兩足步行機(jī)器人綜合設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)

可修改歡迎下載精品Word可修改歡迎下載精品Word可修改歡迎下載精品Word兩足步行機(jī)器人設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：指導(dǎo)老師：2021年6月目錄TOC\o"1-4"\h\z\u第1章問(wèn)題的提出 11.1設(shè)計(jì)背景 11.2課題的研究意義與應(yīng)用前景 11.3主要設(shè)計(jì)思想 2第2章設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 32.1高度的設(shè)置 32.2自由度的設(shè)置 52.3各關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍確實(shí)定 6髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng) 6膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng) 6踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng) 72.4關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)方式的選擇 7第3章機(jī)構(gòu)選型設(shè)計(jì) 83.1兩足步行機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8腿部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖： 8手臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 133.2設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)與選擇 13腿部方案的評(píng)價(jià)與選擇 13手臂方案的評(píng)價(jià)與選擇 15第4章機(jī)構(gòu)尺度綜合 154.1凸輪的尺寸設(shè)計(jì) 15臀部凸輪設(shè)計(jì) 15膝關(guān)節(jié)凸輪設(shè)計(jì) 204.2平面連桿機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì) 24手臂平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 24手臂平面連桿機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)與計(jì)算 25第5章機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析 275.1動(dòng)態(tài)靜力分析 275.2運(yùn)動(dòng)仿真分析集成 28腳尖分析 29手臂分析 33第6章結(jié)論 366.1兩足步行機(jī)器人機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 366.2設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn) 366.3設(shè)計(jì)結(jié)果 37第7章收獲與體會(huì) 37第8章致謝 38參考文獻(xiàn) 38附錄1 40附錄二 60附錄三 63第1章問(wèn)題的提出1.1設(shè)計(jì)背景類(lèi)人機(jī)器人一直是機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，是目前科技開(kāi)展最活潑的領(lǐng)域之一。當(dāng)前機(jī)器人的移動(dòng)方式主要是四種，分別是：輪式、履帶式、步行、爬行。世界著名機(jī)器人學(xué)專(zhuān)家、日本早稻田大學(xué)的加藤一郎教授說(shuō)過(guò)：“機(jī)器人應(yīng)當(dāng)具有的最大特征之一是步行功能〞。這是因?yàn)椋叫杏衅渌苿?dòng)方式所無(wú)法比較的優(yōu)越性。其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在如下兩個(gè)方面：首先，兩足步行機(jī)器人具有較強(qiáng)的越障能力，相比輪式和履帶式更能通過(guò)不平整、不規(guī)那么的路面，減少了移動(dòng)盲區(qū)，擴(kuò)大了運(yùn)動(dòng)范圍。其次，兩足步行機(jī)器人的能耗小，與其他足式機(jī)器人相比具有體積小、重量輕、動(dòng)作靈活等特點(diǎn)，同時(shí)能夠取代人類(lèi)從而將人類(lèi)從工作環(huán)境對(duì)人體有害或者高強(qiáng)度、長(zhǎng)時(shí)間、高重復(fù)性的勞動(dòng)中解脫出來(lái)，因而具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的研究意義。雙足行走是類(lèi)人機(jī)器人最根本也是最難實(shí)現(xiàn)的功能，因此以實(shí)現(xiàn)雙足步行為目標(biāo)的兩足步行機(jī)器人研究是智能型類(lèi)人機(jī)器人研究的根底，而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的穩(wěn)步行走更是兩足步行機(jī)器人研究中的首要任務(wù)。同時(shí)雙足機(jī)器人的研究對(duì)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)裝置提出了許多特殊要求，將導(dǎo)致傳統(tǒng)機(jī)械的重大變革，是工程上少有的多自由度系統(tǒng)。那么設(shè)計(jì)這樣一個(gè)純機(jī)構(gòu)的兩足步行機(jī)器人將在很大程度上滿(mǎn)足現(xiàn)代人類(lèi)開(kāi)展需求，一方面可實(shí)現(xiàn)根底機(jī)械式多自由度穩(wěn)步步行，另一方面降低能耗、減小體積、延長(zhǎng)使用壽命，具有廣泛而重要的意義。1.2課題的研究意義與應(yīng)用前景目前國(guó)內(nèi)外對(duì)雙足步行機(jī)器人的研究已經(jīng)到了較成熟的領(lǐng)域，應(yīng)用前景也更加廣闊，應(yīng)用領(lǐng)域主要有：1．為殘疾人〔下肢癱瘓者或截肢者〕提供室內(nèi)和戶(hù)外行走工具。利用人工假腿、腿椅或步行座椅盡可能使殘疾人恢復(fù)正常行走功能，減少對(duì)他人的依賴(lài)。2．極限環(huán)境下代替人工作業(yè)，核電站內(nèi)的監(jiān)視和維護(hù)作業(yè)，遙控救災(zāi)、滅火，爆炸物的處置〔如探雷、排雷等〕等。3．在教育、藝術(shù)和群眾效勞行業(yè)等領(lǐng)域都有著潛在而廣闊的應(yīng)用前景。娛樂(lè)機(jī)器人，可作為人類(lèi)同伴的機(jī)器人是開(kāi)展的新方向，這將使雙足機(jī)器人逐漸走向普通居民中。為了更好的了解人類(lèi)的行走機(jī)理，也為了日后為下肢癱患者提供理想的假肢，以及為方便人類(lèi)出行的自動(dòng)兩足步行椅提供理論根底，本論文致力于研究雙足步行機(jī)器人的行走規(guī)律、傳動(dòng)機(jī)理并用機(jī)械結(jié)構(gòu)加簡(jiǎn)單的控制來(lái)模擬人類(lèi)的行走，并通過(guò)研究和模擬步行更好地分析和探討步行機(jī)器人。兩足步行機(jī)器人的機(jī)械本體機(jī)構(gòu)與步態(tài)規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人穩(wěn)定行走的根底，因此，以實(shí)現(xiàn)具有根本行走功能的兩足步行機(jī)器人的研究對(duì)于研制節(jié)能型、智能型類(lèi)人機(jī)器人具有重要的理論價(jià)值。1.3主要設(shè)計(jì)思想雙足步行機(jī)器人具有多關(guān)節(jié)、多驅(qū)動(dòng)器、多自由度的特點(diǎn)，其自由度的設(shè)置、各關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍直接影響機(jī)器人外在美觀、行走方式、活動(dòng)范圍、建模方式、步態(tài)規(guī)劃以及控制方案等。