机械毕业设计（论文）-四足步行机器人腿机构设计全套图纸

1、基于SolidWorks四足步行机器人腿机构设计学生姓名：指导教师：所在学院：工程学院专 业：机械设计制造及其自动化中国大庆2009 年 5 月- 1 -黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）摘 要本文介绍了国内外四足步行机器人的发展状况和三维制图软件SolidWorks的应用，着重分析了设计思想并对行走方式进行了设计并在此软件基础上四足步行机器人腿进行了绘制，对已绘制的零部件进行了装配和三维展示。展示了SolidWorks强大的三维制图和分析功能。同时结合模仿四足动物形态展示出了本次设计。对设计的四足行走机器人腿进行了详细的分析与总结得出了该机构的优缺点。本文对四足机器人腿的单腿结构分析比较详细，并结合三维进行理性的理解。关键词：SolidWorks；四足步行机器人腿全套图纸，加153893706AbstractIn this paper, fouth inside and outside the two-legged walking robot and the development of three-dimensional mapping of the application of

2、SolidWorks software, focused on an analysis of design concepts and approach to the design of walking and the basis of this software quadruped walking robot legs have been drawn on components have been drawn to the assembly and three-dimensional display. SolidWorks demonstrated a strong three-dimensional mapping and analysis functions. At the same time, combined with four-legged animal patterns to imitate the design show. The design of four-legged walking robot legs to carry out a detailed analys

3、is and arrive at a summary of the advantages and disadvantages of the institution. In this paper, four single-legged robot more detailed structural analysis, combined with a rational understanding of three-dimensional. Keywords: SolidWorks; four-legged walking robot目 录摘 要IAbstractII前 言IV1 绪论11.1步行机器人的概述11.2步行机器人研发现状11.3 存在的问题62四足机器人腿的研究72.1腿的对比分析72.1.1开环关节连杆机构72.1.2、闭环平面四杆机构92.2腿的选择与设计112.2.1腿的配置形式112.2.2腿的步态选择与分析122.3腿的设计142.3.1腿的机构分析152.3.2支撑与摆动组合协调控制器202.4 单条腿尺寸优化232.4.1数学建模232.4.2运动特征的分析252.

4、5机器人腿足端的轨迹和运动分析262.5.1机器人腿足端的轨迹分析262.5.2机器人腿足端的运动分析283. 机体设计303.1机体设计303.1.1机体外壳设计303.1.2、传动系统设计303.2利用Solid Works进行腿及整个机构辅助设计344.结论354.1论文完成的主要工作354.2结论35参考文献36致 谢37前 言机器人的研发和使用现已经成为世界各国的重要科研项目，用它来代替人的操作项目或帮助残疾人完成自己不能完成的项目活动。在工业，手工业，重工业等方面机器人的辅助功能尤为突出，大大提高了工作效率，节省开支。其中，以行走机构较为常见，比如哈尔滨工业大学自主研发的四足机器人来踢足球，几个机器人在小场地上模拟人的足球比赛规则来进行比赛，看来显得妙趣横生。对其在世界发展角度来讲，中国的机器人发展水平还处于中游水平，但尤为强调的是哈尔滨工业大学，中国中航二集团自主研发的二足，四足及多足机器人都在中国的机器人发展过程中起到极大的积极作用，在工业，航天业更涉及到大众娱乐，发展前景都非常好。本设计既对四足步行机器人腿进行机构分析设计，我也对此机构的机体在参仿之外做了一系列改进，

5、以及绘制三维图等方面工作。I1 绪论1.1步行机器人的概述 机器人的研发和使用现已经成为世界各国的重要科研项目，用它来代替人的操作项目或帮助残疾人完成自己不能完成的项目活动。在工业，手工业，重工业等方面机器人的辅助功能尤为突出，大大提高了工作效率，节省开支。其中，以行走机构较为常见，比如哈尔滨工业大学自主研发的四足机器人来踢足球，几个机器人在小场地上模拟人的足球比赛规则来进行比赛，看来显得妙趣横生。步行机器人是一门集仿生学、机械学及控制工程学等多学科融合交汇的综合性的学科，不仅涉及到线性、非线性、基于多种传感器信息控制以及实时控制技术，而且还囊括了复杂机电系统的建模、数字仿真技术及混合系统的控制研究等方面的要求。步行是入与大多数动物所具有的移动方式，是种高度自动化的运动。对于环境具有很强的适应性，相对于轮式、履带式及蠕动式移动方式而言，具有更广阔的应用前景。我们从事步行机器人的研究工作，并不是为了追求对复杂系统的研究，而是因为步行机器人的确具有广泛的应用前景，例如在取代危险环境下人类的工作、工厂的维护和不平整地面的货物搬运以及灾害救助等方面。另外，随着社会老龄化程度的不断加深，在护理老

