【正文】 /(??1 ? ??2)(X ? ??1)+??1 (24) 而其垂線 OM的方程為： ?? = (??1 +??2)/(??1 + ??2)??1 (25) 有上面的兩個可以得到兩個直線的坐標(biāo)為： ???? = [(??2 ???1)(??1??2 ???1??2)]/[(??1 ???2)2 ? (??1 ???2)2] ???? = [(??2 ? ??1)(??1??2 ???1??2)]/[(??1 ???2)2 ? (??1 ???2)2] 由上面的坐標(biāo)（ Xm， Ym），可以計算得出來他的距離 d： d = |OM| = √xm2 +ym2 （ 26） 同樣的道理，也可以求得 ??2=|ON|， ??3=|OP|. 六足仿生機器人以三角步態(tài)行走的時候，我們對其穩(wěn)定裕量取為最小值： d = min{??1， ??2， ??3 }， 穩(wěn)定裕量越小說明越穩(wěn)定。如圖所示規(guī)劃他在一個步態(tài)周期的步行。 三角步態(tài)規(guī)劃圖如圖 28 作者：寧輕，夏麗萍，趙晨光，陳森，周義恒 論文題目：六足是機器人的行走機構(gòu)設(shè)計 14 “ 3+3”直線行走步態(tài)的擺腿順序分為 A組和 B 組，兩組在步行效果上是一致的。 （ 2） B1， B2， B3 腿落地支撐機身重量，同時 A1， A2， A3，腿不動。在轉(zhuǎn)彎的過程中， A A B B3只是做上下運動。于是有 ： 0 1 2 2 3 2 30 3 2 3 2 2c o s ( ) c o s ( )s in ( ) s in ( )L l l lH l l? ? ?? ? ?? ? ? ??? ? ? ? ?? （ 27） 其中 l l l3分別 基節(jié)、股節(jié)、脛節(jié)的的長度， L0、 H0分別是初始姿態(tài)時機器人腿的伸展量和機體的重心高度。 22m a x m a x 02S L L?? （ 29） (a) 圖 210 (b) 六足機器人著地點的優(yōu)化 為了保證機器人運動，兩組腿能更加的靈活和穩(wěn)定，我們就要求三腳架所在的范圍盡可能的面積最大化，下圖中多邊形 defgij 的面積最大。重合面積越大，機器人的重心的活動范圍越大 。 由于多邊形 defgij 具有對稱性，要求其的面積最大，只需求四邊形 edji 的面積最大。39。從式 （ 213） 還可以看出，步行機器人的步長（ b的值）越大，兩三角形的重疊面積越小，因此，為了提高六足機器人的穩(wěn)定性，保持它的靈活性，可適當(dāng)減小步長。在前期時參考了不少有關(guān)腿部機構(gòu)的資料，這個機構(gòu)的選擇很重要，主要原因如下： （ 1）執(zhí)行機構(gòu)決定了整個系統(tǒng)的復(fù)雜度，機構(gòu)越復(fù)雜，涉及到的工作和配合越多，制作的精度就不容易保證。 （ 3）執(zhí)行機構(gòu)最終保證整個機器人系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。 圖 31所示 為 實現(xiàn)步行基本動作的契貝謝夫直線機構(gòu)，主動桿 OB 轉(zhuǎn)動時，從動桿端點 D 端畫出包括一段直線的閉合軌跡。它是一個基礎(chǔ)，雖然不能實現(xiàn)運動，但卻是我們選擇這種步行機構(gòu)的 起源，促使尋找確定可行的方案。 圖 32為使足部桿 DE與機體始終保持垂直狀態(tài)的二重平行四邊形機構(gòu)，這是一種比較理想的選擇。 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)。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。如圖中的點 ,O A B C? ? ? ? 。用 BB? 的中垂線上的 E? 點作足尖，其軌跡必于 D、 D? 的軌跡相同，適于作六足機器人的步行機構(gòu)。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) 。 如圖 35所示 圖 35 步行腿側(cè)視圖 為了解決該問題我們采用如圖 36 所示的方案，機器人要實現(xiàn)前行時，必須得解決抬腿與擺腿兩個動作因此我們采用曲柄搖桿機構(gòu)實現(xiàn)其抬腿動作，在小腿上面安裝一個舵機使其實現(xiàn)向前擺動的。 圖 36 步行腿機構(gòu)圖 13 屆國際機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)課程設(shè)計（論文） 21 設(shè)計參數(shù) （ 1） 連桿尺寸 LAO= ,LCD= 76mm,LBC= 76mm,LAD=152mm, LBO= ， 連桿各個部分符合契貝謝夫直線機構(gòu) 圖 37 步行腿機構(gòu)原理圖 滿足 CB = CA = CD CA:OB:OA = 1:: （ 2） 估算 機身高度設(shè)置為 H=170,LDE=162mm,在正前方運行時，前腿和后腿之間不 會發(fā)生相互干涉，為了保證兩足之間有足夠的距離，則兩伸出臂的距離為 37所示 （ 3） 電機軸與連桿的動力輸入軸能夠緊密配合 在材料的選擇上。