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)出模擬人體步行的機(jī)構(gòu),步行的復(fù)雜程度直接控制了機(jī)構(gòu)的難易程度,用純機(jī)械的機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)較難的人體行走過(guò)程,必然會(huì)有很大的誤差,但我們一致追求機(jī)構(gòu)的盡量精確和逼真,研究自己行走時(shí)的各個(gè)過(guò)程,以以下圖是我們得出的人行走時(shí)的幾個(gè)主要過(guò)程:圖1-1人體步行主要過(guò)程如上圖所示,步行主要有七個(gè)過(guò)程,由左右腿相互交替邁腿,收腿,到達(dá)向前走的目的。第2章設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)一個(gè)兩足步行機(jī)器人除了滿(mǎn)足可向前行走的根本要求，還必須具有一定的穩(wěn)定性、方便性、平安性。針對(duì)這些性能要求，進(jìn)行了機(jī)器人高度、自由度、各關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍、關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)方式的選擇的討論和設(shè)計(jì)分析。2.1高度的設(shè)置兩足步行機(jī)器人的高度選擇〔包括各局部高度〕對(duì)于步行穩(wěn)定十分重要。高度過(guò)高，重心也隨之過(guò)高，穩(wěn)定性減?。欢绻叨冗^(guò)低，人坐在上面腳會(huì)拖在地上。為了到達(dá)可推廣水平，按照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T53975—1983進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中人體根本測(cè)量工程達(dá)57個(gè)，就其類(lèi)別而言可分為：高度：即在人體的上、下方向測(cè)量的高度；長(zhǎng)度：直線長(zhǎng)度指兩測(cè)點(diǎn)之間的直線距離，曲線長(zhǎng)度指沿人體外表過(guò)測(cè)點(diǎn)的曲線圍長(zhǎng)；寬度：測(cè)量頭部、面部和軀干部時(shí)，寬度指在左、右方向上對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)之間的直線距離；測(cè)量上肢時(shí)，寬度指繞骨側(cè)的兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的距離；測(cè)量下肢時(shí)，寬度指脛骨側(cè)和腓骨側(cè)的兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的直線距離；厚度：指人體前、前方向上，兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的直線距離；圍經(jīng)：指通過(guò)或經(jīng)過(guò)人體某一部位上的測(cè)量點(diǎn)圍長(zhǎng)。目前，國(guó)內(nèi)在人機(jī)工程方面所采取的人體尺寸數(shù)據(jù)均來(lái)自“中國(guó)成年人人體尺寸〞〔GB10000——88〕，是由國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)行，反映了我國(guó)不同地區(qū)的人體尺寸差異。由于數(shù)據(jù)本身沒(méi)有提供足夠的三維信息，這就決定了在某種意義上，我們根據(jù)其建立的三維人體模型只能是一種簡(jiǎn)化的模型。我們引用并參考與機(jī)器人設(shè)計(jì)密切關(guān)系的人體數(shù)據(jù)?！惨弧橙梭w主要尺寸人體主要尺寸包括：身高、體重、上臂長(zhǎng)、前臂長(zhǎng)、大腿長(zhǎng)、小腿長(zhǎng)共六項(xiàng)。表2-1列出了我國(guó)成年人的人體主要尺寸。表2-1我國(guó)成年人人體主要尺寸百分比數(shù)年齡分組測(cè)量工程男〔18—60〕女〔18—55〕550909555090951.1身高/mm158316781754177514841570164016591.2體重/kg48597075425263711.3上臂長(zhǎng)/mm2893133333382622843033021.4前臂長(zhǎng)/mm2162372532581932132292341.5大腿長(zhǎng)/mm4284654965054024384674761.6小腿長(zhǎng)/mm338369396403313344370375〔二〕人體水平尺寸人體水平尺寸包括：胸厚、肩寬、最大肩寬、臀寬和坐姿臀寬。表2-2我國(guó)成年人的人體水平尺寸年年齡分組百分位數(shù)測(cè)量項(xiàng)目男〔18—60〕女〔18—55〕550909555090952.1胸厚/mm1862122372451701992302392.2肩寬/mm3443753974033203513713772.3最大肩寬/mm3984314604693633974284382.4臀寬/mm2823063273342903173403462.5坐姿臀寬/mm285321347355310344374382這是以某種人體尺寸極限作為設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)計(jì)原那么：設(shè)計(jì)的最大尺寸參考選擇人體尺寸的低百分位，設(shè)計(jì)的最小尺寸參考選擇人體尺寸的高百分位；受人體伸及度限制的尺寸應(yīng)該根據(jù)低百分位確定，受人體屈曲限制的尺寸應(yīng)該根據(jù)高百分位確定。由以上參考資料確定其機(jī)器人的尺寸：正常的成年人身高大概在170cm到190cm之間，其下肢高度大概100cm到120cm間，踝關(guān)節(jié)到地面、膝關(guān)節(jié)到踝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)到膝關(guān)節(jié)的距離分別大約是5cm、40~50cm、50~60cm。兩足步行機(jī)器人的高度選擇〔包括各局部高度〕對(duì)于步行穩(wěn)定十分重要。高度過(guò)高，重心也隨之過(guò)高，穩(wěn)定性減小；而如果高度過(guò)低，如果設(shè)計(jì)的是步行椅，人坐在上面腳會(huì)拖在地上。參考上述人體身高數(shù)據(jù)，以及現(xiàn)有兩足步行機(jī)器人，確定兩足步行機(jī)器人的總高度〔距地面〕為180cm左右，其中大腿和小腿分別為50和40cm，踝關(guān)節(jié)高度為15cm。2.2自由度的設(shè)置兩足步行機(jī)器人應(yīng)盡可能模仿人類(lèi)雙腿可以完成的動(dòng)作，而這其中的一個(gè)重點(diǎn)就是如何設(shè)置機(jī)器人的自由度。人的下肢是一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，依靠下肢二百多對(duì)肌肉、三十多塊骨骼，能夠完成十分復(fù)雜的協(xié)調(diào)動(dòng)作。人所能實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作是包括靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物在內(nèi)的兩足類(lèi)行走動(dòng)物中最完美的。在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中，人體的關(guān)節(jié)已經(jīng)至臻完美，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而又相當(dāng)靈活。美國(guó)Clemson大學(xué)鄭元芳博士曾經(jīng)撰文分析兩足步行機(jī)器人腿部的自由度配置問(wèn)題，他認(rèn)為兩足步行機(jī)器人能完成步行所需的自由度每條腿最少為4個(gè)，而如果要到達(dá)類(lèi)似人類(lèi)步行的程度那么每條腿需要8個(gè)，即髖關(guān)節(jié)3個(gè)、膝關(guān)節(jié)1個(gè)、踝關(guān)節(jié)3個(gè)、腳部1個(gè)〔類(lèi)似腳趾〕。但是，目前絕大多數(shù)以有的兩足步行機(jī)器人都采用的是6自由度的設(shè)計(jì)，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)的HIT-III、國(guó)防科技大學(xué)的“先行者〞、本田公司的ASIMO和HRP以及前文所述豐田公司的i-foot。絕大多數(shù)步行機(jī)器人采用12自由度設(shè)計(jì)。