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(diào)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(diào)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(lǐng)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(jié)構(gòu)簡單、易于控制。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)四足步行機器有一種是通過多桿機構(gòu)的創(chuàng)意組合來達到模仿馬匹的行走動作的機構(gòu)基于仿生機構(gòu)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(chǔ)，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(jié)； 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(guān)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(jié)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(nèi)容及解決的關(guān)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(chǔ)知識以及基本，培養(yǎng)學生綜合運用所學理論基礎(chǔ)、技術(shù)基礎(chǔ)課程和專業(yè)知識分析和解決工程技術(shù)問題的能力；綜合訓練我的調(diào)查研究、查閱文獻和收集資料的能力；提高我的總結(jié)提煉和撰寫科技論文的能力等。本課題的研究內(nèi)容包括以下幾個方面：（1）設計四連桿機構(gòu)，實現(xiàn)機構(gòu)的平穩(wěn)行走；（2）用 Solidworks 進行運動系統(tǒng)的仿真，驗證機構(gòu)是否干涉、機構(gòu)運動的可行性； （3）選擇電機，整個小車的結(jié)構(gòu)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(diào)試。-3-4、技術(shù)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)零件的實體模型； （4）利用虛擬樣機技術(shù)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(gòu)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(guān)鍵技術(shù)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(shù)進行運動分析。5.1 作圖法設計四桿機構(gòu)對于四桿機構(gòu)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(guān)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(shù)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(guān)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(guān)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(gòu)設計原理、星座機構(gòu)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(gòu)的設計和運動仿真，四足行走小車整體結(jié)構(gòu)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(quán), 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(shù), 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(gòu)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(gòu)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(chǔ)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(jié)構(gòu)設計[J]. 機械制造與自動化, 2012(6):160-164[13]D. 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