微小型步行四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）微小型步行四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究學(xué)號(hào)：姓名：專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng) 化系另ij:機(jī)械工程系指導(dǎo)教師：xxx講師xxx副教授二o五年四月摘要對(duì)于很多特殊地方，像危險(xiǎn)性很大或我們難以到達(dá)的，比如拆除炸彈，未知 探測(cè)等相應(yīng)領(lǐng)域，對(duì)以上危險(xiǎn)狀況深入探尋通常需要機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)。微小型步行 機(jī)器人是機(jī)器人的一個(gè)重要分支，步行機(jī)器人與超過(guò)六英尺，八條腿的機(jī)器人相 比，由于承載能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，所以，全球大批研究者， 開(kāi)始晉遍重視它。本文主耍以四桿機(jī)構(gòu)作為主耍執(zhí)行元件來(lái)設(shè)計(jì)微小型步行四桿機(jī)構(gòu)的整體方 案。其原理為對(duì)角線同步，腿的活動(dòng)由曲柄搖桿結(jié)構(gòu)傳遞，左右前腿動(dòng)作同等， 它

2、詳細(xì)表現(xiàn)了連桿的弧線特點(diǎn)，當(dāng)直線段為對(duì)等弧線運(yùn)動(dòng)軌跡吋，機(jī)器人就在地 上固定不動(dòng)，當(dāng)對(duì)角曲線的運(yùn)動(dòng)軌跡是斜斜線段時(shí)，機(jī)器人就做步行運(yùn)動(dòng)。該機(jī) 器人主要由直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而通過(guò)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)同步帶輪腿的動(dòng)作。關(guān)鍵詞：微小型步行機(jī)器人；結(jié)構(gòu)；四桿機(jī)構(gòu)；曲柄搖桿abstractfor a lot of special places, like the risk is very big, or we are difficult to reach，such as disarm bombs，unknown corresponding domains such as detection，probing

3、 deep of more dangerous situation usually need to implement the robot.its a main part of robot for micro pedipulator，walking robots and more than six feet，compared to the eight legged robot, because of strong bearing capacity, good stability，which the meritss is simple construction，so, a large numbe

4、r of researchers around the world, start generally attach importance.this paper mainly to the four bar mechanism as the main execution elements to design of micro walking the whole scheme of the four bar mechanism. its principle is diagonal synchronization，leg activity by the structure of the crank

5、rocker，front leg movements around the same, it detailed performance curve characteristics of the connecting rod,when the curve trajectory diagonal straight line segment，the robot is stationary，the motion trajectory when the diagonal curve is slanting line do the walking motion, robot. the miniature

6、walking robot is mainly driven by dc servo motor, so as to drive the leg action driven synchronous belt wheel by a crank and rocker mechanism. key word: micro walking robot； construction； four-bar linkage； crank-rocker目錄摘®iabstractiia錄nii緒論i_1.1課題來(lái)歷與研宄的0的以及意義21.2發(fā)展概況41.2.1國(guó)內(nèi)的發(fā)展概況51.2.2國(guó)外的發(fā)展概況71

7、.3木課題研究的內(nèi)容92微小型步行四桿機(jī)構(gòu)總體方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)122.1微小型步行四桿機(jī)構(gòu)的總體方案圖122.1.1方案的比較142.1.2方案的確定143四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)183.1基礎(chǔ)理論知識(shí)203.1.1曲柄存在的條件203.1.2急回運(yùn)動(dòng)特性和行程運(yùn)動(dòng)速比k的關(guān)系203.1.3壓力角和傳動(dòng)角204機(jī)械傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算2丄4.1選擇直流伺服電機(jī)214.2同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算224.3研究計(jì)算軸2324g!： i射25參考文獻(xiàn)26隱一32 37附錄二1緒論從廣闊的視野、各種各樣的活動(dòng)，還有和學(xué)術(shù)報(bào)告、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以及另外 別的角度的的詳細(xì)內(nèi)容，我們得到了包含定位、性質(zhì)以及應(yīng)用的機(jī)器人的大 環(huán)境。機(jī)器人

8、己發(fā)展到注重提高生產(chǎn)效率，成品質(zhì)量穩(wěn)定性和提升人類無(wú)法 輕松靠近本地操作。最近，超過(guò)10000000000元的市場(chǎng)已經(jīng)建立了機(jī)器人的 商業(yè)用途，像清潔機(jī)器人，它的應(yīng)用已經(jīng)滲透到醫(yī)療福利，農(nóng)業(yè)，等。對(duì)抗 震救災(zāi)中的應(yīng)用和護(hù)理的期望，福利特別高，和出色的機(jī)器人技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn) 創(chuàng)建一個(gè)新的市場(chǎng)，也為保護(hù)世界環(huán)境的一個(gè)非常重要的貢獻(xiàn)。在一個(gè)國(guó)家 或地區(qū)冇機(jī)器人具冇普遍偏向的方式。今后，會(huì)更加流行正在蓬勃發(fā)展的機(jī) 器人。omg w標(biāo)早就認(rèn)可中介范例，iso資質(zhì)也授與了能幫人平時(shí)活動(dòng)的 機(jī)器人。即使在虛擬場(chǎng)景中的活動(dòng)，這是越來(lái)越多的機(jī)器人的使用。根據(jù)機(jī) 器人技術(shù)應(yīng)用在通訊，家電，汽車，醫(yī)療設(shè)備和其他，機(jī)器人