這類(lèi)機(jī)器人髖關(guān)節(jié)具有3個(gè)自由度，膝關(guān)節(jié)具有1個(gè)自由度，踝關(guān)節(jié)具有2個(gè)自由度，可以實(shí)現(xiàn)前向運(yùn)動(dòng)和側(cè)向運(yùn)動(dòng)。而且由于髖關(guān)節(jié)具有旋轉(zhuǎn)自由度，所以這類(lèi)機(jī)器人可以轉(zhuǎn)彎。這類(lèi)機(jī)器人可以在水平地面和傾斜地面行走，可以實(shí)現(xiàn)上下樓梯以及轉(zhuǎn)彎、后退等動(dòng)作。這類(lèi)機(jī)器人和人類(lèi)的兩腿已經(jīng)十分類(lèi)似。如圖2-2所示：圖2-1具有12個(gè)自由度的兩足步行機(jī)器人鑒于純機(jī)構(gòu)確定12個(gè)自由度的兩足步行機(jī)器人有難度，我們初步?jīng)Q定采用6自由度的步行機(jī)器人。另外，加上手臂的甩動(dòng)動(dòng)作，賦予肩部一個(gè)pitch方向的運(yùn)動(dòng)自由度，因此總共是8自由度的步行機(jī)器人。2.3各關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍確實(shí)定兩足步行機(jī)器人的目的是模仿人類(lèi)步行運(yùn)動(dòng)，因此兩足步行機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍應(yīng)該和人類(lèi)根本相同。在設(shè)計(jì)兩足步行之前，應(yīng)先確定人體下肢各關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍。人體的髖關(guān)節(jié)是由髖骨的髖臼和股骨的股骨頭構(gòu)成，類(lèi)似于球關(guān)節(jié)，共有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。本設(shè)計(jì)僅限于平地步行，故初步設(shè)定為一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，即大腿的抬升和下降。人體的膝關(guān)節(jié)是由股骨的內(nèi)外側(cè)髖的關(guān)節(jié)面和脛骨的內(nèi)外側(cè)踝的上關(guān)節(jié)面既髖骨的后關(guān)節(jié)面構(gòu)成的。膝關(guān)節(jié)僅有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自度，即大腿和小腿的連接局部膝蓋控制的屈伸動(dòng)作。人體的踝關(guān)節(jié)其實(shí)是足關(guān)節(jié)的一個(gè)組成局部，近似一個(gè)球關(guān)節(jié)，具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。同理，我們僅僅只考慮平地步行的狀態(tài)，設(shè)定踝關(guān)節(jié)只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，即適應(yīng)地面時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作。兩足步行機(jī)器人各關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍和人體不完全相同。這主要是由于以電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人關(guān)節(jié)的靈活性要比人類(lèi)的關(guān)節(jié)差很多，因此兩足步行機(jī)器人的關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍要比人體略大。參考已有的一些兩足步行機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍，確定兩足步行機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍如表2-3、2-4所示。表2-3人體各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍髖關(guān)節(jié)Yaw-45°到45°Roll-45°到20°Pitch-125°到15°膝關(guān)節(jié)Pitch0°到130°踝關(guān)節(jié)Pitch-45°到20°Roll-20°到30°表2-4兩足步行機(jī)器人各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍髖關(guān)節(jié)-100°到40°膝關(guān)節(jié)0°到50°踝關(guān)節(jié)-20°到35°肩關(guān)節(jié)0°到30°2.4關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)方式的選擇目前機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)方式主要有氣動(dòng)、液動(dòng)和伺服電機(jī)。驅(qū)動(dòng)部件在兩足步行椅機(jī)器人中的作用相當(dāng)于人體的肌肉，如果把連桿以及關(guān)節(jié)想象成機(jī)器人的骨骼，那么驅(qū)動(dòng)器就起到了肌肉的作用。兩足步行機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)都是轉(zhuǎn)動(dòng)副，主要是實(shí)現(xiàn)相對(duì)回轉(zhuǎn)或者擺動(dòng)。而大多數(shù)電機(jī)正是實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的。故初步確定采用電機(jī)提供原動(dòng)力，靠機(jī)械機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力。第3章機(jī)構(gòu)選型設(shè)計(jì)3.1兩足步行機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.1腿部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖：方案一:滑塊連動(dòng)機(jī)構(gòu)此方案的特點(diǎn)是小腿的伸縮轉(zhuǎn)動(dòng)是由大腿控制的，區(qū)別方案一的是小腿大腿沒(méi)有分開(kāi)控制，由連動(dòng)控制，另一特點(diǎn)是大腿的伸縮又是由大腿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制的，如以以下圖：圖3-1機(jī)器人大小腿聯(lián)動(dòng)控制圖3-2臀部和大腿連接局部圖3-3機(jī)器人膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖中F框表示機(jī)器人的臀部，G框表示大腿，鉸鏈A固結(jié)在F上，用以連接大腿和臀部，鉸鏈C和D固結(jié)在G上，滑塊B軸心固結(jié)在F上，當(dāng)大腿繞A點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)〔即大腿往前伸〕，∠CBH變大，此時(shí)滑塊B下滑，又由于BE桿的作用，使得點(diǎn)E逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，那么桿EDF也繞點(diǎn)D轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)F繞點(diǎn)D順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，由Ｉ處的球形鉸可以控制桿Ｋ〔即小腿〕繞點(diǎn)Ｊ逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)小腿的往前伸。方案二：采用凸輪機(jī)構(gòu)利用凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線來(lái)較準(zhǔn)確的控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)路線，此方案分別對(duì)大腿和小腿的不同運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)采用不同的凸輪輪廓曲線，使運(yùn)動(dòng)更形象逼真，而凸輪又靠電機(jī)來(lái)帶動(dòng)，用這種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行走。