四足行走小車的設計

四足行走小車的設計,行走,小車,設計 四足行走小車的設計一、課題背景1.1 課題來源我的課題《四足行走小車的設計》的來源即導師所給，參考當前足式機器人的火熱研究，所確定的適合本科畢業(yè)生的課題。1.2 實際應用價值 根據(jù)調查,在地球上近一半的地面不適合于傳統(tǒng)的輪式或履帶式車輛行走,但是一般多足動物卻能在這些地方行動自如。因此,足式小車與輪式及履帶式小車相比具有獨特的優(yōu)勢。足式小車對崎嶇路面具有很好的適應能力,足式小車的立足點是離散的點,可以調整姿態(tài)在可能到達的地面上選擇最優(yōu)的支撐點。足式小車還具有主動隔振能力,允許機身運動軌跡和足式運動軌跡解耦。盡管地面高低不平,足式小車仍然可以相當平穩(wěn)地行走。因此足式小車受到各國研究人員的普遍重視,已經(jīng)成為機器人研究中一個引人注目的研究領域。四足行走小車被認為是最佳的足式小車的形式，四足交替行走小車比兩足行走承小車載能力強、穩(wěn)定性好,同時又比六足、八足行走小車結構簡單、易于控制。二、國內外研究現(xiàn)狀目前國內四足步行機器有一種是通過多桿機構的創(chuàng)意組合來達到模仿馬匹的行走動作的機構基于仿生機構原理設計,具有不同于一般輪式交通工具的特點,能夠跨越障礙;對于該機器的研究為復雜步行機器人的設計奠定了基礎，從仿生設計的角度出發(fā),對真馬的腿部骨骼、步態(tài)、足部軌跡、重心補償特性進行了分析總結； 采用幾何解法,把空間幾何問題分解成若干個平面幾何問題,給出各個]1[關節(jié)角給定量的計算方法。然后對運動學正、逆問題以及工作空間進行了計算-1-機仿真以及實驗研究,實驗結果表明了該方法的正確性。 ]4[研究者們對四足機器人行走過程的仿真分析,建立了四足機器人的三維軟件模型,導入仿真軟件 ADAMS 中,通過加入約束和動力分析 ,以一定形式的步態(tài)分析實現(xiàn)了機器人在平面上的行走。并以機器狗模型為例子分析了穩(wěn)定性以及在行走過程中各部分動作產(chǎn)生的影響,為研究智能化玩具程序開發(fā)和四足機器人提供借鑒。 [2]還有一種基于 AIBO 四足機器人提出了一整套運動控制方法。方法包括正向運動學計算,反向運動學計算,運動軌跡的平滑插值方法以及全向行走的實時軌跡規(guī)劃。為實現(xiàn)四足機器人平滑的行走軌跡,本文同時給出了一種改進型三維拉格朗日插值方法,可有效平滑腿部末端運動軌跡,減少機械損傷。 [3]目前國外最具代表性的足式步行機器人有某電信通信大學研發(fā)的 Tekken ，美國俄亥俄州立大學研發(fā)的四足機器人 KOLT ，以及美國 Carnegie Mellon 大學與 Boston Dynamics 公司等聯(lián)合研制的 Little Dog 和 Big Dog [23] 等.Big Dog 不依靠輪子而是依靠四條“鐵腿”行走 [5]，這個四足機器人在遭到橫加猛踹之后，打個趔趄，能繼續(xù)前行。機器騾子能在山地執(zhí)行任務。這種大狗機器人能夠在戰(zhàn)場上發(fā)揮非常重要的作用：在交通不便的地區(qū)為士兵運送彈藥、食物和其他物品。它不但能夠行走和奔跑，而且還可跨越一定高度的障礙物。該機器人的動力來自一部帶有液壓系統(tǒng)的汽油發(fā)動機。-2-三、課題研究的內容及解決的關鍵問題通過本畢業(yè)設計，可以生鞏固和深化我所學的基本理論、基礎知識以及基本，培養(yǎng)學生綜合運用所學理論基礎、技術基礎課程和專業(yè)知識分析和解決工程技術問題的能力；綜合訓練我的調查研究、查閱文獻和收集資料的能力；提高我的總結提煉和撰寫科技論文的能力等。本課題的研究內容包括以下幾個方面：（1）設計四連桿機構，實現(xiàn)機構的平穩(wěn)行走；（2）用 Solidworks 進行運動系統(tǒng)的仿真，驗證機構是否干涉、機構運動的可行性； （3）選擇電機，整個小車的結構設計、傳動系統(tǒng)設計；（4）購買所需材料，進行小車的加工制作，裝配調試。