9、己被廣泛認(rèn)可。 它是一種動(dòng)力，看來(lái)像它會(huì)導(dǎo)致一個(gè)新的行業(yè)。機(jī)器人研發(fā)情況固然都在被 上述所整理，然而這些仍然是顯示出要把機(jī)器人推向消費(fèi)者。歐美等發(fā)達(dá)國(guó) 家成立冇相應(yīng)計(jì)劃，本國(guó)也需求更好的戰(zhàn)略，方能維持積極地冇力發(fā)展。新 服務(wù)機(jī)器人對(duì)于市場(chǎng)具有應(yīng)用性很強(qiáng)的領(lǐng)域，比如孜孜不倦的創(chuàng)新產(chǎn)品、醫(yī) 療項(xiàng)目、相關(guān)福利以及防不勝防的自然性或人為性災(zāi)難。在另一方面，雖然 產(chǎn)自口本的工業(yè)機(jī)器人依然是行業(yè)里最好的，但其他國(guó)家都在奮起直追。在 關(guān)于實(shí)際使用中，美國(guó)提出了很多觀點(diǎn)。在美國(guó)奮建立國(guó)家計(jì)劃項(xiàng)0，歐洲 也是，如horizon2020，我們的國(guó)家也需要更好的政策，才能保持健康的發(fā) 展前景。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)品強(qiáng)

10、度的可靠性得到了增強(qiáng)，有望應(yīng)用于教學(xué)，免 費(fèi)的產(chǎn)品系統(tǒng)和一些新的領(lǐng)域。只有我們創(chuàng)建的模式可十分完美地與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合在一起，才能建立一 個(gè)滿是生機(jī)的社會(huì)環(huán)境，幫助型機(jī)器人也才能服務(wù)大眾的各類活動(dòng)。如果多 個(gè)應(yīng)用程序可以為我們創(chuàng)造的，他們提供快速，安全的服務(wù)，滿足他們的需 求，將是非常愉快的。所以，我們應(yīng)該抓緊實(shí)現(xiàn)建設(shè)這樣一個(gè)好的平臺(tái)。此外，因?yàn)榻逃侨吮呐囵B(yǎng)，社會(huì)和工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域也要由它來(lái)服務(wù)。 教育以及教育系統(tǒng)以機(jī)器人為a標(biāo)的不僅得提高應(yīng)付難處的能力；他們也喜 歡傳統(tǒng)的技術(shù)，在不同的方向、在合作領(lǐng)域，但關(guān)鍵是要把機(jī)器人技術(shù)對(duì)社 會(huì)和高級(jí)人冰使用。1）實(shí)現(xiàn)的潛力2010年，國(guó)家各部委進(jìn)行詳細(xì)的

11、調(diào)查和論證后認(rèn)為：智能機(jī)器人這個(gè) 大產(chǎn)業(yè)在接下來(lái)的幾十年內(nèi)產(chǎn)值和市場(chǎng)a有率都會(huì)是井噴式的。在2013七月，在測(cè)量市場(chǎng)大小的根本上行使2010之“機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的市 場(chǎng)趨勢(shì)考査”后續(xù)。情況即中國(guó)市場(chǎng)正在急劇膨脹，然后韓國(guó)，日本和德國(guó) 都在拼命瓜分市場(chǎng)。2）工業(yè)機(jī)器人的定義和需求在日本，工業(yè)機(jī)器人從幵始普及到現(xiàn)在己然30年。工業(yè)機(jī)器人對(duì)全球 制造業(yè)發(fā)展提供了很多的幫助，像戰(zhàn)勝了網(wǎng)難的，污濁的，無(wú)法掌握的應(yīng)用 情況，供應(yīng)了優(yōu)秀的產(chǎn)品品質(zhì)，補(bǔ)充了貧乏的現(xiàn)場(chǎng)人力。能理解，在將來(lái) 數(shù)年，由于老齡化加劇，現(xiàn)場(chǎng)人力數(shù)目縮小，會(huì)發(fā)生很多的用人貧乏。因此, 產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的希冀變得更多。產(chǎn)業(yè)機(jī)器人在全新范疇的施行（像食物

12、，藥劑 以及消費(fèi)物的研發(fā)，建設(shè)以及制造范圍）亦然有很好的遠(yuǎn)景。特別是在醫(yī)學(xué) 范疇，試劑以及樣品分析前處理，可能獲得類似于高度精準(zhǔn)的技術(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 人力也能夠防止于在危急境況下作業(yè)，如病毒和細(xì)菌。另一面來(lái)說(shuō)，怎么去教依舊是產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的很大問(wèn)題。利用口令進(jìn)行示 范，必須鍛煉的非常好，方能嫻熟的操縱各式各樣產(chǎn)業(yè)機(jī)器人。在當(dāng)丁的機(jī) 器人體系里，多臂互相配合鏈接操縱的境況下，操縱要用去巨額的工夫。早 前的機(jī)器人體系愈來(lái)愈艱巨，是讓教授更易學(xué)的一個(gè)大難點(diǎn)。在將來(lái)的時(shí)間 里邊，達(dá)成不必講授成了終極的目的。更由于這樣，智能的機(jī)器人會(huì)成為不 可或缺的。我們需求各式各類的研發(fā)成效，聯(lián)合科研院所的協(xié)助。3）機(jī)器人在

13、社會(huì)中的定義和需要由于全球都邁進(jìn)了衰老型社會(huì)，想讓老弱病殘幼在存活和環(huán)境容納屮獲 得援手。估計(jì)機(jī)器人會(huì)給以充分的反饋，好比訊號(hào)的供應(yīng)以及撐持，幫助那 些居家討生活的人，向組建社團(tuán)給以幫助，縮小休養(yǎng)之包袱，給身體功能施 以幫助，以及增加商業(yè)設(shè)施。這會(huì)能使得老人以及殘疾人覺(jué)得就是貌似孩子 們、孫子們和他們呆在一塊兒似的。歷經(jīng)實(shí)踐，這是愈來(lái)愈明朗，在以后， 服務(wù)型機(jī)器人的成長(zhǎng)會(huì)加快環(huán)境容納度，我們會(huì)使得延續(xù)康健的時(shí)期愈來(lái)愈 長(zhǎng)，用自幫自助的存在方法，有目的地工作和參與社會(huì)。所以有，它可以變 成構(gòu)建更好環(huán)境以及衰老境況乃至世界上生長(zhǎng)的能量。b）機(jī)器人服務(wù)平臺(tái)如果我們必須領(lǐng)會(huì)服務(wù)機(jī)器人體系的運(yùn)作方法，就