以下幾圖為此方案的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖：圖3-4機(jī)器人單邊腿部的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖該圖即為機(jī)器人單邊腿部的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，分別用了2個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)，4個(gè)滑塊機(jī)構(gòu)，9個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，11個(gè)低副，2個(gè)高副和2個(gè)虛約束。圖3-5機(jī)器人臀部機(jī)構(gòu)上圖方框表示機(jī)器人臀部局部，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心、橫向滑桿和兩個(gè)機(jī)架都固定在臀部上，B處圓是與凸輪相切的圓柱，用來(lái)控制橫向滑塊的前進(jìn)和后退，A桿是大腿的簡(jiǎn)圖，一端插在B處的一個(gè)滑塊上，同時(shí)與C處的鉸鏈相接，用以固定大腿和臀部的連接，另一端連接小腿局部，如以以下圖：圖3-6機(jī)器人膝關(guān)節(jié)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖上圖即為大腿和小腿連接局部，即膝關(guān)節(jié)局部，橫桿G焊接在大腿A桿上，用以固定凸輪和虛線處的橫向滑桿，E桿為小腿簡(jiǎn)圖，F(xiàn)處的鉸鏈用以連接小腿和大腿，使小腿能繞大腿旋轉(zhuǎn)，E桿一端與滑塊連接用以控制小腿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，另一端連接腳掌，如以以下圖：圖3-7機(jī)器人的腳掌機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖手臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)由于手臂的運(yùn)動(dòng)過(guò)程很簡(jiǎn)單，也不是我們的主要研究對(duì)象，因此我們僅設(shè)計(jì)出一種適宜的方案，用以配合腿部的機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真，因此手臂機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：圖3-8手臂平面連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖中AD桿即為機(jī)器人手臂，滑塊B的滑槽設(shè)置在機(jī)器人臀部，滑塊B的移動(dòng)靠臀部處的大凸輪帶動(dòng)，從而使得點(diǎn)E繞點(diǎn)A轉(zhuǎn)動(dòng)，即手臂繞點(diǎn)A轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了手臂和腿部運(yùn)動(dòng)的同時(shí)性，并且不會(huì)出現(xiàn)同手同腳的情況，使得機(jī)器人的步行更加逼真。3.2設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)與選擇方案一的設(shè)計(jì)思路就是想讓小腿由大腿控制，產(chǎn)生連動(dòng)的效果，因此方案一充分運(yùn)用連桿和滑塊機(jī)構(gòu)，將大腿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度轉(zhuǎn)化為控制小腿的主要參數(shù)，角度越大小腿彎曲程度越大，即實(shí)現(xiàn)了大腿和小腿的連動(dòng)，并將小腿的主控參數(shù)巧妙的設(shè)置成了角度的變化。其中的一大特點(diǎn)是利用了一個(gè)球形鉸鏈，能夠同時(shí)控制小腿的前伸和后退。但方案一的一大缺點(diǎn)就是運(yùn)動(dòng)太受限制，角度只有增加和減少，從而小腿只有前伸和后退，關(guān)鍵是角度和小腿都是同時(shí)對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，不能到達(dá)一些復(fù)雜的過(guò)程〔如圖3-9〕，造成行走很格式僵硬化，不夠貼切現(xiàn)實(shí)人們的步行特點(diǎn)，比照?qǐng)D如下：圖3-9方案一行走特點(diǎn)方案二考慮了方案一的弊端，對(duì)各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行了理論分析，決定用凸輪結(jié)構(gòu)來(lái)控制大小腿的運(yùn)動(dòng)情況。由于方案一的經(jīng)驗(yàn)，大小腿的連動(dòng)必然會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人行走的僵硬化，不夠真實(shí)，因此就分別采用2個(gè)凸輪來(lái)對(duì)大小腿進(jìn)行控制，由于凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性，可以利用凸輪的推程、遠(yuǎn)修止過(guò)程、回程、以及近休止過(guò)程與機(jī)器人腿部的各個(gè)過(guò)程向?qū)?yīng)，比方控制小腿時(shí)，可以將控制小腿的凸輪遠(yuǎn)休止角與大腿和小腿同時(shí)回退的過(guò)程相對(duì)應(yīng)，這樣使得另一只腿部伸出時(shí)這邊的腿部保持直線，如此往復(fù)，就到達(dá)了機(jī)器人的往前行走，如以以下圖：圖3-10方案二行走特點(diǎn)通過(guò)對(duì)方案一二的綜合分析還考慮，建立了綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)如下：表3-1機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)體系評(píng)價(jià)工程得分等級(jí)評(píng)價(jià)尺度目標(biāo)完成情況F1完全實(shí)現(xiàn)功能要求根本實(shí)現(xiàn)功能要求局部實(shí)現(xiàn)功能要求不能實(shí)現(xiàn)功能要求10520行走穩(wěn)定程度F2非常穩(wěn)定根本穩(wěn)定不穩(wěn)定但不影響行走不穩(wěn)定完全不能行走10520逼真程度F3很逼真比較逼真不太逼真完全看不懂10520復(fù)雜程度F4簡(jiǎn)單不復(fù)雜一般復(fù)雜復(fù)雜10520機(jī)構(gòu)可調(diào)性能F5方便可調(diào)一般可調(diào)不可調(diào)1050對(duì)以上方案打分如下：表3-2機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)結(jié)果方案F1F2F3F4F5評(píng)價(jià)總分方案一5225519方案二1010521037從評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，我們選擇了方案二用以控制腿部的運(yùn)動(dòng)。3.2.2手臂方案的評(píng)價(jià)與選擇如前面所說(shuō)，由于手臂的運(yùn)動(dòng)過(guò)程很簡(jiǎn)單，也不是我們的主要研究對(duì)象，因此我們僅設(shè)計(jì)出一種適宜的方案，用以配合腿部的機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真，此方案如前文所示。第4章機(jī)構(gòu)尺度綜合4.1凸輪的尺寸設(shè)計(jì)4.1.1臀部凸輪設(shè)計(jì)〔一〕臀部凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析凸輪機(jī)構(gòu)采用的是偏心距為0的對(duì)心從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu),主要利用了凸輪的推程、遠(yuǎn)休止過(guò)程和回程三個(gè)過(guò)程。推程采用正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即〔〕推程角定為90度，那么=90，即〔〕由于大腿需要在抬高的同時(shí)小腿伸展過(guò)程中保持不動(dòng)，所以大腿需要在空中停留數(shù)秒，故采用了大腿凸輪的的遠(yuǎn)休止過(guò)程，此時(shí)〔〕遠(yuǎn)休止角定為90度；在另一只腳往前行的同時(shí)，這條抬高的腿也相對(duì)在往后退，所以對(duì)凸輪的回程采用等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即〔〕回程角取為180度。