机械5

步行四边形机器人结构设计 摘要 随着当今科技不断进步，越来越多的领域开始出现机器人，人们会利用机器人完成一些危险任务或者复杂情况下的工作，从而减少对人员产生的威胁和伤害。纵观机器人行业的发展情况，步行四边形机器人可谓是庞大的一个分支，因其具有稳定性强，承载能力好以及结构设计简单等优势，同时相对于超过六英尺，八条腿的机器人来说，更加的小巧轻便，所以近些年来备受机器人行业设计者的喜爱和重视。 本文所设计的机器人为六足机器人，采用六足昆虫足的对称分布形式，相对的两条腿由同一根轴进行驱动，轴与轴之间通过同步带轮进行连接来传递动力，直流伺服电机与中间轴通过同步带轮连接充当动力源。在进行步行时保证至少有三个足与地面相接触，以满足机器人在行走过程中的稳定性，以此为条件规划了对角步态，即同样动作的三足的分布方式为对角线分布。步行运动采用四杆机构来进行实现，通过分析各杆件的长度与杆件间的位置关系证明了四杆机构可以实现步行动作；并通过对其压力角、传动角的分析研究，验证了四杆机构具有良好的运动性能。 关键词步行机器人；四杆机构；步态规划 Structure Desig
n Of Walki
ng Quadrilateral Robot Abstract With the co
nti
nuous progress of scie
nce a
nd tech
nology，more a
nd more fields begi
n to appear robots. People will use robots to complete some da
ngerous tasks or work i
n complex situatio
ns，so as to reduce the threat a
nd harm to people. Looki
ng at the developme
nt of the robot i
ndustry，walki
ng quadrilateral robot is a huge bra
nch，because it has the adva
ntages of stro
ng stability，good beari
ng capacity a
nd simple structure desig
n. At the same time，compared with the robot with more tha
n six feet a
nd eight legs，it is more compact a
nd light，so i
n rece
nt years，it is loved a
nd valued by the desig
ners of the robot i
ndustry. The robot desig
ned i
n this paper is a hexapod robot，which adopts the symmetrical distributio
n form of Hexapod i
nsect foot. The two opposite legs are drive
n by the same shaft. The power is tra
nsmitted betwee
n the shaft a
nd the shaft through the sy
nchro
nous pulley. The DC servo motor a
nd the i
ntermediate shaft are co
n
nected through the sy
nchro
nous pulley as the power source. I
n order to meet the stability of the robot i
n the process of walki
ng，at least three feet should be co
ntacted with the grou
nd surface duri
ng walki
ng. Based o
n this co
nditio
n，the diago
nal gait is pla
n
ned，the distributio
n mode of the same three feet is diago
nal distributio
n. The walki
ng motio
n is realized by four-bar mecha
nism. By a
nalyzi
ng the relatio
nship betwee
n the le
ngth of each bar a
nd the positio
n of the bar，it is proved that the four-bar mecha
nism ca
n realize the walki
ng motio
n. Through the a
nalysis of its pressure a
ngle a
nd tra
nsmissio
n a
ngle，it is proved that the four-bar mecha
nism has good motio
n performa
nce. Key words walki
ng quadrilateral robot; four-bar mecha
nism; cra
nk rocke 目录 摘要I Abstract II 第1章绪论1 1.1研究背景与研究的目的与意义1 1.2发展现状1 1.2.1国内发展现状1 1.2.2国外发展现状4 1.3本课题研究内容5 1.4本章小结5 第2章步行四边形机器人总体结构方案设计6 2.1拟定步行四边形机器人总体方案6 2.1.1方案的比较6 2.1.2步行四边形机器人步态规划8 2.1.3方案的确定9 2.2本章小结9 第3章结构的设计与校核11 3.1四杆机构的设计11 3.1.1曲柄存在的条件11 3.1.2急回运动特性和行程运动速比K的关系12 3.1.3压力角和传动角13 3.2机械传动的设计与计算14 3.2.1直流伺服电机的选型14 3.2.2同步带轮的设计15 3.2.3传动轴设计与计算21 3.3关键零部件的校核22 3.3.1轴的强度校核22 3.3.2键的强度校核23 3.4本章小结24 第4章主要零部件的3D建模与机器人的装配25 4.1轴的3D建模25 4.2带轮的3D建模25 4.3步行四边形机器人的装配26 4.4本章小结28 结论29 致谢30 参考文献31 附录A 33 附录B 43 绪论 研究背景与研究的目的与意义 近年来互联网技术的发展速度越来越快，带动了机器人技术的发展，使得机器人不再像从前那样局限于某些领域，各种各样的机器人融入到我们的生活中。现在最广泛被人们使用的是轮式机器人以及履带式机器人，多用于仓库存储、物资运输等地面较为平坦且环境简单的地方，例如快递仓库所使用的轮式机器人[1]。这类机器人在城市的工作效率很高，可以取代人类完成一些简单、机械化的工作，但不适用于复杂环境在野外等环境工作效率大大降低。为了满足人们的需求，足式机器人应运而生。它相比于其他类型的机器人有更加强大的环境适应性，可在凹凸不平的地面、沙滩等其他复杂地形进行移动[2]。 足式生物因其强大的机动能力与灵活性而遍布全世界的大陆，这种能力也足以支撑其在多种复杂环境之下行动自如。步行四边形机器人则是模仿自然界中灵活性较强的四足生物而来，如典型的犬型机器人，可在山地、丛林、建筑废墟中活动自如，进行物资运输、侦查、搜救等工作[3]。其次，在同等体积的情况下步行机器人的稳定性要强于轮式、履带式机器人，在出错的情况下也具有很强的自我调整能力。步行四边形机器人的结构决定了其质量、灵活度、运动能力等多种重要参数，所以步行四边形机器人机构设计可以优化机器人的各种性能，使其更加适应地形、降低运动时的错误率，从而提高其工作效率，对人类社会进步和发展有着重大意义。