四足步行机器人说明书正文

武汉理工大学毕业论文（设计）————————————————————————————————————————————摘要.......................................41绪论.....................................61.1综述.................................61.2发展概况.............................61.2.1国内发展概况....................71.2.2国外发展概况....................71.3课题背景.............................81.4目的及意义...........................81.5本文主要的研究工作...................92设计内容................................102.1理论依据............................102.2方案实施............................102.2.1方案比较：.....................122.2.2方案的选定.....................123四杆机构的设计...........................133.1基础理论知识........................133.1.1曲柄存在条件...................133.1.2急回运动特性和行程速比K........133.1.3压力角和传动角.................143.2轨迹设计............................153.3方案四杆机构的设计与计算............163.3.1四杆尺寸.......................16武汉理工大学毕业论文（设计）————————————————————————————————————————————3.3.2最小传动角计算.................173.3.3步态分析.......................184传动机构设计.............................194.1传动方案及电机选择..................194.2同步带传动设计......................194.2.1确定计算功率...................194.2.2选择同步带型号.................204.2.3确定带轮齿数、和带轮节圆直径、.204.2.4验算带速.......................204.2.5确定中心距和同步带节线长度及齿数204.2.6作用在轴上的压力...............215主轴组件设计.............................225.1主轴组件的总体布置..................225.2主轴的结构设计......................225.2.1主轴的材料和热处理.............235.2.2初估轴径.......................235.2.3轴的结构设计...................235.2.4轴的强度验算...................256箱体设计.................................276.1箱体材料的选择......................276.3箱体的加工..........................287杆件布层.................................30武汉理工大学毕业论文（设计）————————————————————————————————————————————8操作与安装...............................31小结......................................32致谢....................................34参考文献..................................35武汉理工大学毕业论文（设计）————————————————————————————————————————————摘要在自然界或人类社会中，存在人类无法到达的地方和可能危及人类生命的特殊场合，如工地、防灾救援等许多领域，对这些复杂环境不断的探索和研究往往需要有机器人的介入。四足步行机器人是机器人的一个重要分支，由于四足机器人比两足步行机器人承载能力强、稳定性好，同时又比六足、八足步行机器人结构简单，因而更加受到各国研究人员的重视。整个设计方案主要执行构件为四杆机构。本机构采用对角线一致的原则，通过曲柄摇杆机构带动腿部运动，左前腿与右前腿一致，右前腿与左前腿一致。它是利用连杆曲线特性，当一对角足运动处于曲线的直线段时则着地不动，而另一对角足则处在曲线段做迈足运动，从而可实现类似动物的迈足运动。采用直流伺服电机驱动，通过同步带轮带动曲柄摇杆机构运动。