表4-1臀部凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)表凸輪轉(zhuǎn)角從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪運(yùn)動(dòng)方程凸輪末位置0到90度正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律90到180度停頓180到360度等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律〔二〕臀部凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)圖4-1凸輪輪廓曲線參數(shù)方程的建立由上圖幾何關(guān)系可以寫(xiě)出：又由于凸輪是逆時(shí)針轉(zhuǎn)的，所以有：由此可得：由于從動(dòng)件為滾子從動(dòng)件，分別代入的方程，那么可得到滾子中心B〔，〕運(yùn)動(dòng)軌跡曲線為：時(shí)：時(shí)：時(shí)：由于從動(dòng)件為滾子從動(dòng)件,故基圓半徑是從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)過(guò)程中滾子中心到凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心的最小距離。由于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)大小所限，故取，其中滾子半徑為1.5。經(jīng)計(jì)算，推程h取5.4。那么代入以上各式可得：時(shí)：時(shí)：時(shí)：設(shè)凸輪輪廓曲線上點(diǎn)C〔，〕和滾子中心B〔，〕在凸輪過(guò)點(diǎn)C處的法線上，那么有關(guān)系：〔為滾子半徑〕利用以上關(guān)系可以求得實(shí)際輪廓曲線上點(diǎn)C的坐標(biāo)為：接著往下計(jì)算代入上式得：時(shí)，時(shí)，時(shí)，〔一〕膝關(guān)節(jié)凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析該凸輪機(jī)構(gòu)同樣采用的是偏心距為0的對(duì)心從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu),主要利用了凸輪的推程、回程和近休止過(guò)程三個(gè)過(guò)程。推程采用等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即〔〕推程角定為90度，那么=90，即：〔〕此過(guò)程及為小腿的彎曲過(guò)程；當(dāng)小腿彎曲一定程度后需要及時(shí)伸展著地，以便另一只腳的運(yùn)動(dòng)，故小腿彎曲后凸輪應(yīng)立即回程，回程角定為90度，故，所以回程采用等加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即：〔〕當(dāng)腳著地后，另一只腳開(kāi)始往前走，所以這只腳就相對(duì)往后走，但此時(shí)小腿相對(duì)大腿是不轉(zhuǎn)動(dòng)的，只有大腿往后移，所以此時(shí)小腿應(yīng)該保持原狀，因此凸輪應(yīng)該處于近休止?fàn)顟B(tài)，取近休止角為180度，此時(shí)：表4.2膝關(guān)節(jié)凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)表凸輪轉(zhuǎn)角從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪運(yùn)動(dòng)方程凸輪末位置0到90度等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律90到180度等加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律180到360度停頓〔二〕膝關(guān)節(jié)凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)中凸輪設(shè)計(jì)方法，由于從動(dòng)件為滾子從動(dòng)件，分別代入的方程，那么可得到滾子中心B〔，〕運(yùn)動(dòng)軌跡曲線為：時(shí)：時(shí)：時(shí)：由于從動(dòng)件為滾子從動(dòng)件,故基圓半徑是從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)過(guò)程中滾子中心到凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心的最小距離。由于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)大小所限，故取，其中滾子半徑為1.5。經(jīng)計(jì)算，推程h取4。那么代入以上各式可得：時(shí)：時(shí)：時(shí)：設(shè)凸輪輪廓曲線上點(diǎn)C〔，〕和滾子中心B〔，〕在凸輪過(guò)點(diǎn)C處的法線上，那么有關(guān)系：〔為滾子半徑〕利用以上關(guān)系可以求得實(shí)際輪廓曲線上點(diǎn)C的坐標(biāo)為：接著往下計(jì)算，代入上式得：時(shí)，時(shí)，時(shí)：4.2平面連桿機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)兩足步行機(jī)器人的手臂采用以臀部的凸輪帶動(dòng)滑塊移動(dòng)，滑塊帶動(dòng)平面連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生“手臂〞的5聯(lián)動(dòng)的方法與兩腿的動(dòng)作協(xié)調(diào)。手臂的平面連桿機(jī)構(gòu)如以以下圖所示。圖4-2手臂平面連桿機(jī)構(gòu)圖根據(jù)第二章設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，成年男性上臂長(zhǎng)約為330mm，不妨設(shè)AD=330mm。同時(shí)A點(diǎn)為機(jī)器人的肩部，建立以如圖為平面的XY坐標(biāo)，那么設(shè)A〔0,0〕。機(jī)器人的肩部A點(diǎn)與B點(diǎn)水平距離大約為機(jī)器人的上身長(zhǎng)，設(shè)為600mm。當(dāng)機(jī)器人臀部凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，B點(diǎn)的滑塊左右滑動(dòng)，根據(jù)上一節(jié)的計(jì)算結(jié)果，滑動(dòng)距離為5.4mm?，F(xiàn)在確定B點(diǎn)在凸輪回程結(jié)束點(diǎn)、推程中某一點(diǎn)、遠(yuǎn)休止點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)分別是，，，其中。所對(duì)應(yīng)的AD的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為。為上臂處于第一位置〔即自然垂下〕時(shí)的肩膀轉(zhuǎn)角，為上臂抬高到上限位置時(shí)的肩膀轉(zhuǎn)角。具體如以以下圖所示：圖4-3手臂平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖中,。從圖中容易看出，因?yàn)镋AD是繞固定點(diǎn)A轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)剛體，AD的轉(zhuǎn)動(dòng)角直接等于AE的轉(zhuǎn)動(dòng)角。根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的精確位置可以寫(xiě)出從第一精確位置到第二和第三精確位置的位移矩陣和。==由于點(diǎn)E是該剛體上的點(diǎn)，由剛體的位移矩陣方程有：同時(shí)，點(diǎn)E又是連架桿BE上的點(diǎn)，連架桿BE的運(yùn)動(dòng)形式是繞點(diǎn)B轉(zhuǎn)動(dòng)，且B點(diǎn)水平往復(fù)移動(dòng)。