轮腿结构尺寸归纳.docx

1 六足仿生步行机器人足端工作空间和灵活度研究 当对上述六足步行机器人模型进行腿节比例关系优化求解时,建立 D）H 坐标系如图 6 所示,将各关节转角范围限定为-肿*门h y（｝, *门亍并设置基节比例、股节比例两个变量,再将最大位移量和最大角位移量设置为优化目标,然而调 用仿真软件自动进行一定一次数的计算,即能够确定腿节比例与灵话度的关系,计算结果如图(Xq.Yq.Zq)2 六足仿生机器人单腿结构设计及其柔顺控制研究基节长⑷用）66.3股节长（加宛）124.3胫节长（加宛）130.5m腿总、长（駅初）321」胫节是六足机器人腿部的末端，是机器人与地面的接触部分目前大多数机器人的腿都 采用刚性结构，行走时机器人与地面接触，支撑力会对机器人产生冲击，影响机器人的稳定 性反观自然界，动物行走过程非常稳定，弹性的腿部结构使他们能够对地面的冲击力进行 缓冲，此外遇到障碍，他们的脚底能够做出反射，使它们能够快速适应恶劣的地面，以维持 行走时身体的稳定性目前机器人腿部的柔顺控制已经逐渐成为了研究的热点，如何能够更好的模拟动物的腿部柔 顺反射也成为了集中探讨的问题针对这个问题，本课题研究的六足机器人的腿部结构采用 被动柔顺和主动柔顺相结合的控制方法。

被动柔顺机构采用一个弹簧机构，如图 2-6 所示 胫节连接件 1 与胫关节连接，胫节连接件 2 连接足端三维力传感器弹性体在胫节连接件 1 和 2 之间安装了 1 个弹簧，胫节连接件 2 可以沿着胫节连接件 1 的内壁滑动，滑动范 围3mm,也就是弹簧的弹性变形量，弹簧刚度系数3300N/mm,因此足端可以在腿触地时, 进行缓冲最大缓冲力小于足端与地面的接触力，因此弹簧在达到最大形变量后，被动柔顺 机构失去作用，此时主动柔顺机构通过采集足端力来实现腿部的主动柔顺控制定位销限制 了胫节连接件 1 和 2 之间的相对转动LIO图2-6胫节被动柔顺机构图蠶辛弹簧定位销弹性体胫节连 接件2-$影响机器人单腿工作空间主要有以下几个因素：各关节转角和构件之间的干涉［35］各关节转角主要受构件干涉的影响，因此在分析时只需要考虑各关节的转动范围即可在仿真分析 中，基关节绕躯体转动的转角范围为［ -4 5 , +4 5］，股关节绕基节 转 动 的 转 角 范 围 为 ［- 30 , +30］ ， 胫 关 节 绕 躯 体 转 动 的 转 角 范 围 为［- 120 , +120 ］根据运动学求得的坐标转换矩阵，在 MATLAB 中求解腿部的运动空间，分别如图 3-2 至图 3-4 所示：200150——-150h --K-mm200-2000100r --X/mm图3-3运动空间在XOZ平面内的投影100图3-4运动空间在YOZ平面内的投影-300 -200 -100 0 100 200 300Y/m nn3 仿马四足机器人机构分析与步态研究当 l2=560mm 且 l3=380mm 时，四足机器人在单位移动距离所消耗的能量 P 取最小值， 此时四足机器人的移动效率最高。

因此，当机体长度d =800mm,宽度w=520mm时，设定 腿部的各联接杆的长度为 1=0 ， 2=560mm， 3=380mm0 2.7四足机器人右前脚结构图图2.11小型四足机器人的腿部结构4昆虫型仿生机器人的研究与设计建立如下图2-1所示的坐标系，第一关节为髓关节，在山点围绕Z轴旋转, 髓关节的旋转半径设为1」；第一个驱动关节为大腿关节，在A点围绕看与大小 腿运动半面所匝S的轴旋转，大腿杆E为L2； M-个騎动关IJ为小腿关节，在B 点围绕1 j大小腿运动平面垂言的轴转动*小腿杆民度为L3閣2 2卄辟式眼机樹阳阮慕播型(h)机器人的腿部结构简化图六足机器人有六个相同的腿，沿身体对称排列'每边三亍.机器人总长 200iiinit J达最大高度为120nmo每条腿冇二个口山度*因此机器人冇込个白山 度’其中每个小方块代表一个舵机°懺灭节摆动半径h 35m,大腿长度为旳mm, 小腿半径为伽叭 如图 I (b)所示每个关节的角度范围是6Jy e(-p|)f5 多足仿生机械蟹步态仿真及样机研制图2.10单个步行足结构示意图图2.11单个步行足结构立体图部件结构参数数 值足部长度(mm)106质量(kg)0.12小腿长度(mm)436质量(kg)0.85大腿长度(mm)567质量(kg)1.15串联机构长度(mm)472质量(kg)135并联机构尺寸(mm)290x413质量(kg)2.75表2.2四足步行机器人结构参数最终设计步行足各关节转角范围为 髏关节：-45° < ^ < 445s 膝关节：一□亍亍 胫关节：一 135飞$至+13亍6 复杂环境下作业四足式机器人外形结构设计研究总体尺寸为 11oommx7oommx965mm腿部连杆模块的设计,主要考虑它的结构强度!变形!易与驱动器连接等问题,本文设计了两种 结构,一种是圆筒式腿部结构,一种是夹板式腿部结构。

圆筒式腿部结构作为腿或小腿的一个 整体,具有较高的结构强度和刚度,不易发生变形,但不易与驱动器连接,从而增大了连接件设 计的复杂度,在虚拟装配及运动仿真的过程中,易与驱动器发生干涉"夹板式腿部结构采用板 式结构,在增大壁厚保证强度的情况下,易与驱动器连接;#在转动关节处,将轴承直接安装在夹 板内,减少了轴承座!端盖的设计,合理的利用了资源,并可将驱动器置于两夹板之间,不易发生 干涉4.5腿部连杆模块结构图(a)圆筒式(b)夹板式大腿和小腿各分两段,大小腿的各段夹板垂直交叉对称布置,通过螺栓连接固定"各段夹板 可互换,夹板上可内嵌轴承,各连接轴安置在大腿与小腿的夹板之间,通过轴承实现铰接,大腿! 小腿和驱动器通过连接轴来实现轴接。