【正文】 ,一面在小型直流驅(qū)動電機和皮帶傳動機構的作用下驅(qū)動機器人本體 ,使機器人機體向前運動一個半步長 S,見圖 2— 5c。使機器人的重心位置處于 6 三條支撐腿所構成的三角形穩(wěn)定區(qū)內(nèi) ,原來的支撐腿 5 已抬起并準備向前跨步 ,見圖 2— 5d 擺動腿 5 向前跨步 ,見圖 2— 5e,支撐腿 6 此時一面支撐機器人本體 ,一面驅(qū)動機器人機體使機器人機體向前運動一個步長 S,見圖 2— 5f,如此不斷重復步態(tài) abcdefa,循環(huán)往復實現(xiàn)機器人不斷向前運動。例如當希望機器人向左轉(zhuǎn)向時 ,機器人右側(cè) 3 支腳運動狀態(tài)保持不變 ,左側(cè) 3 支腳的運動完全逆向 ,但是運動速度與運動相位差保持不變。 六足行走運動平臺結構設計 15 六足機器人的結構 設計 軀干縱向長 214mm，寬 240mm，站立時 高 110mm。后兩個自由度采用四連桿方式傳動。 圖 2— 6 六足機器人機構 對于每條腿，按照由軀干到足端的順序，三個自由度的傳動方式如下： 第一個自由度，由舵機直接帶動轉(zhuǎn)節(jié)前后擺動，從而使整條腿前后擺動。 第三個自由度，由舵機通過四桿機構 A1B1C1D1和 D1E1F1G，帶動脛節(jié) GH 上下擺動，其機械結構如圖 2– 8 a)所示。 機器人腿部完整的機構簡圖如圖 2– 9 所示。 圖 2— 7 股節(jié)機構 六足行走運動平臺結構設計 16 圖 2— 8 脛節(jié)機構 圖 2— 9 腿部完整機構 腿部機構可以等效成三自由度的開式桿機構，即圖 OO1－ D1－ G－ H，即圖 2– 9 中實線部分所示。 六足行走運動平臺結構設計 17 舵機的選擇 舵機 概述 舵機主要是由外殼、電路板、核心馬達、齒輪與位置檢測器所構成。位置檢測器其實就是可變電阻，當舵機轉(zhuǎn)動時電阻值也會隨之改變，藉由檢測電阻值便可知轉(zhuǎn)動的角度。依據(jù)物理學原理，物體的轉(zhuǎn)動慣量與質(zhì)量成正比，因此要轉(zhuǎn)動質(zhì)量愈大的物體，所需的作用力也愈大。 圖 2— 10 S3101 尺寸參數(shù) 六足行走運動平臺結構設計 18 腿部機構運動學分析 D－ H 坐標系的建立 對圖 2– 9 中實線部分的機構建立 DH 坐標系，如圖 2– 11 所示。根據(jù)圖 2– 5 的坐標系可以由 、 和 得到如式所示齊次坐標變換矩陣： 六足行走運動平臺結構設計 19 運動學逆解 在六足 機器人足端與地面不發(fā)生滑動摩擦的情況下，足端與地面的接觸點相當于一個球鉸鏈，而對于每條腿有 3 個自由度的多足機器人，當與地面接觸的支撐腿大于等于 3 個時，其軀干具有完全的 6 個 自由度（位置、姿態(tài)完全自由）。由此方程組可以解得各個關節(jié)的轉(zhuǎn)角如 下 式： 六足行走運動平臺結構設計 20 上述等 式 中 ， 。根據(jù)求得的解析解，結合轉(zhuǎn)角的取值范圍，即可唯一確定 的值 ，從而確定了圖 2– 11 中實線部分機構的關節(jié)轉(zhuǎn)角。這樣，對應每個末端位置，其運動學逆解是唯一的。 Solidworks 軟件介紹 相比傳統(tǒng)的 2D 繪圖，三維實體造型不僅可以提供幾何拓撲信息，而且可包 含模型的材料、質(zhì)量、質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動慣量等物理信息，因此三維實體造型件己經(jīng)成為現(xiàn)代設計師鐘愛的使用工具。相比其它造型軟件， Solidworks 價格低廉，易學易用，并且支持 Iges， Parasolid， Step， Dxf， Dwf 等數(shù)據(jù)傳輸標準，這樣保證了跟其它 CAD/CAE軟件比如 Ansys， ADAMS， Pro/e， Ideas 等軟件之間進行數(shù)據(jù)傳遞。使用這套簡單易學的工具，機械設計工程師能快速、方便地按照其設計思想繪制出草圖及三維實體模型 。根據(jù)各零件間的相互裝配關系，可快速實現(xiàn)零部件的裝配，完成總體設計任務。 Solidworks 功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新是 SolidWorks 的三大特點，使得 SolidWorks 成為領先的、主流的三維 CAD 解決方案。 SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。