點(diǎn)E到點(diǎn)B的距離應(yīng)保持不變，有運(yùn)動(dòng)約束方程：代入上式中，可得到2個(gè)含有兩未知數(shù)的設(shè)計(jì)方程，這樣的方程組能夠解出唯一解。設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)的連桿精確位置如下表所示，那么可進(jìn)行如下的數(shù)值計(jì)算：表4-3設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)的連桿精確位置0-6002.7-6005.4-600因?yàn)榧僭O(shè)了，那么設(shè)計(jì)方程可以整理關(guān)于變量的如下的線性方程組：代入表4-1中和的值化簡(jiǎn)線性方程組，可以得到：解之得：，桿長(zhǎng)第5章機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析5.1動(dòng)態(tài)靜力分析以大腿機(jī)構(gòu)為例，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析：大腿受力分析：〔如圖5-1所示〕圖5-1大腿BAGF桿受力分析〔2〕小腿受力分析：〔如圖5-2所示〕圖5-1小腿EFH桿受力分析5.2運(yùn)動(dòng)仿真分析集成課程設(shè)計(jì)要求所有的零部件的造型都在solidworks中完成，并在其中進(jìn)行相應(yīng)的機(jī)構(gòu)設(shè)置及仿真設(shè)置，然后對(duì)設(shè)置好的機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)求解，并分析求解結(jié)果。圖5-1導(dǎo)入模型，加載力矩，進(jìn)行仿真設(shè)置如圖，進(jìn)行相應(yīng)的機(jī)構(gòu)設(shè)置及仿真設(shè)置，下面以手臂肩部的轉(zhuǎn)動(dòng)為例，對(duì)機(jī)器人的肩部加載Z方向的力矩。以以下圖描述了在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中構(gòu)件力矩動(dòng)態(tài)變化的情況。圖5-2Z方向力矩幅值對(duì)機(jī)器人的四個(gè)電機(jī)進(jìn)行設(shè)置并仿真運(yùn)動(dòng)。取腳尖一點(diǎn)代表腳部運(yùn)動(dòng)。5.2.1腳尖分析腳尖位移分析圖5-1腳尖X方向位移分量可以從圖中看出腳尖位移大致符合勻速運(yùn)動(dòng)，即位移隨時(shí)間的推移而呈直線上升，即等速運(yùn)動(dòng)，符合設(shè)計(jì)要求，人正常行走時(shí)即為勻速運(yùn)動(dòng)，此結(jié)果說(shuō)明這種方案的設(shè)計(jì)是可行的。圖5-2腳尖Y方向位移分量腳尖速度分析圖5-3腳尖XY方向速度分量圖5-4腳尖X方向速度分量由于腳部有前伸和后縮兩個(gè)主要?jiǎng)幼?，所以速度線圖有正負(fù)兩種速度，收腿時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)小峰值，可能是由于大腿和小腿共同運(yùn)動(dòng)時(shí)間差導(dǎo)致的。圖5-5腳尖Y方向速度分量Y方向也出現(xiàn)了正負(fù)速度，是由于腳部的抬高和放低兩個(gè)過(guò)程。腳尖加速度分析圖5-6腳尖X方向加速度分量加速度大致圍繞在一個(gè)恒定值，隨著時(shí)間的推移，出現(xiàn)了波動(dòng)，是由于振動(dòng)的不斷加強(qiáng)導(dǎo)致。圖5-7腳尖Y方向加速度分量手臂分析手臂位移分析圖5-8手臂X方向位移分量圖5-9手臂Y方向位移分量由以上兩圖可以看出手臂的擺動(dòng)根本符合勻速運(yùn)動(dòng)，與腳部的伸縮相互配合，到達(dá)人行走的狀態(tài)，手腳相互交替擺動(dòng)。手臂速度分析圖5-10手臂XY方向速度分量圖5-11手臂X方向速度分量圖5-12手臂Y方向速度分量手臂加速度分析圖5-13手臂X方向加速度分量圖5-14手臂Y方向加速度分量第6章結(jié)論6.1兩足步行機(jī)器人機(jī)構(gòu)特點(diǎn)本次設(shè)計(jì)中我們利用了凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)了凸輪輪廓曲線來(lái)較準(zhǔn)確地控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)路線，大致到達(dá)了人體步行動(dòng)作的連貫性和穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。并且分別對(duì)大腿和小腿的不同運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)采用不同的凸輪輪廓曲線，使運(yùn)動(dòng)更形象逼真，而凸輪又靠電機(jī)來(lái)帶動(dòng)，以這種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行走。6.2設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)此次設(shè)計(jì)對(duì)兩足步行機(jī)器人的設(shè)計(jì)及空間運(yùn)動(dòng)步態(tài)規(guī)劃開(kāi)展研究，具有一定的啟發(fā)性和應(yīng)用價(jià)值。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)如下。一、純機(jī)械機(jī)構(gòu)、步行穩(wěn)定、動(dòng)作流暢在總結(jié)多種兩足步行機(jī)器人腿部構(gòu)型的優(yōu)缺點(diǎn)根底上，提出一種能夠利用純機(jī)械構(gòu)件實(shí)現(xiàn)行走的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)巧妙地將凸輪傳動(dòng)引入到平面連桿機(jī)構(gòu)中，有效地克服一般機(jī)器人存在的行走不穩(wěn)定、動(dòng)作僵硬等缺點(diǎn)，還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、驅(qū)動(dòng)力矩大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用這種腿部機(jī)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)了可以帶動(dòng)手臂甩動(dòng)的8自由度空間兩足步行機(jī)器人，使該機(jī)器人具有良好的整體性能。二、小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)、節(jié)能降耗、平安環(huán)保該兩足步行機(jī)器人采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，在模擬控制的約40mm/s的平均行走速度下，假設(shè)機(jī)器人重量為50kg，經(jīng)過(guò)估算可知每一個(gè)電機(jī)的功率不到30w，充分證明機(jī)器人確實(shí)完成了節(jié)能降耗、平安環(huán)保的改進(jìn)。三、兼并機(jī)構(gòu)的高效合理與外觀的協(xié)調(diào)美觀基于仿生學(xué)和人體工程學(xué)，注重了結(jié)合機(jī)器人機(jī)構(gòu)的高效合理和外觀的協(xié)調(diào)美觀，在設(shè)計(jì)中詳細(xì)考慮到將一些傳動(dòng)軸隱藏到機(jī)器人的胸膛和臀部中，使組建完成的機(jī)器人不僅傳動(dòng)精度高、動(dòng)作流暢，而且具有結(jié)構(gòu)優(yōu)良、外形自然、步行行為類(lèi)人等特點(diǎn)。凸輪方案與滑塊方案比照，其最主要的缺點(diǎn)是大小腿有各自的凸輪和電機(jī)帶動(dòng)，使得自由度增多，不便于初始調(diào)節(jié)。關(guān)于方案的優(yōu)劣比照，前文已經(jīng)詳細(xì)談到，這里不再贅述。另外，機(jī)器人的研制堪稱(chēng)一個(gè)國(guó)家科技開(kāi)展水平的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一，我們的設(shè)計(jì)固然存在著許多的缺點(diǎn)。首先是機(jī)器人的重心移動(dòng)問(wèn)題，在我們的論文討論中根本忽略了，然而這卻是一個(gè)十分重要和根本的問(wèn)題。然后關(guān)于機(jī)器人的傳感控制局部，這在電氣和計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的碩士論文中非常常見(jiàn)，更是構(gòu)型分析和性能要求的重點(diǎn)，但遺憾的是本論文并未涉足。