14、得懂得實(shí)際情況、顧 客還冇產(chǎn)品中的懸殊，包括領(lǐng)導(dǎo)大批機(jī)器人還給以幫助。不只是增添了很多 額外花費(fèi)，以及能否賺錢的疑惑。誠(chéng)然我們可以建造出來(lái)服務(wù)機(jī)器人體系， 若是服務(wù)的回報(bào)無(wú)法回本更無(wú)盈利，就更不能擴(kuò)大利用了。假如一個(gè)多服務(wù) 系統(tǒng)機(jī)器人可以建造出來(lái)，可給他人用的嶄新的幫助方式己初露鋒芒，制造 者才敢去想走到了這一步，得到的回報(bào)能否順利地抵消甚至超出用去的木 金。所以，現(xiàn)在極大的障礙是創(chuàng)造出一個(gè)體系，這體系會(huì)滲透進(jìn)幫助型機(jī)器 人的發(fā)展范疇，也更容易滲透進(jìn)it行業(yè)。4）機(jī)器人在教育中的定義和需求c）機(jī)器人在教育中的需求在口本，那樣的向來(lái)肩負(fù)著本國(guó)對(duì)外競(jìng)爭(zhēng)力的研發(fā)科技、生產(chǎn)制造人員 卻是在急劇銳減，現(xiàn)

15、在，他們加快應(yīng)對(duì)著居民衰老化，真正境況是，依托相 應(yīng)調(diào)研報(bào)告，眼下的事實(shí)卻是，日本群眾用在高端科技的精力以及會(huì)意程度 非常明顯的愈來(lái)愈少了。即使如此，機(jī)器人和機(jī)器人應(yīng)用工程課堂展示教學(xué) 也收獲了重視，是一種很好的鍛煉制造員工以及淡化對(duì)科學(xué)害怕的技術(shù)措 施。機(jī)器人活動(dòng)比賽被承辦在各式各樣的地區(qū)，傳統(tǒng)刊物也錄用了興趣者們 的作品，還有機(jī)器人知識(shí)亦然在人民里邊傳播幵來(lái)。電機(jī)把持，傳感器科學(xué)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用，機(jī)構(gòu)零部件和別的技術(shù)歸納在一 塊，是為機(jī)器人技術(shù)。于是，途徑pbl一源自困難的進(jìn)修以及同等的要領(lǐng)， 激發(fā)了察覺(jué)麻煩的本領(lǐng)以及處理的技巧，相當(dāng)順應(yīng)思維培養(yǎng)的組合，其也可 增強(qiáng)優(yōu)化多組件科技以及提升歸納體

16、系的優(yōu)點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)此方針，不妨面向基 礎(chǔ)教育的同學(xué)達(dá)成科學(xué)培養(yǎng)，使培養(yǎng)方式和手段得以普遍使用，還有方針即 是開(kāi)始于小學(xué)和初中止于科技培養(yǎng)部門工程師。d）機(jī)器人在教育中的挑戰(zhàn)說(shuō)起機(jī)器人培養(yǎng)的要求，如此3種方向在未來(lái)數(shù)年會(huì)當(dāng)作機(jī)器人培養(yǎng)的 中心。首先是對(duì)各行各業(yè)的外部人力的教導(dǎo)。比方說(shuō)，各個(gè)社區(qū)來(lái)負(fù)責(zé)踐諾 幵放向青少年的機(jī)器人培養(yǎng)行徑。全體地區(qū)的互動(dòng)方式中都有他們的身影， 比如地方廣電局以及私人單位的加入。然后就是達(dá)成社會(huì)機(jī)器人培養(yǎng)觀念的引導(dǎo)。第五科技根本設(shè)計(jì)的種種資 料己然贊同社會(huì)達(dá)成了技能的看法。末了一點(diǎn)，是關(guān)于重用高素質(zhì)的人力。2005年，日本的幾個(gè)部委在定 期工作資料中早就說(shuō)明，他的高管以及

17、技能人力的減少源自于本國(guó)的群眾衰 老在加劇。他呼吁必須善加利用那種高級(jí)人才，不要過(guò)于限制他們的歲數(shù)以 及保持工作場(chǎng)所。這成為一個(gè)極度首要的困難，對(duì)校企培養(yǎng)來(lái)講。真正尊重 知識(shí)人材是處理此困難的一個(gè)絕佳思維，針對(duì)日本眼下難處來(lái)講。我們應(yīng)該 建造渠道，傳播知識(shí)人材得到的技巧、技能和經(jīng)歷的給接下來(lái)的工程師。機(jī) 器人的培養(yǎng)愈加發(fā)展，熟練掌握每種能力的工程師己然能夠有所擔(dān)當(dāng)，接下 來(lái)具備雄厚履歷的知識(shí)人材操作起來(lái)也是十分順手了。2.2這些年來(lái)面臨的挑戰(zhàn)和建議從上面的話，機(jī)器人的應(yīng)用情況中的大量看法被歸納出來(lái)，計(jì)議了產(chǎn)業(yè) 機(jī)器人的釋義以及用途，還有機(jī)器人進(jìn)行培養(yǎng)用處，給人類帶來(lái)了巨大好處。 共同的希冀是讓

