傳動角卻愈大愈好。故壓力角愈小愈好。而是使傳動副C上產(chǎn)生附加徑向壓力的有害分力。將這驅(qū)動力分解為兩個分力：沿受力點C的速度方向的分力和垂直于方向的分力。（為方便計算，在這里只考慮四邊形ABCD。　　仔細分析足端的軌跡是重要的，要研究做成的機器人如何運動，就需要明確的知道旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過一定角度后足端到達了什么位置，這點搞清楚了，才能很好的利用軌跡，對運動的控制才可以順利進行。在材料的選擇上，AB桿與CD桿用的是５mm的鋁板，BCE桿的是膠木板寬度均是８mm，這樣可以盡量減輕機構(gòu)的重量。 連桿機構(gòu)圖本連桿機構(gòu)以契貝謝夫直線機構(gòu)為基礎(chǔ)，但并不是單純應(yīng)用軌跡特性曲線。的彎桿來實現(xiàn)。設(shè)計中考慮到制作的復(fù)雜度，以及最后執(zhí)行的準(zhǔn)確度，就盡量采用簡化的構(gòu)件，本文沒有采用雙重平行四邊形機構(gòu)來實現(xiàn)足端與地面的垂直，主要做的機器人比較小，在有限的空間安排太多的運動實現(xiàn)比較困難。如果找到一種構(gòu)件能夠?qū)崿F(xiàn)D點的運動，就能做到腿的提起、空中移動、落下和與地面的摩擦運動實現(xiàn)身體的前移。一條腿用二個主動構(gòu)件，不僅可以提高效率，而且易于控制軟件的開發(fā)，但對于本設(shè)計不太適合，反對稱機構(gòu)解決了受力問題，但增加了機構(gòu)的復(fù)雜程度，對于配合的要求更高，不符合設(shè)計要求；還增加了動力源的數(shù)目使控制系統(tǒng)更為復(fù)雜。用′的中垂線上的R′點作足尖，其軌跡必于Q、Q′的軌跡相同，適于作六足機器人的步行機構(gòu)。如圖中的點C′P′M′O′。如圖所示π/2∽3π/2的直線段為足著地時的軌跡，3π/2∽0∽π/2為足跨步時的軌跡。主要原因：（1） 可以毫無限制的提高腿的尺寸，從而說整個身體能站的比較高（2） 不會因腿部放大而放大整個機器人結(jié)構(gòu)不過設(shè)計時發(fā)現(xiàn)垂直機構(gòu)雖然足端軌跡好，但受力不好，走動過程中會發(fā)生偏移，兩組平行四邊形機構(gòu)并不好實現(xiàn)。主要是參考了鶴式起重機的變幅機構(gòu)，和挖土機的臂部結(jié)構(gòu)。這并不是一種實際可行的步行機構(gòu)，并不能實現(xiàn)需要的運動，只是表明了一組軌跡，它能夠?qū)崿F(xiàn)腿的抬起、落下及一段直線運動。 步行機構(gòu)對于設(shè)計機器人是極為重要的，設(shè)計時根據(jù)上面的原則及實際三維建模進行選擇，并且根據(jù)實際要求進行了設(shè)計，上面圖示為六足機器人一條腿的機構(gòu)簡圖。（2） 執(zhí)行機構(gòu)關(guān)系到運動的最終狀態(tài)，決定運行的姿態(tài)。 機器人設(shè)計過程中，腿部的四連桿執(zhí)行機構(gòu)采用了契貝謝夫直線四桿機構(gòu)。每個上面兩個步進電機，作為腿部機構(gòu)的驅(qū)動器；兩個傳感器，用來作為機器人旋轉(zhuǎn)位置的信號，實現(xiàn)機器人自身可識別的準(zhǔn)確運動，可旋轉(zhuǎn)的一塊鈑金組件，四連桿機構(gòu)及其驅(qū)動電機按在上面；一個伸出的臂板鈑金組件，上面安裝了控制旋向的步進電機，支撐整個腿部機構(gòu)。柔性設(shè)計方法 將機電一體化系統(tǒng)中完成某一個功能的傳感元件，執(zhí)行元件和控制器作為一個功能模塊，如果控制器具有可編程的特點，則該模塊就成為柔性模塊，采用計算機編程還可以進一步提高驅(qū)動模塊的柔性。曲線弧長越短，運動時間就越短，但相應(yīng)的跨越能力就越差。該比值越大則足端運動軌跡曲線越高，相應(yīng)的跨越臺階的能力就越強同時前進特性（運動速度）就越差。況且步行機器人要求有很強的環(huán)境適應(yīng)能力，它必須能夠在平面、臺階上穩(wěn)定的行走，又能跨過障礙、橫溝，不同的路面對軌跡曲線有不同的要求：對于平地路面要求有一定的速度，對于臺階要求能夠抬起并通過，對障礙物要求順利跨越，可見足端運動軌跡的選擇度與步行機器人來說顯得非常重要。 