舵機機輸出軸配合孔采用線切割加工，可以保證緊密配合。該六足機器人通過曲柄搖桿機構(gòu)將電機驅(qū)動力轉(zhuǎn)換為步行腿向上的擺動，在小腿上安裝有壓力傳感器，并在小腿上安裝有舵 機，舵機接受壓力傳感器傳來的信號，驅(qū)動舵機工作，使小腿開始擺動， 實現(xiàn)機器人前行。左側(cè)電機停止驅(qū)動，使左側(cè)步行腿停止擺腿運動，而右側(cè)的電機繼續(xù)驅(qū)動右側(cè)步行腿擺動，并以左側(cè)停止擺動的步行腿為支點實現(xiàn)向左轉(zhuǎn)彎功能。 當(dāng)兩側(cè)一舵機正轉(zhuǎn)，另一個反轉(zhuǎn)時，機體兩側(cè)對應(yīng)的步行腿做相逆的旋轉(zhuǎn)擺動運動，可實現(xiàn)機體原地轉(zhuǎn)彎掉頭的功能。直流電機，減速齒輪，電位計以及 控制電路是舵機的重要組成部分，驅(qū)動信號利用的是脈沖，轉(zhuǎn)角和其寬度之間是線性關(guān)系，為了使電機能向各個方向運動就要保持舵機的初始位置時候為 90 度，這樣就可以控制腿部的前進(jìn)和后退 。 13 屆國際機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)課程設(shè)計（論文） 23 圖 310 舵機標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu) 舵機內(nèi)部的電機與線路靠電源線和地線維持，電壓的大小大約為 5V，當(dāng)輸入可調(diào)的周期性信號（方波脈沖）是，舵機的轉(zhuǎn)角就會和信號相關(guān)聯(lián)，同時變大變小。（當(dāng)然隨著 FPGA 成本高，模擬電路，實現(xiàn)電路復(fù)雜，不適合輸出）舵機的控制器常常都用單片機。 輸出轉(zhuǎn)軸 電源線 Vcc 地線 GND 控制線 作者：寧輕，夏麗萍，趙晨光，陳森，周義恒 論文題目：六足是機器人的行走機構(gòu)設(shè)計 24 六足機器人主體設(shè)計 用三維軟件 CATIA 畫出 總設(shè)計圖如下 : 機身 通過大多數(shù)的昆蟲的外形觀察，可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的生物機體大小類似于一個橢圓，通過查閱一些資料可以發(fā)現(xiàn)采用近似菱形的機體的多足機器人可以減少腿部之間的碰撞，另一方面還使機體更加的穩(wěn)定，因此仿生六足機器人機體采用六邊形框架結(jié)構(gòu)，機體的材料選擇鋁合金以減輕機器人重量 。 本文采用曲柄搖桿機構(gòu)實現(xiàn)其直線行走和轉(zhuǎn)彎功能的。所以對承載能力有著限制。當(dāng)然了在腳的中間要挖了一塊來放傳感器，能更好的傳遞外界的壓力，反應(yīng)環(huán)境的特點。 小腿 為了簡化舵 機架在小腿的作用所以把舵機架簡化到小腿上去，小腿的作用一方面來連接腳，另一個就是來安裝固定住膝蓋部分的舵機，從而使其更好的轉(zhuǎn)動，小腿的基本尺寸如圖 314 所示 圖 314 小腿 13 屆國際機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)課程設(shè)計（論文） 27 圖 315 小腿尺寸圖 為了減輕他的重量所以采用鋁合金制作，和舵機相連接部分是采用螺栓連接。大腿的設(shè)計圖主要如下圖 316：通過兩段弧連接兩個圓使其成為大腿。 圖 316 大腿 圖 317 大腿尺寸腿 作者：寧輕，夏麗萍，趙晨光，陳森，周義恒 論文題目：六足是機器人的行走機構(gòu)設(shè)計 28 第四章 總結(jié) 通過這次機械原理課程設(shè)計，綜合運用了機械原理及其他課程的理論知識。在本次機械原理的課程設(shè)計訓(xùn)練中鞏固學(xué)習(xí)了 機械原理設(shè)計基礎(chǔ)、 CAD 二維 制圖軟件 和 CATIA 三維軟件 ，也學(xué)會了怎樣從前人設(shè)計中取得經(jīng)驗以及處理數(shù)據(jù)的能力。將理論和實踐完美的結(jié)合在了一起，使我們更深刻的理解了我們的專業(yè)知識。在設(shè)計過程中我們遇到了很多困難和挫折但經(jīng)過努力以及我們不畏困難，不拋棄，不抱怨等都是我們學(xué)到的精神品質(zhì)。面對茫然不知所措的問題時要冷靜，耐心對待。在設(shè)計過程中培養(yǎng)了我們的自學(xué)能力，這是我們步入社會所必備的素質(zhì)。這種團(tuán)隊意識使我們步入社會必備的技能，這對我們即將步入社會的大學(xué)生有著重大意義。所以我希望我們能有相對更充足的時間，先在老師的指導(dǎo)下自 學(xué)相關(guān)理論文獻(xiàn)，鍛煉我們在短時間內(nèi)的學(xué)習(xí)能力。 13 屆國際機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)課程設(shè)計（論文） 29 參考文獻(xiàn) [1]陳國定，機械設(shè)計基礎(chǔ) ［ M］ ，北京 ： 機械工業(yè)出版社 ， 2021. 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