18、機(jī)器人變成如此般用途的焦點(diǎn)，穩(wěn)定性很好，物美價(jià)廉，還 可把感應(yīng)器與移動(dòng)電話接洽為一，普遍增加機(jī)器人的服務(wù)率，如此方能使老 弱病殘幼的生存容易實(shí)現(xiàn)醫(yī)療，權(quán)利福利得到完整保證，災(zāi)害虧損減到最少。由于產(chǎn)業(yè)機(jī)器人知識(shí)的能力教育和傳授技巧是拿去交給很多熟能生巧 的工人，還有品種眾多的智能化機(jī)器人，所以要強(qiáng)調(diào)可靠地，并樂(lè)意與別人 溝通的機(jī)器人技能協(xié)作。接下來(lái)，還得尋求掌控接u技能以及平臺(tái)機(jī)器人服 務(wù)打造服務(wù)型機(jī)器人，能讓其巧妙貼切的服務(wù)大眾，完成運(yùn)輸以及系統(tǒng)it 的服務(wù)成長(zhǎng)化。機(jī)器人培養(yǎng)的效力可使大眾的求知欲以及發(fā)展性得到加強(qiáng)。所以必須得 整合可靠地技能，激勵(lì)所有年齡段人的培養(yǎng)，平時(shí)實(shí)踐中的經(jīng)歷、事件加入

19、、 愛(ài)好趣味以及文明發(fā)展。要想提升機(jī)器人研究和建造的速度，就得沖出那些 很能磨練人的職責(zé)障礙，一定會(huì)更好的服務(wù)大眾。所以必須斟酌戰(zhàn)略、布局以及構(gòu)造等條件，以推動(dòng)社會(huì)發(fā)展。所以對(duì)于日常生活和野外中某些會(huì)置人于死地的地方，就像自然災(zāi)害、 戰(zhàn)亂地區(qū)以及爆破現(xiàn)場(chǎng)這些不能進(jìn)入或容易受傷的區(qū)域，機(jī)器人必須出面進(jìn) 行接觸，了解，判斷和處理。機(jī)器人系統(tǒng)憑借完美的可靠性以及簡(jiǎn)便的遙控 性，能充分貼合不同環(huán)境的耍求。是以在電動(dòng)座椅、太空研究、裝置轉(zhuǎn)移、 石油開(kāi)發(fā)、培訓(xùn)以及休閑等領(lǐng)域，發(fā)展?fàn)顩r十分之好。在機(jī)器人領(lǐng)域，全球 都在進(jìn)行多條腿的行進(jìn)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)。四足步行機(jī)器人是機(jī)器人的一個(gè)重要 分支，四足機(jī)器人與雙足步行

20、機(jī)器人相比，由于承載能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，和 超過(guò)六英尺，八英尺的步行機(jī)器人相比構(gòu)造更間接，于是全球的工程師都在 加以更高的重視。作為一個(gè)孩子，從小對(duì)機(jī)器人有很大的興趣。本次畢業(yè)設(shè) 計(jì)老師給我這個(gè)話題，讓我覺(jué)得很興夼，但也覺(jué)得真正地要設(shè)計(jì)機(jī)器人，實(shí) 際上有很多困難。因?yàn)檫@是一個(gè)專業(yè)的課題，需要精湛的專業(yè)知識(shí)作為基礎(chǔ)， 雖然知識(shí)是有限的，但我會(huì)盡我最大的努力去學(xué)習(xí)，去鉆研，努力完成這個(gè) 課題。1.1課題的來(lái)源與研究的目的和意義現(xiàn)在冇兩種類型的機(jī)器人可以到達(dá)我們難以接近或者不能接觸的復(fù)雜 環(huán)境開(kāi)展自主勘察。一個(gè)機(jī)器人是模仿多足昆蟲(chóng)的行進(jìn)軌跡，另外一個(gè)機(jī)器 人則是腳底裝上車輪依靠滾動(dòng)行走。依靠車輪滾動(dòng)機(jī)

21、器人的缺點(diǎn)是無(wú)法吻合 崎嶇不平整的路面，但模仿多足昆蟲(chóng)行進(jìn)機(jī)器人則能在上述環(huán)境里輕巧的行 使職責(zé)。所以將車輪與腿部結(jié)合為一體的機(jī)器人的未來(lái)極為明朗，像用于施 工現(xiàn)場(chǎng)、煤炭挖掘、摸清故情、事故救援、太空考察以及電力行業(yè)等環(huán)境。 結(jié)合了車輪與腿部的機(jī)器人是各類機(jī)器人屮極簡(jiǎn)單完成順利爬行的。在眾多 機(jī)器人中，通過(guò)仿照類似蜘蛛、蜥蜴等爬行動(dòng)物的腿部組織以及爬行方式研 發(fā)的微小型步行四桿機(jī)構(gòu)是極具代表性之一種。某些相對(duì)條件高、工作起來(lái) 必須可靠的行為比如自然探測(cè)、天外考察和海洋營(yíng)救的情況必須讓車輪和腿 部相結(jié)合的復(fù)合機(jī)器人來(lái)操作，因?yàn)樗c兩條腿及其他產(chǎn)品相比，構(gòu)成部分 十分簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全，行動(dòng)迅速。世界

