四足行走机构说明书 - 图文

2013届工程机械专业（机越一班）机械创新设计

图2-2 机构三维图

单腿机构的三维图，主要通过两个电动机的水平和竖直运动带动步行足向前移动

表2-1 mm

AD CE AC CF FN L2

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70 70 280 280 30 50

小组成员：何燕飞、郑义、陈斌、周鹏、陈海云：机器人的四足行走机构创新设计

特点：

1.腿部关节主要包括髋关节、膝关节、踝关节、足趾关节，促使具有良好的支撑性能。

2.髋关节、膝关节、踝关节沿马身纵向平面内摆动,可以实现腿部跨越以及马身的重心前移。3.足趾关节为被动关节,可以在马腿落地时有效地起到缓冲作用。

4.有两个平行四边形机构，有较好的稳定性，能够平稳地在凹凸不平的路况上行走 5.耐磨损，承载能力较大；

6.构件的形状简单，加工制造容易且精度高；7.运动形式多样，且传递运动的距离较远。 方案二：

依照四杆机构和其他多杆机构，建立八连杆机构模型并对其进行分析。由于腿部机构的设计是无法完全满足实际所有条件，因此根据曲柄连杆机构原理，确定了八连杆机构作为仿山羊坡地行走机构的单腿机构（图 2-2），主要通过曲柄的旋转运动带动步行足向前移动。其中八连杆单腿腿部机构尺寸见表 2-2。

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图2-3

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表2-2 mm 八连杆机构尺寸 参数 八连杆机构尺寸 36mm AB 31mm 21mm HI 16mm 34mm IJ 45mm 57mm OC与OF夹角θ1 14° 57mm OF与CF夹角θ2 24° 14mm GF与HF夹角θ3 14° 25mm CB与EB夹角θ4 0° 10mm DA与BA夹角θ5 15° 32mm H I 与J I夹角θ6 0° 34mm 参数 OC CF FG FH EI BE CB OA AD GD 特点：

1.该机构应用了多重四杆机构，有8个杆件，运动规律复杂，可达到仿生目的。2.由于各杆件装配过于复杂，组合运动不易达到圆滑，容易出现死点、不受控制等错误以及各杆件的相互摩擦碰撞，难以实现已设定的运动轨迹。 方案三：

从仿生学的角度出发，将行走机构称为“腿”。腿的设计采用六杆闭链机构，即曲柄摇杆机构去控制大小腿实现运动。给定腿的足端的运动轨迹，然后对驱动机构和行走机构的结合点处的轨迹进行拟合，并用优化法确定各杆的尺寸，这样就完成了单条腿的设计。根据对称原则，四条腿选择同样的设计。如图2-3所示，将单条腿分解为驱动机构和腿机构两部分。其中，驱动机构为 AB、 BO2、 O1O 2和 AO1组成的四杆组，腿行走机构为 BC和 CE 组成的二杆组。O1点和O2点和O3为固定支点。

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小组成员：何燕飞、郑义、陈斌、周鹏、陈海云：机器人的四足行走机构创新设计

图2-4

特点：

该机构应用了曲柄摇杆机构，曲柄AO1为原动件时，BO2为遥杆机构可做往复运动，B点可得到设想的运动轨迹。该机构自由度为1，结构简单，运动规律单一，可是整个机构达到运动爬行的目的。

综上三种方案，相较于第二种方案的复杂和第三种方案的过于简单，第一种方案使马型四足行走机器人更加平稳，且其可乘载负荷更重，更使用了平行四边形四杆机构、阻尼压缩杆和组合电机联合运用的特点，更令机器人可行性提升。所以，我们小组选择使用第一种方案。

2.2机构的创新点

根据以上的机构运动原理示意图和三维结构图，不难发现本机构设计有以下的创新点：

1.本结构的一条腿有两个电机做为原动件，可以组合变化，具有较好的灵活设计性，可以利用组合变化得到不同的步态。

2.平行四边形结构在重心前移和行走过程中，机箱和货物的重心的水平高度不发生变化，极大可能地保障了机箱的平稳性。

3.本结构有两个平行四边形连杆机构组成，一个作为主动件，带动机构的行走运动，另一个在接触地面时起缓冲减震和反馈地面路况，迫使机构做出相应动作，从而达到平稳行走的目的。

4.内膝肘式四腿设计可以平衡水平方向的力，地面经提供竖直方向的支持力，可以避免机构因水平受力不均匀而引起的震荡。

5.小腿靠近脚掌一部分设计为阻尼压缩杆，可以起到平稳减震的效果。 6.脚掌部分由软组织材料构成，在凹凸不平的路况上可以起到减震缓冲的效果。 7.由转动副连接而成的连杆机构之间是面接触，这种连杆机构能够实现特定种运动规律和运动轨迹曲线。

8.在动力学分析时，有两个平行四边形机构它们相互约束，改变了平行四边形部分易变形的特征，可以承受一定的重量。

9.该四足行走机构高度小于700mm，腿的重心较低，即使受机箱重量的影响，整个结构也有较低的重心，不易失稳，有助于稳定性的提高。

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