【正文】 ..................................... 34 參考文獻(xiàn) .............................................. 35 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 摘 要 在自然界或人類社會(huì)中，存在人類無法到達(dá)的地方和可能危及人類生命的特殊場合，如工地、防災(zāi)救援等許多領(lǐng)域，對(duì)這些復(fù)雜環(huán)境不斷的探索和研究往往需要有機(jī)器人的介入。四足步行 機(jī)器人是機(jī)器人的一個(gè)重要分支，由于四足機(jī)器人比兩足步行機(jī)器人承載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好，同時(shí)又比六足、八足步行機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單，因而更加受到各國研究人員的重視。本機(jī)構(gòu)采用對(duì)角線一致的原則，通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)腿部運(yùn)動(dòng)，左前腿與右前腿一致，右前腿與左前腿一致。采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過同步帶輪帶動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。 design is powered by DC Servo Motor,while transmitted through synchronous pulleys. Key words :Crank rocker a diagonal line transmission Parts the main shaft ponents body design stick arrangement 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 1 緒論 綜述 在自然界或人類社會(huì)中，存在人類無法到達(dá)的地方和可能危及人類生命的特殊場合，如工地、防災(zāi)救援等許多領(lǐng)域，對(duì)這些復(fù)雜環(huán)境不斷的探索和研究往往需要有機(jī)器人的介入。所以這類機(jī)器人在軍事運(yùn)輸、海底探測、礦山開采、星球探測、殘疾人的輪椅、教育及娛樂等眾多行業(yè)，有非常廣闊的應(yīng)用前景，多足步行機(jī)器人技術(shù)一直是國內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 作為一個(gè)男生，自小時(shí)候其就對(duì)于機(jī)器人有著莫大的興趣。 由于本專業(yè)是機(jī)械自動(dòng)化方面的，此次設(shè)計(jì)應(yīng)該是一次簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。雖然所學(xué)知識(shí)有限，但我會(huì)盡全力去鉆研，決定從自己能解決的機(jī)械方面的問題著手。論衡 187。儒增篇 187。其中 ,輪式和履帶式機(jī)器人的越障能力弱 ,不能充分實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的靈活性。為此 ,四足機(jī)器人的研究已成為機(jī)器人學(xué)中一個(gè)引人注目的研究領(lǐng)域 ,而且運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究是步行機(jī)器人各項(xiàng)研究的基礎(chǔ)。因此機(jī)器人的設(shè)想就成為了在危險(xiǎn)環(huán)境工作的必然選擇。對(duì)這些環(huán)境進(jìn)行不斷的探索和研究，尋求一條解決問題的可行途徑成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人類社會(huì)進(jìn)步的需要。我所設(shè)計(jì)的四足步行機(jī)器就是為了在危險(xiǎn)環(huán)境中的救 人或者運(yùn)輸必須物品，為人類更好的改造大自然。設(shè)計(jì)出一款比較簡單實(shí)用的四足步行機(jī)器，能夠在各種危機(jī)情況中發(fā)揮應(yīng)有的作用。還在老師的指點(diǎn)下參觀了老師指導(dǎo)的機(jī)器人大賽作品，對(duì)于機(jī)器人的機(jī)構(gòu)和機(jī)理有了深刻的認(rèn)識(shí)，充分發(fā)揮了機(jī)械設(shè)計(jì)中的知識(shí)。 三：設(shè)計(jì)出了一款簡單實(shí)用的四足步行機(jī)器，使在危險(xiǎn)情況下的運(yùn)輸和工作有了比較好的一種選擇。具體工作主要有： 四足步行機(jī)器人整體設(shè)計(jì) ,選定合理易行的方案，設(shè)計(jì)出具體尺寸結(jié)構(gòu)， 畫總裝圖 。 對(duì)主要零件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 理論依據(jù) 本次設(shè)計(jì)的主要過程分為方案設(shè)計(jì) 、桿件尺寸設(shè)計(jì)、繪制裝配圖及零件圖。這一階段主要參考了網(wǎng)上各種機(jī)器人的視頻，比較了許多機(jī)器人方案，最終確定適合自己的做畢業(yè)設(shè)計(jì) 。最后就是根據(jù)以前課程設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)作出整個(gè)的裝配圖和零件圖，其中包括了直流電機(jī) 選型、傳動(dòng)方式選擇和計(jì)算、主軸及傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)、箱體的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)工藝性考慮。 