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n 机械结构的设计 传动方案的选择 根据机械手臂的设计原则及要求，我们初步选择了两种传动方案 l 方案1 ? 第一、二转动自由度选择伺服电机传动，它精度高，传动比高，效率 高，噪膏小，震动小，传动部分的零部件都是标准件，容易购买，安 装方便。 ? 笫三升降自由度和第四转动自由度选择同步带传动。它传动精度高， 结构紧凑，传动比恒定。传动功率大，效率高，但安装要求比较高， 而且负载能力有限。 l 方案2 ? 第二自由度采用二级同步齿形带传动，但是安装要求高，结构也较复 杂。 ? 第三自由度选择伺服减速电机直接驱动丝杠螺母传动，把旋转运动转 变为直线运动，传动精度高，而且丝杠具有自锁的功能；但是速度不 宜太高，而且相对同步齿形带来说重量比较重，需要电机的输出转矩 更大，加工要求比较高。 ? 其它自由度和方案1一样。 n 以上两个方案从传动上来看都是可以实现的。方案1在结构上是最简 单的，所以比较容易实现；方案2结构较复杂，加工和安装都比较困 难。方案1用的标准件比较多，零部件比较少，所以容易加工和购买。 综合考虑，我们选择方案1。 ２.足式行走机构 （１）足的数目 现有的步行机器人的足数分别为单足、双足、三足、四足、六足、八足甚至更多。足的数目多，适合于重载和慢速运动。双足和四足具有最好的适应性和灵活性，也最接近人类和动物。下页图显示了单足、双足、三足、四足和六足行走结构。 ２.足式行走机构 （２）足的配置 足的配置指足相对于机体的位置和方位的安排，这个问题对于多于两足时尤为重要。就二足而言，足的配置或者是一左一右，或者是一前一后。后一种配置因容易引起腿间的干涉而实际上很少用到。 （２）足的配置 几何构型 弯曲方向 （３）足式行走机构的平衡和稳定性 静态稳定的多足机 动态稳定 （３）足式行走机构的平衡和稳定性 静态稳定的多足机 　　其机身的稳定通过足够数量的足支撑来保证。在行走过程中，机身重心的垂直投影始终落在支撑足着落地点的垂直投影所形成的凸多边形内。这样，即使在运动中的某一瞬时将运动“凝固”，机体也不会有倾覆的危险。这类行走机构的速度较慢，它的步态为爬行或步行。 （３）足式行走机构的平衡和稳定性 动态稳定 　　典型的例子是踩高跷。高跷与地面只是单点接触，两根高跷在地面不动时站稳是非常困难的，要想原地停留，必须不断踏步，不能总是保持步行中的某种瞬间姿态。 　　在动态稳定中，机体重心有时不在支撑图形中，利用这种重心超出面积外而向前产生倾倒的分力作为行走的动力并不停地调整平衡点以保证不会跌倒。这类机构一般运动速度较快，消耗能量小。其步态可以是小跑和跳跃。 机器人设计与分析 n n n n n 内容介绍 机器人本体总体设计思路 本体运动学分析 平衡缸设计优化 动力学仿真分析及电机、减速机选型 关键零件结构校核 n 关节柔性分析 机器人本体总体设计思路 l 设计思路 作业分析 方案设计 结构设计 出详图 仿真分析 机器人本体总体设计思路 l 设计步骤 - 作业分析 - 机械手需要完成哪些动作？工作空间大小？负载大小、动作指标？以 及所处的环境？ - 方案设计 - 确定构型；运动学分析确定杆件参数；动力源及关节传动方式；平衡 方式。 - 结构设计 - 具体的机械结构及接口设计——三维造型、装配 - 仿真分析 - 建立系统动力学模型，根据指标参数进行动力学仿真并分析，确定电 机、减速机型号。对关键零部件进行有限元分析。如果不符合要求， 则返回方案设计和结构设计步骤。如此反复迭代，称为动态设计。 - 出详图 本体运动学分析 l 工作空间分析过程 工作空间计算 在初选参数条件下，即R=400， L2=1100，L3=1110腕部点轨迹如 图，最大臂展2610 - - - 动力学分析 l 机器人动力学 研究对象：机器人在力作用下的运动和关节在运动中产生的力 多刚体系统动力学（高逼真要求下，才考虑多柔体系统动力学） 推导方法有：牛顿-欧拉迭代法、拉格朗日法、凯恩法等 机器人动力学推导是一件很复杂、很繁琐的事情！通常情况下，采用软件来