22、上將小型步行四桿機(jī)構(gòu)開(kāi)展了普遍的 考査，目前有超過(guò)70種微走四桿機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)，因?yàn)槲⒆吡怂臈U機(jī)構(gòu)作用在 布局復(fù)雜，難以預(yù)料的情況，大家想要他的動(dòng)力部分愈發(fā)先進(jìn)，還要達(dá)到極 好的自給自足。還有，小型行走四桿體的腿數(shù)量大，完成每條腿的順利行進(jìn) 必須處理好彼此的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，小型四桿行走體研究與設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于怎樣冰 能完美的達(dá)成那樣的協(xié)作關(guān)系。小型四桿走型體，作為一個(gè)可以通過(guò)經(jīng)歷內(nèi)、 外感知工具傳遞訊號(hào)何時(shí)到達(dá)和具體情況，達(dá)到能順利行進(jìn)在復(fù)雜地形下 的目的，然后實(shí)現(xiàn)自己的使命及效用的機(jī)器人體系。己經(jīng)被普遍使用在多個(gè) 領(lǐng)域，自然侵害，實(shí)地調(diào)查，污染查證和文體活動(dòng)，在國(guó)防，存在，人身平 安和科技幵發(fā)里起了愈來(lái)

23、愈關(guān)鍵的作用。然而依靠車輪的機(jī)器人的長(zhǎng)處是運(yùn) 行速率高，容易拐彎，運(yùn)動(dòng)性能好，制造方便，用料低廉，然而難以適應(yīng)地 形，避障能力不好。車輪和腿相結(jié)合的機(jī)器可完美地適應(yīng)地形，能一步一步 越過(guò)障礙和不明物體，可是間歇的行進(jìn)，效率和速度都較小。隨著微小型步行四桿機(jī)構(gòu)的不斷開(kāi)發(fā)和應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，未來(lái)會(huì)在更多 復(fù)雜且未知的環(huán)境屮工作。紛繁龐雜、種類繁多的實(shí)際應(yīng)用只是依賴于車輪 或腿機(jī)構(gòu)般機(jī)器人的話并不能滿足需求。種類齊全的結(jié)合型運(yùn)行結(jié)構(gòu)紛紛出 臺(tái)，可以井同慢慢增長(zhǎng)車輪和多腿機(jī)器人的技術(shù)規(guī)范，這些特色己被車輪多 腿結(jié)合型機(jī)器人吸收并加以應(yīng)用，它不但能提高在光滑陸地的運(yùn)行功用，逾 越閑難環(huán)境的本領(lǐng)也得到加強(qiáng)。

24、可是現(xiàn)在微小型步行四桿機(jī)構(gòu)在原理層面尚 有大量障礙，倘若選取腳式運(yùn)動(dòng)的話。但是，多條腿的爬蟲(chóng)在多足向自然提 供能體布局是龐大和纖巧的，經(jīng)歷其持久的演變和活動(dòng)的輕巧性，很簡(jiǎn)單就 可逾越各式各樣的惡劣境況，其至可在光滑的表面上倒立行走。所以冇，把 多腳爬蟲(chóng)步履運(yùn)動(dòng)結(jié)論摻和進(jìn)行進(jìn)機(jī)器人的布局研發(fā)和掌管里邊，制造兼?zhèn)?完美做工和行進(jìn)本領(lǐng)的車輪與腿部結(jié)合型機(jī)器人，這將提供給多機(jī)構(gòu)結(jié)合型 機(jī)器人的開(kāi)發(fā)和制造完備且杰出的知識(shí)以及實(shí)際的道理。1.2發(fā)展概況1.2.1國(guó)內(nèi)的發(fā)展概況我們?cè)?986之木牛流馬基礎(chǔ)鉆研四腳機(jī)器人制造的來(lái)歷，來(lái)自于王健 的以前的資料，他數(shù)十年的廢寢忘食建造了一個(gè)單體七環(huán)節(jié)機(jī)構(gòu)，開(kāi)純機(jī)械

25、 行走機(jī)。王健更設(shè)計(jì)出單腿八桿機(jī)構(gòu)，創(chuàng)建王木車馬。在這之后，臺(tái)灣教授 顏洪森以木制車馬為基礎(chǔ)，幵發(fā)了一系列的步行機(jī)，如四連桿式，六連桿式 等等步行機(jī)，查建屮和其他人一起以單腿八桿機(jī)構(gòu)為對(duì)象，共同鉆研考慮怎 樣改良按壓力引發(fā)的角度以及零部件的分理。總之，傳統(tǒng)的對(duì)象加上科學(xué)的 分析和先進(jìn)的理論，使得機(jī)器人在國(guó)內(nèi)的研究范圍和深度得到了極大的豐富 和發(fā)展。1.2.2國(guó)外的發(fā)展概況何人最先取得此項(xiàng)專利已無(wú)可知曉，只了解到外國(guó)科學(xué)家在十九世紀(jì)末 建造岀了一部類似于騾馬，整體部分是用齒輪以及連接桿件機(jī)構(gòu)組裝，人可 以騎在上面用腳蹬踏板推動(dòng)運(yùn)行的機(jī)器人，但是卻沒(méi)有做出實(shí)物來(lái)加以佐 證.20世紀(jì)初又有人運(yùn)用齒輪

26、以及連接桿件體系制造出類似的機(jī)器人，然而 相關(guān)資料中并沒(méi)有找到對(duì)這個(gè)作品的介紹，所以那個(gè)吋候有關(guān)機(jī)器人的研究還僅能思索腿的組成以及運(yùn)動(dòng)起來(lái)的行程路徑。20世紀(jì)中期shigley已然 放進(jìn)步態(tài)研宂的思維制造出來(lái)在每一條腿上都用成組的連接桿件體系拼裝 而且安裝兩個(gè)搖桿體系結(jié)構(gòu)以操縱機(jī)器人的步伐軌跡，己然加入步態(tài)設(shè)計(jì)的 思路。同期，乂有兩位發(fā)明家麥吉以及弗蘭科創(chuàng)作了首部徹底用計(jì)算機(jī)操縱 的行走機(jī)器人。接下來(lái)幾年有關(guān)此機(jī)器的設(shè)計(jì)被充分的融入了運(yùn)行操縱理 論。1979年席羅思在行進(jìn)機(jī)器人里加入了操縱水平行走的儀器，同樣在腿 上加入了保持和校對(duì)偏向的裝罝。20世紀(jì)末布朗、羅布特以及莎普恩斯研 宂了加入了液