方案實(shí)施 經(jīng)過長時(shí)間的搜集資料和學(xué)習(xí)四足步行機(jī)器的有關(guān)設(shè)計(jì)，分析其工作原理，特?cái)M定了一下集中方案： ： 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— ： 圖 2 skywalker 建議機(jī)器人 ： 圖 3 連桿機(jī)器人 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 方案比較 ： 如圖所示的三種方案，第一種方案是通過比較精密的腿部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過前后兩對(duì)足 類似雙人搭肩是式的行走方式來實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器的步態(tài)擬合。在這里由于本人專業(yè)知識(shí)的缺乏以及經(jīng)驗(yàn)的不足故放棄了這種方案。最后選擇了第三種方案來做，其結(jié)構(gòu)明了，原理清楚，運(yùn)行時(shí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性顯而易見。本方案中采用了對(duì)角線原則，即是對(duì)角線上的兩條腿通過連接桿連接在一起保持運(yùn)動(dòng)一致性。當(dāng)其中一對(duì)足軌 跡處于水平線上的時(shí)候就處于著地狀態(tài)，停止不動(dòng)。最終通過兩隊(duì)的交替處于直線段及弧線段上實(shí)現(xiàn)動(dòng)物式的四足運(yùn)動(dòng)。故經(jīng)過考慮使用一臺(tái)伺服電機(jī)即可滿足要求，并且這樣做結(jié)構(gòu)也顯得比較輕巧。具體機(jī)理是電機(jī) 減速裝置 曲柄 搖桿 腿部構(gòu)件 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 四足步行實(shí)現(xiàn)。下面就曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的特性進(jìn)行討論和分析。 若四桿機(jī)構(gòu)中最短桿和最長桿之和大于其他兩桿長度之和，則無曲柄存在，兩連架桿均為搖桿。 基于以上原則，最短桿與機(jī)架相連，并且滿足長度關(guān)系可得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。若將平均速度小的行程作為工作行程（正行程），將平均速度大的行程作為非工作行程（反行程），那么，我們把曲柄搖桿機(jī)構(gòu)這種 正、反行程平均速度不等的特性稱為急回特性。 如圖所示，曲柄順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，搖桿左右擺動(dòng)（順時(shí)針為正行程，逆時(shí)針為反行程）。根據(jù)行程速比系數(shù)的定義有： ① 存在急回特性的條件是 不等于零。 ，故理論上 K可以最大為 3。 對(duì)一些有急回特性要求的機(jī)械，常根據(jù) K值按式 (22)算出 角，再確定各桿尺寸。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角隨曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)而變。 。那么，最小傳動(dòng)角在什么位置出現(xiàn)呢？分析如下： 可以證明：若機(jī)架上 A、 D兩點(diǎn)位于 C39。 時(shí)，最小，有 = ； 機(jī)架上 A、 D兩點(diǎn)位于 C39。 時(shí)的 最大 (鈍角 )，有 =180176。 不難看出，對(duì)于曲柄主動(dòng)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，最小傳動(dòng)角就是連桿和搖桿所夾的最小銳角。若以動(dòng)物的 身體為參考坐標(biāo)系，則該運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)為以封閉曲線。若將足部沿著既定軌跡循環(huán)一遍的時(shí)間稱之為一個(gè)周期，那么我們將足部接觸地面的時(shí)間稱為支撐段；反之，若足部在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間段稱為跨越段。 圖 6 足部軌跡 對(duì)于任一步行機(jī)器，其足部軌跡曲線是首要考慮的重要條件，因?yàn)?它直接影響到不行機(jī)器對(duì)地面的適應(yīng)能力以及行進(jìn)時(shí)的穩(wěn)定度。 方案四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 四桿尺寸 經(jīng)過參考眾多的四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的資料，最終認(rèn)識(shí)到使用解析法來設(shè)計(jì)此次畢設(shè)來說難度太大，耗費(fèi)時(shí)間太多。在長時(shí)間的嘗試和作圖之后最終的到了滿足我需要的四桿機(jī)構(gòu)的尺寸。 ???? ????????? )(500500a rc c os2 )(a rc c osDCB 22222211 bc adcb ???? ????????? )(500500a rc c os2 )(a rc c osDCB 22222222 bc adcb 比較兩個(gè)位置的傳動(dòng)角，可得最小傳動(dòng)角 ?? ? 。但是在此次設(shè)計(jì) 中，由于傳動(dòng)功率比較小，設(shè)計(jì)的最小傳動(dòng)角也能夠滿足使用要求。這是傳動(dòng)力矩為 0。對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來說，機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)位置是不利的，應(yīng)該采取措施使機(jī)構(gòu)順利通過死點(diǎn)位置。