6、人、康复医学以及在一般家庭的家政服务等方面步行机器人也将得到应用。 1.2步行机器人研发现状上世纪70年代，由于生物学、控制理论和电子技术的发展，人们开始对类人行走进行系统的研究，和村洋、高滨逸郎等人从生理学角度来分析人类的行走，期望对临床应用、假肢设计提供资料。Vukobratovi等人从模拟人的双足步行机械出发，对步行机器人的数学模型、控制算法和步行稳定性、能量分析等问题进行了研究，特别是他所提出的零力矩点(ZMP)概念已经被广泛地应用在腿式机器人的控制中。真正从工程角度对步行机器人进行研究并首次获得成功的是早稻田大学的IKat教授等人，他们于1972年推出了WL5双足步行机器入可以实现步幅为20cm，每步约45秒的静态行走。实验室的成功推动了步行控制技术的飞速发展。近三十年来，步行机器人技术得到飞速的发展。从最初的静态行走只能在平面上行走发展到拟动态行走、动态行走、斜坡上的行走甚至实现跑步。动态行走是步行机器人提高行走速度和研究的必然发展方向。如图1-1所示为通用电气公司的R.S.Mosher和美国陆军的R.A.Liston一起设计开发的四足步行车“Walking Truck”。

7、具有230千克运输能力、乘坐一名驾驶员、高度3.7米 、质量1360千克的步行机械系统。该步行车的四个指令杆跟随驾驶员的手和脚动作的液压驱动随动系统，并安装在驾驶员手臂和脚上的位置传感器检测他的动作，液压伺服马达驱动四只脚做相同的动作，该机装有力反馈机构，驾驶员坐在驾驶室里就能够凭感觉知道作用在机械脚上的力是多少。虽然操作费力，但实现了爬越障碍，因而被视为现代行走机构发展史上的一个里程碑。图1-1 四足步行车如图1-2所示为世界上第一台四足步行机构机器人KUMO17，它被制造于1976年，其特点是：能够实现在不平地面上稳定步行运动，能够越过地面上较小的障碍物而不接触；能够实现全方位的步行运动而不会出现打滑或者损坏地面的结构；该步行机器人能够成为一个稳定的工作平台，利用腿的自由度执行操作任务。图1-2第一台采用四足步行机构的机器人KUMO自20世纪80年代以来，采用行走机构的机器人技术得到了快速的发展，国外的发展领先于国内，国外己研制出一定数量的四足机器人样机少量投入了使用，以下从几个典型的四足行走机构机器人来阐述国外四足行走机构机器人的研究现状。2004年美国军方发布的“小狗”机器人开

8、展运动学习的研究，科学家应用“小狗”来探索机器学习、运动控制、环境感知和不确定地形运动之间的基本关系。2009年5月美军又研制出了利用在军事上的“大狗”，如图1-3所示，这个四足机器人由波士顿动力学工程公司（Boston Dynamics）专门为美国军队研究设计。这种机器狗人能够在战场上发挥非常重要的作用：在交通不便的地区为士兵运送弹药、食物和其他物品。它不但能够行走和奔跑，而且还可跨越一定高度的障碍物。该机器人的动力来自一部带有液压系统的汽油发动机。 图1-3 四足机器人狗加拿大的McGill大学机器人研究室（Ambulatory Robotics Laboratory）研制了Scout-四足步行机器人（见图1-3），结构简单，每条腿只有一个主动转动关节，然而值得注意的是，在每只腿的臀部都装有一个激励源，使得机器人站立时臀部也能有连续的速度。受人和动物步行时使用很少能量摆动小腿的启示，设计者将膝关节设计为被动自由度，依靠上下腿动态耦合实现角度控制。另外，他们设计了一种新型的动态步行步态没有滑翔阶段的动步跳，成功实现了Scout-四足步行机器人在不依靠反馈补偿的控制条件下稳定动步行。加

9、拿大McGill大学的步行机器人实验室(Ambulatory Robotics Laboratory)研制的Scout系列步行机器人,如图1-4所示。该机器人的一个最大的特点就是其步行机构相当简单，每条腿只有一个自由度，能够实现步行、转弯以及跨越90mm的台阶，但可靠性较差，后来对Scout机器人做了一些改进，将步行机构的关节改为被动关节，大大提高了其步行可靠性。图1-4 Scout系列四足步行机器人除了世界各地的研究机构和高效实验室研制的用于科学实验的四足机器人之外，人们还出于商业目的，开发了多种四足步行机器人。最为典型的是Lynxmotion公司推出的四足步行机器人，如图1-5所示，该机器人每条腿，采用平面四杆缩放机构，具有二个自由度，机器人能前向、后腿，左转和右转，并预留有55%的记忆体可供客户做进一步的机器人实验和开发利用。图1-5Lynxmotion的四足步行机器人国内具有代表性的采用四足机构的机器人主要包括:如图1-6所示为上海交通大学所研制的二种四足步行机器人，（a）所示的四足步行机器人为采用平面四杆机构作为其步行机构，可以实现跨越障碍，沟槽，上下台阶及通过高低不平的地面有一定识别及步态调整能力；（b）所示的四足步行机器人JTUWM-H也是由上海交通大学研制的关节式哺乳动物型步行机器人。机器人的长、宽、高分别为81厘米、75厘米、30厘米，重37.5千克，腿为开式链关节型结构，膝关节为一纵摇自由度，髋关节为纵摇和横摇两个自由度，各自由度由直流电机经谐波齿轮驱动，用电位器、测速电机作为位置和速度传感器，脚底为直径12厘米的圆盘，是一个被动的纵摇自由度。该机器人为足式机器人的经典结构，

《机械毕业设计（论文）-四足步行机器人腿机构设计全套图纸》由会员大米分享，可在线阅读，更多相关《机械毕业设计（论文）-四足步行机器人腿机构设计全套图纸》请在金锄头文库上搜索。