27、壓部件和直流電機(jī)的相應(yīng)機(jī)器人。這都意味著人類對(duì)四桿動(dòng)力 體系的認(rèn)識(shí)已從簡(jiǎn)單的考慮邁入了整體操縱、計(jì)算機(jī)和高新科技的相互融匯 貫通的康莊大道。1.3本課題研究的內(nèi)容我的微小型步行四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是依靠solidworkso在設(shè)計(jì)過(guò)程 中，了解微小型步行四桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征和三維軟件的使用要領(lǐng)。本文的設(shè)計(jì)0標(biāo)是設(shè)計(jì)一種微小型步行四桿機(jī)器人。該機(jī)器人能夠在不 同的底面實(shí)現(xiàn)考察，檢測(cè)等等功用。其研究?jī)?nèi)容包括：（1）功能分析與方案設(shè)計(jì)；（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維造型；（3）運(yùn)動(dòng)仿真；（4）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2微小型步行四桿機(jī)構(gòu)總體方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1微小型步行四桿機(jī)構(gòu)的總體方案本次設(shè)計(jì)的微小型步行四桿機(jī)構(gòu)采取的方

28、案是：采用碳鋼板通過(guò)螺紋連接的 方式來(lái)制作主體，主體里面安裝步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，驅(qū)使同步輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)， 然后曲柄連桿機(jī)構(gòu)幵始運(yùn)動(dòng)，使得我的機(jī)器人的步行功效得以實(shí)現(xiàn)，我的大致計(jì) 劃構(gòu)造是：臟fthu2.1.1方案的比較在仔細(xì)查看了老師給的以及自己收集到的論文，研究了機(jī)器人的入門知識(shí)后, 通過(guò)與指導(dǎo)老師以及小組長(zhǎng)交流討論，構(gòu)想出三個(gè)方案，各方案如下圖所示：方案一方案二方案三看圖后不難得出：方案一的機(jī)器人腿部設(shè)計(jì)十分精巧復(fù)雜，它像四腿的爬蟲(chóng) 一樣用先后四條腿互換行進(jìn)，他用到了大量電腦控制和生物仿真知識(shí)，因?yàn)槲业?控制系統(tǒng)、電路和相應(yīng)原理知識(shí)很薄弱，不得已舍棄掉它。方案二之于方案一其 構(gòu)造靈活方便，然

29、而大小符合不了運(yùn)送東丙的目的，況且它在不平的路面行進(jìn)的 話顯然達(dá)不到耍求。最后選擇了第三種方案來(lái)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(jiàn)。2.1.1方案的確定本方案屮采用y對(duì)角線原則，即是對(duì)角線上的兩條腿通過(guò)連接桿連接在一起 保持運(yùn)動(dòng)一致性。一段弧以及一條直線表達(dá)出了這六條腿的活動(dòng)路線，前后共四 條腿平行于地面時(shí)就支撐在地上不作運(yùn)動(dòng)，中間那兩條腿同步的在沿著直線幵始 進(jìn)行活動(dòng)，然后這兩組腿就在弧和直線之間進(jìn)行類似于昆蟲(chóng)的六腳活動(dòng)。本設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)直流伺服電機(jī)固定在箱體的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)，因?yàn)橐恢滦缘膶?duì)角線原理如果兩邊一 邊安裝一個(gè)電機(jī)，就會(huì)使運(yùn)動(dòng)過(guò)程復(fù)雜化，出現(xiàn)干預(yù)運(yùn)動(dòng)和不穩(wěn)定的現(xiàn)象。故經(jīng) 過(guò)

30、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。傳 動(dòng)部分，按照詳細(xì)的0標(biāo)轉(zhuǎn)速以及各部件的尺寸不難判斷，因?yàn)闂U件機(jī)構(gòu)把四根 傳動(dòng)軸鏈接到了一塊，所以能夠把全部驅(qū)動(dòng)力施加給靠近電機(jī)的那根軸，另外的 三根軸都變成從動(dòng)軸，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。具體機(jī)理是電機(jī)-減曲柄-搖桿-腿部構(gòu)件- 四足步行實(shí)現(xiàn)。3四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1基礎(chǔ)理論知識(shí)3.1.1曲柄存在的條件在實(shí)際工程中，提出了各種各樣的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性能的耍求，并能滿足這些耍求 取決于機(jī)構(gòu)本身。以不對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的特性進(jìn)行了討論和分析。我們都知道， 曲柄存在的條件是：第一：為短桿架桿或框架；第二：短桿、長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度另外 二根桿件的長(zhǎng)度。如果四桿機(jī)構(gòu)的最

31、短和最長(zhǎng)的桿的長(zhǎng)度和較大的其他兩個(gè)桿比, 長(zhǎng)度一樣的話，則曲柄存在的條件成立，否則則不成立?；谏鲜鲈?，短桿與 長(zhǎng)桿比短，并且比曲柄的回轉(zhuǎn)半徑相當(dāng)，則存在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。3.1.2急回運(yùn)動(dòng)特性和行程運(yùn)動(dòng)速比k的關(guān)系曲柄機(jī)構(gòu)做勻速擺動(dòng)的時(shí)候，相應(yīng)的搖桿就做不勻速的轉(zhuǎn)動(dòng)，而且來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng) 的平均速度存在差別。如果把行程平均轉(zhuǎn)速較低的當(dāng)成運(yùn)動(dòng)行程，吧平均轉(zhuǎn)速較 高的當(dāng)成非運(yùn)動(dòng)行程，于是就可將曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的這兩種平均速度不相同的行程 特性定義成急回特性。此種特性經(jīng)常使用行程速比系數(shù)k （搖桿平均轉(zhuǎn)速低、平 均轉(zhuǎn)速高的行程平均速度之比）作為衡量。就想下圖顯示的：曲柄機(jī)構(gòu)做均速正 方向轉(zhuǎn)動(dòng)，那么搖桿機(jī)構(gòu)就做水