而本設(shè)計(jì)采用兩組機(jī)構(gòu)組合起來，使左右兩側(cè)的機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置相互錯(cuò)開，因此本設(shè)計(jì)能夠順利的通過死 點(diǎn)位置。使用的對(duì)角線一直原則，經(jīng)過作圖法計(jì)算，可以完全證明此次設(shè)計(jì)左前腿與右后腿軌跡完全一致，左后腿與右前腿軌跡完全一致，能夠達(dá)到邁步要求 左前腿右后腿軌跡線： 圖 8 左前腿右后腿步態(tài) 左后腿與右前腿軌跡線： 圖 10左后腿右前腿步態(tài) 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)方案及電機(jī)選擇 經(jīng)過作圖法設(shè)計(jì)，求得主軸每旋轉(zhuǎn)一周，前后跨距為 875mm,經(jīng)過計(jì)算選主軸轉(zhuǎn)速為 50r/min,此時(shí)機(jī)器人行走速度可得為： hkm / 5 0V ???? 即可滿足設(shè)計(jì)任務(wù)所需求。因此設(shè)計(jì)的傳動(dòng)路線如下： 直流減速電機(jī) 同步帶輪 主軸 連桿機(jī)構(gòu) 機(jī)器人腿部 . 同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 同步帶傳動(dòng)的主要失效形式有承載繩疲勞拉斷、打滑與跳齒、帶齒的過度磨損。此外，在灰塵、雜質(zhì)較多的工作條件下，應(yīng)對(duì)帶齒進(jìn)行耐磨性計(jì)算。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)同步帶的帶寬系列，有 、 、 、 、 五個(gè)系列，本次設(shè)計(jì)選擇帶寬為 ,圓整為 50mm. 確定帶輪齒數(shù) 1z 、 2z 和帶輪節(jié)圓直徑 1pd 、 2pd 一般取小帶輪齒數(shù) min1zz? （參考機(jī)械設(shè)計(jì)表 813）。大輪齒數(shù) 12 izz? ,并取為整數(shù)。通常， XL、 L型的 smv 50max ? ； H型的 smv 40max ? ；XH、 XXH型的 smv 30max ? 。 確定中心距 a 和同步帶節(jié)線長度 PL 及齒數(shù) z 按結(jié)構(gòu)要求或按下式初定中心距 0a ： )(2)( 21021 pppp ddadd ???? 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 即 220224 0 ??a 取 mma 2080 ? 即可 作用在軸上的壓力 V1000PF CQ ? 試中 CP 為皮帶輪傳遞功率 ,單位為 KW， V為帶速 ,單位為 m/s,QF 的單位為 N。 為了保證帶與帶輪輪齒的正確嚙合，兩者的節(jié)距和齒形角應(yīng)相等。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 5 主軸組件設(shè)計(jì) 主軸組件的總體布 置 對(duì)于機(jī)器中的一般轉(zhuǎn)軸，主要應(yīng)滿足強(qiáng)度和機(jī)構(gòu)的要求；對(duì)于剛度要求高的軸，主要應(yīng)滿足剛度的要求；對(duì)于一些高速機(jī)械的軸（如高速磨床主軸、汽輪機(jī)主軸等），要考慮滿足振動(dòng)穩(wěn)定性的要求。因?yàn)檗D(zhuǎn)軸工作時(shí)，收彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用，而彎矩又與軸上載荷的大小及軸上零件相互位置有關(guān)，所以當(dāng)軸的結(jié)構(gòu)尺寸未確定前，無法求出軸所受的彎矩。 主軸組件通常由主軸，箱體，軸承和 安裝在主軸上的皮帶輪及附件組成。軸頸安裝軸承和皮帶輪處還要有一定的表面硬度，防止更換軸承和帶輪是主軸受到磨損。另外在 主軸設(shè)計(jì)和制造中，應(yīng)根據(jù)工藝條件提高主軸表面粗糙度，這樣可以提高主軸的耐磨性，提高尺寸的穩(wěn)定性，提高主軸的接觸剛度，還可以提高主軸的疲勞強(qiáng)度。 本次設(shè)計(jì)的主軸主要是受到扭轉(zhuǎn)載荷，無特殊要求，因而選用調(diào)質(zhì)處理的45剛。軸徑的初步估算常用如下兩種方法： 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步估算軸徑； 按經(jīng)驗(yàn)公式估算軸徑。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)圖 10確定的軸上主要零件的布置圖和軸的初步估算定出的軸徑，進(jìn)行軸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。軸承一端使用套筒定位，另外一端使用套杯進(jìn)行定位。根據(jù)軸的直徑由有關(guān)設(shè)計(jì)手冊查得帶輪處鍵為 C型平鍵 mmmmhb 66 ??? ,軸端和曲柄連接處使用普通平鍵 A型 mmmmhb 66 ??? ，配合均為 67kH ；滾動(dòng)軸承內(nèi)圈有軸的配合采用基孔制，軸的尺寸公差為 6k 。 從左端起，平鍵的長度為 20mm,外端曲柄厚度為 30mm,并且考慮到箱體厚度 33mm以及箱體外墊片等因素，此段軸長定為 52mm。 第三段軸為 mm22? ，此段軸裝皮帶輪。 第四段軸為 mm40? ，主要是考慮到箱體的寬度問題以及強(qiáng)度問題，此段軸的長度為 344mm。 第六段、七段分別于左側(cè)的第二 段、第一段相對(duì)應(yīng)，長度分別為 14mm和52mm。 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 先作出軸的收力計(jì)算簡圖（即力學(xué)模型）如圖 13a示，取集中載荷作用于帶輪及軸承的重點(diǎn)。帶入得到 ?tF 帶輪傳動(dòng)沒有徑向力和軸向力。故最終彎矩為 mNM C