其三，由于知識(shí)水平的欠缺，我們沒(méi)有對(duì)機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)理論分析及優(yōu)化方面進(jìn)行研究。6.3設(shè)計(jì)結(jié)果從三維仿真效果看，設(shè)計(jì)的兩足步行機(jī)器人行走穩(wěn)定自然、動(dòng)作連貫流暢，大小腿的抬動(dòng)和放低動(dòng)作到達(dá)了準(zhǔn)確位置的要求，手臂的甩動(dòng)符合常人行走的特征，角度亦完全正確，根本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求。從運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真的結(jié)果看，位移曲線相當(dāng)光滑并且隨時(shí)間的推移而呈直線上升，即等速運(yùn)動(dòng)，符合設(shè)計(jì)要求，人正常行走時(shí)即為勻速運(yùn)動(dòng)，此結(jié)果說(shuō)明這種方案的設(shè)計(jì)是可行的；速度曲線由于腳步的位置變化而有正負(fù)之分，收腿時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)小峰值，可能是由于大腿和小腿共同運(yùn)動(dòng)時(shí)間差導(dǎo)致的。Y方向也出現(xiàn)了正負(fù)速度，是由于腳部的抬高和放低兩個(gè)過(guò)程，總體較為穩(wěn)定；加速度曲線大致恒定，隨時(shí)間推移出現(xiàn)了小的波動(dòng)，是由振動(dòng)的不斷加強(qiáng)導(dǎo)致的。第7章收獲與體會(huì)首先,對(duì)機(jī)械原理這門(mén)課程有了更深入的了解。平時(shí)只停留在一個(gè)初等的感性認(rèn)識(shí)水平,沒(méi)有真正的理解透所學(xué)的具體原理該如何應(yīng)用的問(wèn)題,但在自己做設(shè)計(jì)過(guò)程中老在問(wèn)為什么,如何解決,通過(guò)這樣的想法，使自己對(duì)自己所學(xué)的理論有了深入的理解.在設(shè)計(jì)過(guò)程中,如何才能把所學(xué)的理論運(yùn)用到實(shí)際中,這才是我們學(xué)以所獲,學(xué)以致用的真正宗旨,這也是當(dāng)我們從這個(gè)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)后所必需具有的能力,這也更是從學(xué)到時(shí)間的過(guò)程,才能為自己在以后的工作中游刃有余,才能為機(jī)械工業(yè)的開(kāi)展盡綿薄之力.其次對(duì)所學(xué)的專(zhuān)業(yè)課產(chǎn)生了很大的興趣，對(duì)專(zhuān)業(yè)軟件的運(yùn)用更加熟練。在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)機(jī)械的很多東西滲透在我們生活的方方面面,小到鐘表,大到航天器。這也給自己很大的學(xué)習(xí)范圍和任務(wù)，更給了自己很大的開(kāi)展空間和興趣的培養(yǎng)。在設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)和動(dòng)畫(huà)模擬以及運(yùn)動(dòng)模擬分析的過(guò)程中，不斷地操作如AutoCAD、SOLIDWORKS、ADAMS這些機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)軟件，不僅穩(wěn)固了機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖、運(yùn)動(dòng)原理的知識(shí)，而且讓我們?cè)诙潭痰臅r(shí)間里快速地學(xué)會(huì)了新的制圖軟件，觸摸了高端的機(jī)械設(shè)計(jì)工具，為畢業(yè)以后的機(jī)械行業(yè)繼續(xù)深造提供了必要的軟件根底。最后對(duì)團(tuán)隊(duì)的合作有了更深的體會(huì)。每個(gè)人不可能方方面面都會(huì)，這就需要團(tuán)隊(duì)組員各自發(fā)揮自己的優(yōu)點(diǎn)，說(shuō)出各自的想法，取長(zhǎng)補(bǔ)短，這樣才能從別人身上學(xué)到自己所缺的能力和品質(zhì)，在現(xiàn)代的企業(yè)合作中，團(tuán)隊(duì)合作精神是很重要的，各個(gè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)都需要很多人傾注心血，這樣才能使企業(yè)有長(zhǎng)遠(yuǎn)的開(kāi)展。設(shè)計(jì)過(guò)程中我主要負(fù)責(zé)文獻(xiàn)資料的查找與整理，方案評(píng)價(jià)和選擇，傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)，PPT制作。黃凱主要負(fù)責(zé)方案設(shè)計(jì)，三維建模，運(yùn)動(dòng)仿真，凸輪設(shè)計(jì)與校核，動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果的分析。機(jī)構(gòu)尺寸共同設(shè)計(jì)完成。這門(mén)課程的結(jié)束是我們這學(xué)期學(xué)習(xí)的終點(diǎn)，但卻是我們?cè)賹W(xué)習(xí)、再創(chuàng)造的開(kāi)端，學(xué)海無(wú)涯，天外有天，我們將繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)機(jī)械綜合設(shè)計(jì)這門(mén)學(xué)科的學(xué)習(xí)和研究，以更飽滿(mǎn)的熱情投入到今后的學(xué)習(xí)生活中，做不斷探索，勇于創(chuàng)新的西南交大機(jī)械學(xué)子。第8章致謝本次課程設(shè)計(jì)原本是設(shè)計(jì)一個(gè)兩足步行椅，然后得到了何朝明老師的建議和悉心指導(dǎo)，最后完成了這個(gè)行走機(jī)器人，在此對(duì)他表示衷心地感謝。參考文獻(xiàn)YusukeSetal.Designofabattery-poweredmulti-purposebipedallocomotorwithparallelmechanism[A].proceedingsofthe20**IEEE/RSJInternationalConferenceonIntelligentRobotsandSystems[C].Lausanne,Switzerland:20**.2658-2663.郭清.教學(xué)雙足行走機(jī)器人的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2021.陳禮順.空間超冗余度機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究[D].成都:西南交通大學(xué)，2021.8宋繼祥等.兩足步行機(jī)器人的靜態(tài)平衡分析[J].煤礦機(jī)械,20**,〔28〕:72-74李紅兵.兩足步行機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及步態(tài)規(guī)劃研究[D].南京:東南大學(xué),2021.5梁靜強(qiáng).雙足步行機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真[D].南昌航空大學(xué),20**.6ShuujiKajitaandKazuoTANI.ExperimentStudyofBasedDynamicWalkingintheLinearPendulumMode[J].Proceedingofthe1995IEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation,2885-2889.GONGTao,CAIZ-ixing.Parallelevolutionarycomputingand3-tierloadbalanceofremoteminingrobot[J].Trans.NonferrousMet.Soc.China,20**,〔13〕:948-952QHuang,SKajitaetal.AHighStability,SmoothwalkingPaternforaBipedRobot.ProceedingofICRA'99,65-71.LIUChanghuanetc.BipedRobotwithTriangleConfiguration[J].CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERING,2021,〔25〕:20-28附錄1建模過(guò)程：〔一〕大腿的建?！捕承⊥冉！踩衬_掌建?！菜摹炒笫直鄣慕！参濉惩尾康慕！擦成仙斫！财摺城案鞑考！舶恕惩馆喭ㄟ^(guò)SOLIDWORKS使用參數(shù)自動(dòng)生成。生成的大小凸輪如下?！簿拧逞b配與組建工作?！彩辰o凸輪裝以驅(qū)動(dòng)馬達(dá)〔十一〕模擬環(huán)境下進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真附錄二