共采用18 個舵機 。當然，由于采用三角步態(tài)運動， 3 個腿的運動相同， 可以采用 2 個舵機控制 6 條腿的跨腿動作，所以可以節(jié)省 4 個舵機。 六足行走運動平臺結構設計 23 三維圖 3— 2 FGH 腿部機構 圖 底部采用半圓頭， 適應性強，較易地跨過比較大的障礙（如溝、坎等） 。 六足行走運動平臺結構設計 24 3— 4 脛節(jié)裝配體 圖 由舵機通過四桿機構 A1B1C1D1和 D1E1F1G，帶動脛節(jié) GH 擺動 ，實現(xiàn)左右搖擺運動。 第二個自由度，由舵機通過一個四桿機構 A2B2C2D2，帶動股節(jié) D2G 上下擺動， 六足行走運動平臺結構設計 25 第三個自由度，由舵機通過四桿機構 A1B1C1D1和 D1E1F1G，帶動脛節(jié) GH 擺動 ，實現(xiàn)左右搖擺運動。三個自由度的原動件分別為軸 OO桿 A2B2和桿 A1B1，它們都是由舵機直接驅(qū)動。 六足行走運動平臺結構設計 26 3— 7 固定架 圖 用于 連接軀體和腿部 ，由于結構的復雜性，因此多處需要焊接來實現(xiàn)。 六足行走運動平臺結構設計 27 3— 9 三維組裝圖 六足行走運動平臺結構設計 28 第 四 章 總結與展望 總結 多足行走機器人，具有運動穩(wěn)定好，適應性強，控制方便的優(yōu)點。 在此次設計的過程中，培養(yǎng)了我的綜合運用所學知識的能力，分析和解決實際中所遇到問題的能力，并且能鞏固和深化我所學的專業(yè)知識，使我在調(diào)查研究和收集資料等方面的能力有了顯著的提高，同時在理解 問題，分析問題、設計機構 和繪圖能力方面有較大的進步。步行機器人的運動學和動力學作為運動控制和其他功能的基礎必然在其以后的研究中起到越來越重要的作用。 (2)步行機 的能量消耗方面，目前的步行機器人運動時消耗的能量遠遠大于動物做同樣的運動所消耗的能量，這就限制的步行機的應用，造成這種情況的主要原因是為實現(xiàn)規(guī)劃的步態(tài)在整個運動過程中具有需要通過驅(qū)動元件對關節(jié)做負功的情況，被動步行機的研究已在這一方面取得了一定的成果。進一步深入研究功能、控制和群體仿生 ,提高步行機器人的速度和靈活性 ,充分實現(xiàn)多足步行機器人的優(yōu)點 ,是今后研究步行機器人的重點之一。丹尼斯等 .機器人設計與控制 [M].北京 :科學出版社， 2021 【 6】 趙杰等 .應用于六足機器人平臺的舵機控制器設計 [J].機械與電子， 2021（ 9） :48~51 【 7】 王倩 陳甫 臧希喆 趙杰 .新型六足機器人機構與控制系統(tǒng)設計 .哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所，哈爾濱 150001 【 8】 曾桂英，劉少軍 .六足步行機器人的設計研究 .中南大學機電工程學院 , 長沙410083 【 9】 陳學東 .多足步行機器人運動規(guī)劃與控制 [M ].中科技大學出版社 , 2021121. 【 10】 徐軼群 ,萬隆君 .四足步行機器人腿機構及其穩(wěn)定性步態(tài)控制 [D].廈門集美大學 .202108 【 11】 王新杰，黃濤，陳鹿明 .四足步行機器人爬行步態(tài)的計算機仿真 [D].鄭 州 .202104 【 12】 郭鴻勛，陳學東 . 六足步行機器人機械系統(tǒng) [D].武漢：華中科技大學 .202104 【 13】 安麗橋，朱磊 .六腳足式步行機器人的設計與制作 [D].上海：上海交通大學 . 202102 【 14】 劉靜，趙曉光，譚民 .腿式機器人的研究綜述 [J].中國科學院自動化研究所復雜系統(tǒng)與智能科學實驗室 ,北京 100080 【 15】 馬東興，王延華，岳林 .新型四足機器人步態(tài)仿真與實現(xiàn) [J].南京航空航天大學機電學院，江蘇南京， 210016. 六足行走運動平臺結構設計 30 致 謝 畢業(yè)意味著一個人一個階段學習生涯的結束。從大一到現(xiàn)在四年的學習四年的磨煉，在此刻沉淀成一篇畢業(yè)論文。從 飛思卡爾到 論文課題的研究到論文的撰寫，他都給予了大量的幫助和關心。 非常感謝 曾給予我耐心指導和親切關懷的老師及幫助我的同學 ，正是由于他們的幫助和鼓勵才使我能夠在畢業(yè)設計過程中克服種種困難，最終順利完成設計。 再感謝大學四年的班主任田寶香老師給予我們班級無微不至的關懷，謝謝，謝謝， 衷心的感謝各位老師！ 最后我還要感謝我的家人和朋友在本科 階段給我的物質(zhì)上的幫助和精神上的鼓勵和