機器人三角步態(tài)的擺動相與支撐相 六足機器人的足端運動軌跡曲線的確定在進行步行機構(gòu)的運動仿真設(shè)計時，如果將腿直接連在軸上則足端曲線為圓形。根據(jù)占空系數(shù)β的大小可分為3種情況：（1）β=，在三擺動腿著地的同時，另外三支撐腿立即抬起，即任意時刻同時只有支撐相和擺動相（（a））；（2）β＞，機器人移動較慢時，擺動相與支撐相有一短暫的重疊過程，即機器人有六條腿同時著地的狀態(tài)（（b））；β＜，機器人移動較快時，六條腿有同時為擺動相的時刻，即六條腿同時在空中，處于騰空狀態(tài)（（c）），顯然此交替過程要求機器人機構(gòu)具有彈性和消振功能，否則難以實現(xiàn)。 在整個周期中包含6步，一個周期可實現(xiàn)機構(gòu)轉(zhuǎn)動2α角。如此（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）、（a）往復(fù)循環(huán)，便可實現(xiàn)六足機構(gòu)向右轉(zhuǎn)動。著地的足1和足3項對軀體向后擺動一定角度，實現(xiàn)軀體相對地面的第一步轉(zhuǎn)動（（b））；，此時軀體的位姿已相對上一位姿擺動一個角度α。六足機構(gòu)開始運動時，左側(cè)的2號腿和右側(cè)的6號腿抬起準(zhǔn)備向前擺動，另外3條腿5處于支撐狀態(tài)，支撐機器人本體確保機器人的原有重心位置處于3條支撐腿所構(gòu)成的三角形內(nèi)，使機器人處于穩(wěn)定狀態(tài)不至于摔倒（(a)）,擺動腿6向前跨步（（b）），支撐腿5一面支撐機器人本體，一面在驅(qū)動電機和四桿機構(gòu)的作用下驅(qū)動機器人本體，使機器人機體向前運動了半個步長S（（c））。綜合考慮這兩條準(zhǔn)則以及機構(gòu)的整體構(gòu)成，對機構(gòu)的行走步態(tài)作以下規(guī)劃。②所選步態(tài)應(yīng)使控制盡可能簡單。理論上而言，六足可供選擇的步態(tài)較多，但也應(yīng)該遵守一般的準(zhǔn)則：①所選步態(tài)應(yīng)符合動物的行走習(xí)慣。為獲得較好的穩(wěn)定性，本文設(shè)計將六足分為兩組，身體一側(cè)的前足、后足及一側(cè)的中間足做為一組，形成一個穩(wěn)定的三角支撐。更準(zhǔn)確的說，靜態(tài)行走時指步行機構(gòu)在行走過程中，其重心總是處于穩(wěn)定支撐平面內(nèi)。 設(shè)計機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖步行機構(gòu)的行走方式分為靜態(tài)行走和動態(tài)行走兩類。該機構(gòu)結(jié)構(gòu)較為簡單，由軀干部分及六足、拉桿和直流電機組成。設(shè)計的關(guān)鍵問題是機器人的運動，決定這個的因素是多方面的，比如我們設(shè)計的鈑金件都是手工劃線，手工制作的，精度很難保證等。設(shè)計過程中，盡量選擇了可以實現(xiàn)的方式。本文所設(shè)計的六足機器人具有6個支撐足，模仿了昆蟲的行走步態(tài)，能夠在平地上前進、后退、左右轉(zhuǎn)彎，在遇到障礙時能自行避開。因此，機器人的小型化和微型化是一個發(fā)展趨勢?？茖W(xué)家預(yù)言，21世紀(jì)的尖端技術(shù)之一是微型機器人。在非制造業(yè)中的治療、娛樂和社會福利等方面的仿生機器人有很好的發(fā)展前景。仿生移動式機器人在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防上具有廣泛的應(yīng)用前景，它們能用于衛(wèi)星探測、軍事偵察、危險的廢料處理以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。近年來，對移動機器人的研究受到越來越多的重視，使機器人能夠移動到固定式機器人無法達到的預(yù)定目標(biāo)，完成設(shè)定的操作任務(wù)。目前運行的絕大多數(shù)機器人都是固定的，它們只能固定在某一位置上進行操作。先進制造技術(shù)的發(fā)展對仿生機器人的研究正起著積極的促進作用，隨著先進制造技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機器人也從當(dāng)初的上下料功能向高度柔性、高效率的精密裝配工能轉(zhuǎn)化。