附錄三一、兩足步行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀機(jī)器人是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)開(kāi)展的必然產(chǎn)物，人類(lèi)創(chuàng)造機(jī)器人的目的就是設(shè)法用機(jī)器人代替人類(lèi)從事某種工作或效勞人類(lèi)。雙足機(jī)器人的研制開(kāi)始于上世紀(jì)70年代末，由于國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都從事于這一領(lǐng)域的研究工作，使得雙足機(jī)器人的研究工作進(jìn)展迅速，如今已經(jīng)成為機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的主要研究方向之一。從開(kāi)展到現(xiàn)在，所經(jīng)歷的時(shí)間雖然不長(zhǎng)，可是在各國(guó)研究人員的致力研究下，已取得了不少成果，也裝配出了不少樣機(jī)。雙足行走機(jī)器人可以按照自由度、機(jī)構(gòu)類(lèi)型、控制方式等的不同來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。雙足行走機(jī)器人按照步行機(jī)構(gòu)自由度數(shù)目的多少可分為多自由度步行機(jī)器人和少自由度步行機(jī)器人。少于7個(gè)自由度的為少自由度步行機(jī)器人，其它為多自由度步行機(jī)器人。多自由度步行機(jī)器人由于機(jī)構(gòu)自由構(gòu)件多，因而動(dòng)作空間大、靈活性好、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、變速較為方便。但由于動(dòng)力源較多，因而體積大、重量較重、控制比較復(fù)雜、控制精度要求高、本錢(qián)高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、研制難度大。而少自由度步行機(jī)器人卻具有與之恰好相反的優(yōu)缺點(diǎn)。但少自由度步行機(jī)器人也可以應(yīng)工作環(huán)境要求在其上增加自由度，對(duì)系統(tǒng)作相應(yīng)改變，這是一個(gè)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從低級(jí)到高級(jí)的過(guò)程，從而到達(dá)滿(mǎn)足實(shí)用的要求。另外在一定的工作環(huán)境中，少自由度步行機(jī)器人同樣能完成一定的預(yù)期工作，而且能發(fā)揮它體積小、重量輕、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)、對(duì)于使用要求在一定的空間范圍內(nèi)的用戶(hù)具有很大的吸引力。所以無(wú)論從長(zhǎng)遠(yuǎn)的開(kāi)展的觀點(diǎn)還是從目前的現(xiàn)實(shí)可行性出發(fā)，開(kāi)發(fā)少自由度步行機(jī)器人仍是當(dāng)前的開(kāi)展方向。目前認(rèn)為比較成熟且廣泛被人們認(rèn)識(shí)的主要有純機(jī)構(gòu)形式、仿生機(jī)構(gòu)形式和控制學(xué)的多關(guān)節(jié)等三種。純機(jī)構(gòu)形式的典型應(yīng)用有東京大學(xué)舟橋彥明教授采用的平面連桿機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是自由度較少，具有少自由度步行機(jī)器人特點(diǎn)；仿生機(jī)構(gòu)形式類(lèi)似于人足的純關(guān)節(jié)形式，其代表有早稻田大學(xué)加藤--fig先生研究的純關(guān)節(jié)雙足機(jī)器人〔WL．5型〕，其特點(diǎn)是仿照人腳形式，通過(guò)各關(guān)節(jié)的聯(lián)合動(dòng)作實(shí)現(xiàn)步行移動(dòng)；控制學(xué)形式如東京大學(xué)的熊那么付男先生研究的多自由度雙足機(jī)器人，完全使用控制理論來(lái)實(shí)現(xiàn)。按照應(yīng)用環(huán)境的不同，機(jī)器人可以分為工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人兩大類(lèi)。所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。而特種機(jī)器人那么是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并效勞于人類(lèi)的各種先進(jìn)機(jī)器人，包括效勞機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人等。效勞機(jī)器人中專(zhuān)門(mén)有一類(lèi)為殘疾人效勞的機(jī)器人，被稱(chēng)為助殘機(jī)器人。目前有一種雙足步行椅機(jī)器人正是這種助殘機(jī)器人的一種，是在擬人機(jī)器人根底上，專(zhuān)為下肢殘疾、行動(dòng)不便的殘疾人所設(shè)計(jì)的新型助殘機(jī)器人。二、國(guó)外研究現(xiàn)狀說(shuō)起國(guó)外機(jī)器人的研究現(xiàn)狀，不得不先提到日本。日本是世界上最早研究雙足步行機(jī)器人的國(guó)家之一。其研究主要集中在大學(xué)和大型公司的研究所。世界上第一臺(tái)仿人步行機(jī)器人就誕生于日本早稻田大學(xué)的加藤一郎實(shí)驗(yàn)室[4]。早在1967年，早稻田大學(xué)就研制出的WL-1結(jié)構(gòu)上模仿了人體的下肢，通過(guò)雙腿模擬實(shí)驗(yàn)研究出行走的根本參數(shù)。接著1969年的WL-3通過(guò)電動(dòng)液壓伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下肢關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)可以根本實(shí)現(xiàn)人的走和坐的動(dòng)作。1971年又研制出的WL-5進(jìn)一步改進(jìn)，雙腿各具有5個(gè)自由度，可以通過(guò)程序控制它行走方向的改變。1973年早稻田大學(xué)研制的Wabot-1是第一個(gè)完全按照人的比例研制的，實(shí)現(xiàn)了平地的靜態(tài)行走，直到現(xiàn)在，早稻田大學(xué)的機(jī)器人研究所一致在不斷改進(jìn)其Wabot系列雙足步行機(jī)器人。之后加藤實(shí)驗(yàn)室的WL-9DR仍然采用液壓驅(qū)動(dòng)，通過(guò)16位機(jī)的控制第一次真正實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)動(dòng)態(tài)的擬人行走。1983年加藤實(shí)驗(yàn)室研制出的WL-10R是在以前研制的根底上采用了碳纖維高強(qiáng)度塑料盒盤(pán)式旋轉(zhuǎn)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)向前向后和平面的轉(zhuǎn)彎，實(shí)現(xiàn)了每步周期1.5秒，步長(zhǎng)40cm的平穩(wěn)動(dòng)態(tài)步行。WL-10RD是在前者的根底上增加了程序控制從而實(shí)現(xiàn)平坦路面1.3秒/步，梯路面2.5秒/步的行走速度。1986年WL12以及其改進(jìn)型WL-12RDIII，在腰部增加了兩個(gè)自由度，通過(guò)控制用軀干的運(yùn)動(dòng)來(lái)平衡下肢的運(yùn)動(dòng),可以實(shí)現(xiàn)在位置路面情況下的行走。根本實(shí)現(xiàn)機(jī)器人下肢的擬人行走的自主控制。東京大學(xué)的一名名叫井上博允的教授的研究小