-3-4、技術路線具體過程如下：（1）利用圖解法直觀、簡單、快捷的優(yōu)點完成四連桿機構的初步設計；（2）對小車電機進行選擇，以及傳動系統(tǒng)設計，完成小車整體結構設計；（3）利用三維軟件完成產(chǎn)品的設計開發(fā)，設計中主要使用SolidWorks 軟件對零部件進行虛擬設計，提高產(chǎn)品的設計效率，并生成相關零件的實體模型； （4）利用虛擬樣機技術對產(chǎn)品進行運動仿真設計中將應用SolidWorks軟件對小車足部機構進行運動模擬和分析，導出其運動軌跡曲線，驗證是否達到預期的設計要求，并優(yōu)化；（5）利用制圖軟件繪制產(chǎn)品工程圖設計中將應用SolidWorks工程圖等制圖軟件繪制產(chǎn)品各部件的零件圖及裝配圖；五、關鍵技術介紹本課題主要基于圖解法進行四足交替行走小車的設計，并利用軟件的虛擬仿真技術進行運動分析。5.1 作圖法設計四桿機構對于四桿機構來說，當其鉸鏈中心位置確定后，各桿的長度也就確定了。用作圖法進行設計，就是利用各鉸鏈之間相對運動的幾何關系，通過作圖確定各鉸鏈的位置，從而定出各桿的長度。圖解法的優(yōu)點是直觀、簡單、快捷，對三個設計位置以下的設計是十分方便的，其設計精度也能滿足工作要求，并能為解析法精確求解和優(yōu)化設計提供初始值。-4-5.2 SolidWorks 造型技術在目前市場上所見到的三維 CAD 解決方案中，SolidWorks 是設計過程比較簡便而方便的軟件之一。（1）在 SolidWorks 中，當生成新零件時，可以直接參考其他零件并保持這種參考關系。在裝配的環(huán)境里，可以方便地設計和修改零部件。（2）SolidWorks 可以動態(tài)地查看裝配體的所有運動，并且可以對運動的零部件進行動態(tài)的干涉檢查和間隙檢測。（3）用交替位置顯示視圖能夠方便地顯示零部件的不同的位置，以便了解運動的順序。交替位置顯示視圖是專門為具有運動關系的裝配體而設計的獨特的工程圖功能。六、進度安排序號各階段名稱 起止日期 備注1 文獻翻譯 2015.12.18-2016.1.8完成英文翻譯，1 月 1 號翻譯好，并交給指導老師2文獻查閱，熟悉連桿機構設計原理、星座機構的類型、設計原理和方法，撰寫開題2016.1.9-2016.2.20完成開題報告撰寫，2 月 20 日開題報告發(fā)給指導老師；準備 3 月 11日之前開題-5-報告3四連桿行走機構的設計和運動仿真，四足行走小車整體結構設計2016.2.21-2016.3.203 月 20 日之前提交小車整體三維造型4四足行走小車模型的加工制作2016.3.21-2016.5.1 4 月 22 日之前完成中期檢查5 撰寫畢業(yè)論文，答辯 2016.5.2-2016.5.10 5 月 11 日將畢業(yè)論文交給指導老師七、參考文獻[1]雷雄韜. 四足步行機器的研制[D]. 華中科技大學: 雷雄韜, 2006[2]汪秉權, 章正偉. 基于虛擬仿真的四足機器人行走研究[J]. 輕工機械, 2009, 27(3): 5-7[3]許濤. 一種四足機器人全向行走運動控制方法[J]. 電子制作, 2014,(9):20-21[4]藍益鵬, 王雷. 馬型四足行走智能機器人的研究[J]. 組合機床與自動化加工技-6-術, 2009,(11):9-16[5] 林寒. 美軍機器狗 :現(xiàn)實版 “木牛流馬”[N]. 世界報. 2008-12-10 (013)[6]孫恒，陳作模，葛恩杰.機械原理（第八版）.北京：高等教育出版社，2013[7]濮良貴.機械設計（第九版）.北京：高等教育出版社，2013[8]黃真，趙永生，趙鐵石.高等空間機構學.北京：高等教育出版社，2006[9]周建軍，胡濤，陳耀.單自由度腿部機構的四足機器人穩(wěn)定性的研究.浙江：杭州電子科技大學機械電子工程研究所，2014[10]江洪，酈祥林，金志揚.Solidworks2011 基礎教程（第四版） .北京：機械工業(yè)出版社。2012[11]張忠將.Solidworks2011 機械設計完全實例教程 .北京：機械工業(yè)出版社，2012[12]盧松明,郭策 ,戴振東. 足式機器人腳的仿生結構設計[J]. 機械制造與自動化, 2012(6):160-164[13]D. 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