如動力源、驅(qū)動方式、傳感集成控制以及同外界的通訊等，實現(xiàn)微傳感和微驅(qū)動的一個關(guān)鍵問題是機電光一體結(jié)合的微加工技術(shù)。衛(wèi)星仿生機器人有些已不是傳統(tǒng)常規(guī)機器人的按比例縮小，它的開發(fā)涉及到電磁、機械、熱、光、化學(xué)、生物等學(xué)科。合理的機構(gòu)設(shè)計是仿生機器人實現(xiàn)的基礎(chǔ)。 在仿生機器人的設(shè)計開發(fā)中，為實現(xiàn)對不同物體和未知環(huán)境的感知，都裝備有一定量的傳感器，多傳感器的信息融合技術(shù)是實現(xiàn)其具有一定智能的關(guān)鍵。機器人的自由度較多，機構(gòu)越復(fù)雜，必將導(dǎo)致控制系統(tǒng)的復(fù)雜化，復(fù)雜巨系統(tǒng)的實現(xiàn)不能全靠子系統(tǒng)的堆積。 仿生機器人的運動具有高度的靈活性和適應(yīng)性，其一般都是冗余度或超冗余度機器人，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。研究經(jīng)費以自籌為主，具體研究情況仍處于保密狀態(tài)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)調(diào)動各院系的優(yōu)勢，共同成立了研究“月球車”的課題組，其中包括航天學(xué)院、機電學(xué)院等，研究的側(cè)重點各有不同。國內(nèi)一些研究院所，如北航、北科大、國防科大、東南大學(xué)、沈陽自動化所和哈工大等進行了仿生機器人的研究。1999年日本研制的寵物狗AIBOERS110具有18個關(guān)節(jié)，每個關(guān)節(jié)由伺服電機驅(qū)動以保持柔性運動。Keisuke Arikawn 等研究的TITANVII型四足機器人能夠以穩(wěn)定的方式在不平的地面行走，可以以非接觸方式繞過地面上的障礙，能夠向任何方向運動，同時腿的自由度可以用于工作。日本本田公司和大阪大學(xué)聯(lián)合推出的P2和P9型放人步行機器人代表了當(dāng)今世界的最高水平。此外該機器人的四個角輪具有獨立驅(qū)動和控制能力。前蘇聯(lián)Lunokhod月球探測車美國JPL的Sojourner火星探測車。并且機器人的本質(zhì)具有的大量的自由度可以使機器人的運動更加靈活，對凹凸不平的地形的適應(yīng)能力更強，由于立足點是離散的，距地面的接觸面積較小，可以在可達到的地面上選擇最優(yōu)支承點，即使在表面極度不規(guī)則的情況下，通過嚴(yán)格選擇足的支撐點，也能夠行走自如。其中步行機器人成為機器人研究的一個熱點，步行是人類或有腿動物的獨特的運行方式，是自然界中最為靈活的移動形式。仿生機器人就是模仿自然界中生物的外部形狀或某些機能的機器人系統(tǒng)。未來的移動機器人應(yīng)該具有行動決策和規(guī)劃，以及自動執(zhí)行規(guī)劃能力，集人工智能、智能控制、信息處理、檢測與轉(zhuǎn)換等專業(yè)技術(shù)為一體的系統(tǒng)。例如，在需要高級的認(rèn)識與判斷的地方，還必須有人的幫助，就是非常高級的機器人也還必須進行人機對話才行。一般來說我們認(rèn)為機器人是計算機控制的可以編程的目前能夠完成某種工作或可以移動的自動化機械。例如，數(shù)控機床加工工件的能力雖然很強，但是它不能進行其它的作業(yè)，所以不能稱它為機器人，此外數(shù)控機床的外觀也很少有與生物相似之處。這里所說的作業(yè)并不是單一的簡單工作，而是能夠進行多種動作的作業(yè)。上述的定義是強調(diào)“可進行作業(yè)”的性質(zhì)。機器人技術(shù)是研究機器人工程技術(shù)的學(xué)問。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文六足式步行機器人運動機理與步態(tài)分析畢業(yè)論文目錄摘 要 Iabstract II1 緒 論 1 1 3 5 62 機械機構(gòu)設(shè)計 6 6 設(shè)計方法 12 13 28 軀體部分機構(gòu)設(shè)計 33 機構(gòu)設(shè)計總結(jié) 34參考文獻 35致謝 37附 錄一 50附錄二 61621 緒 論機器人是上個世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，而從機器人的角度來講，21世紀(jì)將是一個自治機器人的世紀(jì)。