32、平來(lái)回?cái)[動(dòng)（正方向是運(yùn)動(dòng)行程，反方向是為非 運(yùn)動(dòng)行程）。我們把搖桿處于兩極限位置吋連桿對(duì)應(yīng)位置所夾的銳角稱為極位夾 角，使用k來(lái)做表示。依據(jù)各個(gè)行程速度之比系數(shù)其定義可得出：曲柄連桿搖桿存在急特性的條件是k不等于零。因?yàn)槭卿J角，即彡90° ,故理論上k 可以最大為3。但由于最小傳動(dòng)角的限制，實(shí)用屮k小于等于1.4。對(duì)一些有 急回特性要求的機(jī)械，常根據(jù)k的大小用公式=180° （k-1） / （k+1）計(jì)算出角度，然后得出各個(gè)桿件的尺寸。3.1.3壓力角和傳動(dòng)角曲柄搖桿機(jī)構(gòu)屮，受力與運(yùn)動(dòng)方向得到銳角叫做壓力角，常用a表示。壓力角 的余角稱為傳動(dòng)角，常用表示。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)

33、角隨曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)而變。傳動(dòng) 角愈大，機(jī)械的效率愈高。動(dòng)力系統(tǒng)的傳動(dòng)過(guò)程中，一般規(guī)定最小傳動(dòng)角度40°。 因此設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)值。那么，最小傳動(dòng)角在什么位置出現(xiàn)呢？通過(guò)分析： 我們能證實(shí)：如果機(jī)架上的a點(diǎn)與d點(diǎn)處在c點(diǎn)和c"點(diǎn)二者連線的同一側(cè)，那 么最小時(shí)角度為0,如果機(jī)架上a點(diǎn)與d點(diǎn)各處在c點(diǎn)與c"點(diǎn)連線的一邊，則 =180°時(shí)的最大（鈍角），有=180。我們可清楚的認(rèn)識(shí)到對(duì)于這種曲柄主動(dòng)運(yùn)動(dòng) 的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，連桿與搖桿之間的銳角最小值即為最小傳動(dòng)角。4.1直流伺服電機(jī)的選型計(jì)算己知整個(gè)微小型步行四桿機(jī)構(gòu)的總重量150kg,其他重量50kg,我們?nèi)】?重

34、量為200kg,移動(dòng)速度為12r/min。即：g 二 mg 二 200 x 10 二 2000n v = 1 - 2m/min = 16. 6 - 33. 3mm/s具體的電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算如卜*:1、確定運(yùn)行時(shí)間/=y/（t本次設(shè)計(jì)加速時(shí)間60 ° 負(fù)載速度（m/min）/ = 1.2-0.033 3 + 60=1.25冇速度可知每秒上升50mm, 電機(jī)轉(zhuǎn)速vivi _2pb 0.005= 400r/min3.負(fù)載轉(zhuǎn)矩= 1.737v.mtl_ pgmpb _ 0.3x10x200x0.005 1 兀rj2;rx0.9式中：4.電機(jī)轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩+ 兒)2x636.9(ja/+0.0003

35、2),t、= 1.25 n .m60t60x1.2必須轉(zhuǎn)矩似=、tl + ts、s = 2.36n.m s為安全系數(shù)，這里取1.0。根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用電機(jī)型號(hào)為160bl-a,此電機(jī)廠家為機(jī)電產(chǎn) 品。依據(jù)電動(dòng)機(jī)參數(shù)和特性曲線可得：序號(hào)a號(hào)1w1電1壓/rpmnm械nm定位械nma啦a沏nr量kg鵬 uk.b2002ac|ikdn2右0010忠1£25252400220|ac|15002651ooe2.03田53«332bl4a»h11k.bioowciu2£0012.03.7252.54928l4070h1.lk«b400220(ac|

36、70000.551.10.062.24452.5532blw15h1ub900奉|15®320(82w4仿5mg92bloh1ub600零|80000.7214o.c244803.8732bloluicb<004s|0c)20cd1.913.82ooe105521.155.0892bl-«c0k1-lk*b50060|0c)2000244bo.c11.022055.0根據(jù)計(jì)算和特性曲線以及電機(jī)基本參數(shù)表，我們選用電機(jī)型號(hào)為 160bl-4030ii1-lk-b,電機(jī)額定功率為0. 1kw,額定轉(zhuǎn)矩為7. 62n. m,最高的轉(zhuǎn)矩 是9n.m，額定的轉(zhuǎn)速是3000r/m

37、irb以下是電動(dòng)機(jī)的效果圖：外形尺寸130x160,電機(jī)輸出軸徑為25mm。4.2同步帶輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算(1) 傳動(dòng)名義功率p_=0.2kw(2) 主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速n: % 1500r / min,從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速n2為350r / min(3) 中心距a= 130mm左右(4) 工作情況，24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn).求設(shè)計(jì)功率p=k0 pm=0. 2x2= 0. 4kw,式中ko為載荷修正系數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)的功率為0.4kw , n為1500r/min,可查表得知傳動(dòng)帶的型號(hào)為l型，對(duì)應(yīng)節(jié)距p =9. 525mm(1) 選擇小帶輪齒數(shù)根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速n=1500r/min和l型傳動(dòng)帶，配合查表可知小帶輪最小的 可用齒數(shù)為