关键词：曲柄摇杆对角线一致传动件主轴组件箱体设计杆件布层武汉理工大学毕业论文（设计）————————————————————————————————————————————AbstractInthenaturalandhumansociety,therearemanyplacesthathumanbeingscannotreachorspecialoccationsthatmayendangerthelivesofhumanbeings,suchasworkingsiteormanyotherareasofdisasterrelief.Weoftenrequirerobotinterventionduringcontinuousexplorationsandstudiesofinthesecomplexenvironment.4feetwalkingrobotisanimportantbranchofrobot.Since4feetwalkingrobothasgreatadvantagesover2feetrobotincarryingcapacityandstability,whilehavingamoresimplestructurethan6,8feetwalkingrobots,manyresearchersattachgreatimportanceto4feetwalkingrobot.Theexecutivebodyofthedesignispar4institutions.Theagenciesadoptthediagonalprinciples.Thepowergoesthroughcrankrockertothelegs.Themovementofleftfrontlegkeepinconsensuswithrightlatterleg,assuch.Thedesigntakeuseoftherodcurvefeatures,whileonepartofthelegsareinthestraightlineandstandstill,theotherpartareinthecurveparttakingstepsforward,soastoachievemovementsimilartoanimals'movement.ThedesignispoweredbyDCServoMotor,whiletransmittedthroughsynchronouspulleys.Keywords:CrankrockeradiagonallinetransmissionPartsthemainshaftcomponentsbodydesignstickarrangement武汉理工大学毕业论文（设计）————————————————————————————————————————————1绪论1.1综述在自然界或人类社会中，存在人类无法到达的地方和可能危及人类生命的特殊场合，如工地、防灾救援等许多领域，对这些复杂环境不断的探索和研究往往需要有机器人的介入。腿式系统有很大的优越性，较好的机动性、崎岖路面上乘坐的舒适性及对地形的适应能力强。所以这类机器人在军事运输、海底探测、矿山开采、星球探测、残疾人的轮椅、教育及娱乐等众多行业，有非常广阔的应用前景，多足步行机器人技术一直是国内外机器人领域的研究热点之一。四足步行机器人是机器人的一个重要分支，由于四足机器人比两足步行机器人承载能力强、稳定性好，同时又比六足、八足步行机器人结构简单，因而更加受到各国研究人员的重视。作为一个男生，自小时候其就对于机器人有着莫大的兴趣。此次毕业设计老师分配给我这个题目，让我感觉到特别兴奋，同时也感觉到了真正动起手来设计机器人也还有许多实际上的难处。由于本专业是机械自动化方面的，此次设计应该是一次简单的机械结构的设计。对于更加精确的控制理论没有过多的研究，设计的主要作用也是作为危险环境下的托运物品。虽然所学知识有限，但我会尽全力去钻研，决定从自己能解决的机械方面的问题着手。1.2发展概况关于四足步行机器的制作的文献，最早见于东汉学者王充的«论衡»第八卷«儒增篇»，“鲁班巧工为母做木马车，木人御者，机关备具，载母其上，一驱不还，遂失其母……”三国时期，诸葛亮处于战争的需要，造出了用于托运粮草的“木牛流马”.目前,机器人的移动方式主要包括:轮式、履带式和足式。其中,轮式和履带式机器人的越障能力弱,不能充分实现运动的灵活性。四足机器人步行腿具有多个自由度,落足点是离散的,故能在足尖点可达域范围内灵活调整行走姿武汉理工大学毕业论文（设计）————————————————————————————————————————————态,并合理选择支撑点,具有更高的避障和越障能力。为此,四足机器人的研究已成为机器人学中一个引人注目的研究领域,而且运动学的研究是步行机器人各项研究的基础。1.2.1国内发展概况国内对于四足步行机器的研究则起源于对木牛流马的复原,1986年王湔在古文献的基础上经过20余年的潜心研究,创制出了单侧十七连杆,并由人力推动的王氏木牛流马,首开了国内研制纯机构步行机器的先河.1992年，王湔更以单腿八连杆机构,加上马车,创作出王氏木车马.在此之后,台湾的颜鸿森教授带领他的弟子,以王氏木车马为基础,研制出了一系列的步行机器,如陈氏的四连杆型和六连杆型,邱氏,黄氏,沈氏步行机器,大陆的王旭辉和查建中等人则以单腿八连杆机构为对象,对其压力角的优化和杆件布层进行了研究和探讨.总之,传统的对象加上科学的分析和先进的理论,使得展.国内在步行机器的研究范围和深度上得到了极大的丰富和拓展.1.2.2国外发展概况关于四足步行机器的研究,最早申请专利的当属1893年由Rygg创作的步行机器马,该机构由齿轮和连杆机构组成,由人坐在马背上脚踏前进,但是却没有做出实物来加以佐证.1913年Gechtolsheim申请专利,也是用齿轮和连杆机构组成的步行机器,但是文献中没有实物的描述,故此时对于步行机器的设计,仅只考虑腿部机构与轨迹的曲线而已.1960年Shigley创作出以连杆组设计四足腿部机构,并利用一组双摇杆机构来控制步行机器的步态,此时对于步行机器的设计,已经加入步态设计的理论.1966年,McGhee和Frank制造出第一台完全以电脑控制的步行机器人,之后对于步行机器的设计,则广泛地应用控制理论.1978年,Hirose将水平控制器装在步行机器上,并在足部装设了维持水平方向行走及修正方向的感应器.1986年Raibert,Chepponis和Brown以液压缸及伺服马达,制造出RUNNINGMACHINE步行机器.对于四