机械创新设计课程设计

*四杆机构的设计：
机器人设计过程中，腿部采用了四 杆机构。在前期时参考了不少有关腿部 机构的资料，这个机构的选择很重要， 主要原因如下： （1）执行机构决定了整个系统的复杂度， 机构越复杂，涉及到的工作和配合越多， 制作的精度就不容易保证。 （2）执行机构关系到运动的最终状态， 决定运行的姿态。 （3）执行机构最终保证整个机器人系统 功能的实现。 设计参数如图： 估算机身高度设置为H=400mm,在 正前方运行时，左腿和右腿之间不会发 生相互干涉，为了保证两腿之间有足够 的距离，两髋关节之间的距离为125mm。
课题：
仿人二足步行机器人爬楼梯行走机构设计
指导老师：
小组成员：
专业班级：机械设计与制造及其自动化13级01班
*设计任务 *机械系统运动方案设计的构想 *执行系统机构设计 *机器人创新点 *主要参考资料 *设计心得
*设计背景：
国外在二足机器人方面研究已经有100多年历史，成果 较多，但大多都结构复杂，造价昂贵，远远超出人们的经济 承受能力。国内的研究相对较晚，虽然也诞生了很多专利， 但由于收到体积、重量、稳定性级安全问题还没有产品真正 投入实用。
经过这次的创新设计我们小队受益匪浅。一个人可以做好一件事儿， 一个团队可以更好的完成一个任务。每个组员都积极的参与到此次的创新 设计中，认真踏实的完成小组分配给自己的任务，积极参与每一次小组讨 论中，尽管因为一些问题发生过争执，但这也使我们更加明白了一个团队 的任务。 在此，谨向王老师致以深深的敬意和由衷的感谢！
经过王老师的指导以及组员们相互之间的配合积极的协作，本 次的创新设计课程设计已经顺利完成。作为一组机械行业的初学者 组成的团队，由于经验的匮乏，以及知识的片面，难免有许多考虑 不周的地方，如果没有王老师的督促和指导，以及同小组成员的支 持，想要完成此次设计的困难将会是难以想象的。本次机械创新设 计是在王老师的悉心指导下完成的。我们从里王老师这里学到了很 多，学到了对待问题应保持的态度，思考问题要全面，思路要开阔 不能拘泥于陈旧的知识，要实时更新我们的知识认知，保持一颗火 热求知的心，这些都是我们将来会受益终生的。
*设计目的：
本设计主要是利用机械原理相关知识合理设计机械腿的 相关尺寸及机构来实现爬楼梯的功能。
*具体方案：
双足机器人步行运动过程中，两只脚交替的与地面，发 生间歇性的相互作用，即交替的出现左脚单支撑，双脚支撑 和右脚单支撑的状态，周期性的不断前进。机器人设计过程 中，腿部采用了四杆机构。腿部结构是机器人身体里主要的 部分，根据仿生学的知识，人腿部结构大致为：髋关节，和 膝关节，还有踝关节和脚。本文采用曲柄摇杆机构实现其直 线行走和爬楼梯功能的。两组腿交替的变换使机身能向前运 动，他们每组都支撑机体的重量，并在负重的状态下使机体 的前行。
*腿各部分的设计：
大腿设计图：
脚部设计图：
小腿设计图：
*机器人主要创新点：
仿人足步行机器人爬楼梯行走机构设计 最大的创新点在于运用四杆曲柄摇杆机构。 四杆机构机构简单，稳定性较高，制作简单， 容易实现。 曲柄为主动件且等速转动，作为机器人 的大腿部件，而摇杆为从动件变速往返摆动， 作为小腿部件，脚步设计以增加机器人的稳 定性。通过曲柄摇杆机构的往返运动已实现 机器人的直线行驶以及机器人爬楼梯行走。 曲柄摇杆机构作为仿人足步行机器人的 主要运动部件制作简单，容易实现，成本低 廉，绿色环保。
*腿部设计：
腿部结构是机器人身体里主要的部分，根据仿 生学的知识，人腿部结构大致为：髋关节，和膝 关节，还有踝关节和脚。本文采用曲柄摇杆机构 实现其直线行走和爬楼梯功能的。两组腿交替的 变换使机身能向前运动，他们每组都支撑机体的 重量，并在负重的状态下使机体的前行，所以适 应的刚性和承载能力是非常重要的，所以对承载 能力有着限制。
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*方案优点：ห้องสมุดไป่ตู้
1.四杆曲柄摇杆机构结构简单稳定，机构之间连接性 好，制作精度容易保证； 2.机器人稳定性好，四杆机构能循环运动容易现实直 线行走； 3.生产成本低，产品绿色环保。
*髋关节设计：
假定髋关节在步行过程中机器人高度H不 变，髋关节的位置对ZMP（零力矩点）的影响 很大，对机器人能否保持稳定步行起到至关重 要的作用。初次规划的轨迹不一定能使机器人 稳定，所以在髋关节轨迹规划时设几个可调参 数，通过调节参数使机器人保持稳定。如下图 所示，dxs表示摆动脚落地时髋关节到支撑腿 踝关节的距离，dxe表示摆动脚抬起时髋关节 到支撑腿踝关节的距离。