38、z1為14，大帶輪的齒數(shù)z2為i zl, i= nl /n2=1500 / 350=4. 286。 72=4. 286x14=60所以取標(biāo)準(zhǔn)帶得輪齒數(shù)為60。(2) 確定帶輪節(jié)圓直徑 di=pb z1/ji=42. 736mm d2= pb 72/ ji =182mm(3) 確定同步帶的節(jié)線長(zhǎng)度l，l= 2acos 巾 + jt (d2+dl ) / 2+冗巾(d2dl) / 180式中：巾:sin-1 (d2-dl)/2a =0. 218； 12.6 (代入 a=100mm)故 l 二150. 54, 采取距計(jì)算所得數(shù)值最近的準(zhǔn)則。節(jié)線長(zhǎng)(見(jiàn)表4) l=160. 20mm(4) 計(jì)算同步帶齒

39、數(shù)z zb=lp/pb=160. 20/9. 525=17(5) 傳動(dòng)中心距n的計(jì)算 a=pb( z2-z1) / 2zcos 0式子中：inv =3. 1416 inv0=tg0-0用逐步逼近法計(jì)算，0=1. 351 8(弧 度)代進(jìn)上述公式，得出a=102. 45與精確計(jì)算結(jié)果相似。最后測(cè)量裝置同步帶選用l型同步帶p= 9. 525mm zb=17, l, = 150. 20ram b. = 25.4mm 同步帶輪:zl=14, z2=60, di=pb zl/n =42. 736mm d2= pb 72/ =182mm4.3軸的設(shè)計(jì)軸作為機(jī)器的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，其為各類傳動(dòng)部件的安裝，傳

40、動(dòng)的扭矩和旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圍繞軸進(jìn)行，而且經(jīng)過(guò)軸承和機(jī)架連接。為了滿足定位軸上的緊固件和容 易加工和裝配的軸類零件和拆卸，通常軸設(shè)計(jì)成階梯軸。軸系的零件是由軸和它 上邊的零部件構(gòu)成一個(gè)裝配體系，研究軸的過(guò)程中不僅要研究軸體自己的數(shù)據(jù)， 還要將系統(tǒng)里的全部零碎部件融合在一起。因?yàn)橛糜谡駝?dòng)的傳遞的軸體不僅耍傳送扭矩，還得經(jīng)受住彎矩，是以本人研 究的階梯性軸是轉(zhuǎn)動(dòng)軸。因?yàn)榇_定了小帶輪的參數(shù)，相應(yīng)的人帶輪隨之確定。接 下來(lái)的工作就是計(jì)算軸體的直徑了。軸體的研究需要憑借扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來(lái)調(diào)整彎曲的 強(qiáng)度，因?yàn)榭捎米鬏S的原料比較多，所以必須得明確軸的應(yīng)用環(huán)境，還有規(guī)定諸 如剛度，強(qiáng)度以及別的機(jī)構(gòu)機(jī)能?？梢允褂脽崽幚磉@種

41、方法，當(dāng)然也要琢磨怎樣 使加工簡(jiǎn)單并且花費(fèi)較少，用研究計(jì)算所得的數(shù)據(jù)以確定軸體的用料，故采取45 號(hào)鋼當(dāng)成軸體的原料，它需要40mpa的切應(yīng)力。然后需要做正火或者調(diào)質(zhì)處理來(lái) 確保它的力學(xué)性能。'9.55xlo6p ip0.2 小=叫:mm，1、初步計(jì)算軸的直徑扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估計(jì)軸的最小直徑d，軸的最小直徑6/niin 2 2查表16.2，c=l 12, p=20.35, n=851，代入設(shè)計(jì)公式得7min =17.26mm?？紤]鍵槽等要素對(duì)軸的影響，軸的直徑應(yīng)增加以彌補(bǔ)軸的鍵槽強(qiáng)度減弱。取軸直徑d=20mm, 就是最右邊裝帶輪處直徑等于20mm。裝有密封元件和滾動(dòng)軸承處的直徑，應(yīng)與密 封元件

42、和軸承的內(nèi)孔徑尺寸保持一致。軸體上面存在兩支點(diǎn)的軸承要選用一樣的 標(biāo)準(zhǔn)，方便加工軸承的座孔。挨著的軸段，應(yīng)使直徑不一樣構(gòu)成軸肩，軸肩在軸 體上部件定位以及承受軸向力時(shí)要提供相應(yīng)的高度，軸肩的直徑差通常選5到 10mm,本文軸肩處采取5毫米的直徑差，接著把每段軸體的長(zhǎng)度尺寸匹配到一塊, 還要注意軸承座的安裝以及結(jié)構(gòu)是否合理，同樣，螺釘?shù)炔考拈L(zhǎng)度和別的的因 素，這樣即可確定出軸的各段忪度了。結(jié)論在最近的一段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù) 習(xí)所學(xué)的知識(shí)，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖 紙?jiān)O(shè)計(jì)，會(huì)遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及吋的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度， 本文所設(shè)計(jì)的是微小型步行四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和研究，通過(guò)初期的定題，查資料和 開(kāi)始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識(shí)的重要性，從而讓我更加深刻地 體會(huì)到做-門學(xué)問(wèn)不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可能做的好，總之，本設(shè)計(jì) 完成y老師和同學(xué)的幫助卜，在大學(xué)研究的最感謝幫助過(guò)我的老師和同學(xué)，是大 家的幫助才使我的論文得以通過(guò)。致謝在導(dǎo)師李劍鋒教授的大力幫助與支持下，我的畢業(yè)論文得以完成。老 師對(duì)于