隨著機器人的工作環(huán)境和工作任務(wù)的復(fù)雜化，要求機器人具有更高的靈活性、可靠性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和更強的適應(yīng)性。關(guān)于機器人各國有不同的定義，其中一種定義得方法是“機器人是可通過感覺與智能進行作業(yè)的并具有與人或動物相似的外觀和機能的機械”。而機器人的感覺機能和移動即能只不過是進行作業(yè)是必要的輔助技能而已。即具有通用性（或柔性）工作能力。按照上述的定義，機器人具有以下幾個特點：一是有人類的功能，比如說作業(yè)功能、感知功能、行走功能，能完成各種動作；另一個特點是根據(jù)人的編程能自動工作，由于它通過編程才能改變它的工作、動作，工作的對象和一些要求。雖然機器人的模型是動物或人，但是企圖給機器人賦予人類那樣的高度機能是不可能的。移動機器人近年來朝著智能化、多樣化和集成化方向發(fā)展。自然界生物的運動行為和某些機能已成為機器人學(xué)者進行機器人設(shè)計，實現(xiàn)其靈活控制的思考源泉，導(dǎo)致各類仿生機器人不斷涌現(xiàn)。仿生機器人的類型很多。步行機器人是以模擬這種方式來實現(xiàn)自身運動的一類特殊的機器人，它具有良好的地形活動性，可以相對較易的跨過較大的障礙（如溝，坎等）?，F(xiàn)今國外得到業(yè)內(nèi)認(rèn)同的輪腿混合式移動機器人主要是火星/月球漫游車，有的在研發(fā)中，有的己經(jīng)發(fā)射成功。 該機器人采用六輪搖臂懸吊式結(jié)構(gòu)，即有6個獨立懸掛的驅(qū)動輪，傳動比為2000:1，因而能在各種復(fù)雜的地形中行駛，特別是軟沙地。本機器人是真正意義上的六輪腿式移動機器人。美國的MIT Leglab 有兩個小組在從事仿人步行機器人的研究，已完成的項目包括一個重22kg的平面型機器人。俄羅斯羅伊斯公司在為英國核潛艇建造并保養(yǎng)壓力水反應(yīng)堆時應(yīng)用了蛇形機器人，它將用于太空的探索，其是由簡單的低自由度組件組成的高柔性、高冗余性的蛇形機器人。CWRU的仿生機器人試驗室研究了基于蟋蟀運動機能的機器人，其共有六條腿，后兩條腿較長，有兩個關(guān)節(jié)，各腿的運動通過壓縮空氣來驅(qū)動，它可以在一定范圍內(nèi)行走和跳躍，能夠適應(yīng)粗糙地帶和障礙。哈爾濱工業(yè)大學(xué)月球車：輪腿式結(jié)構(gòu)是現(xiàn)今最流行的行星探測車結(jié)構(gòu)，雖然與國外的水平還有不小的差距，但國家政府在這方面也加大了投入力量，現(xiàn)在一些高等院校和科研機構(gòu)相繼開展了有關(guān)輪腿式機器人方面的研究工作，也取得了一定的成果。其中，航天學(xué)院的研究側(cè)重點是月球車的導(dǎo)航、控制系統(tǒng)；機電學(xué)院的研究側(cè)重于車體的研究。2003年12月，哈爾濱工業(yè)大學(xué)展示了近期研制的三款月球車原理樣車，分別為“六輪搖臂—轉(zhuǎn)向架式”、 “兩輪并列式”和“行星輪式”。運動學(xué)和動力學(xué)模型與常規(guī)機器人有和大差別，且復(fù)雜度更大，為此，演練建模問題，實現(xiàn)機構(gòu)的可控化是研究仿生機器人的關(guān)鍵問題之一。要做到“整體大于組分之和” ，同時要研究高優(yōu)化的控制算法才能使系統(tǒng)具有實時處理能力。信息融合技術(shù)把分布在不同位置的多個同類或不同類的傳感器所提供的局部環(huán)境的不完整的信息加以綜合，消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾，從而提高系統(tǒng)決策、規(guī)劃、反應(yīng)的快速性和正確性。生物的形態(tài)經(jīng)過千百萬年的變化，其結(jié)構(gòu)特征極具合理性，而要用機械來完全仿制生