完整版六足机器人设计毕业设计.docx
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完整版六足机器人设计毕业设计
机电系统设计与制造说明书
设计题目六足机器人设计
班级
姓名
学号
指导老师
.
1.1
4
1.2
4
1.3
4
1.4
5
.
2.1
6
2.2
7
.
3.1
8
3.2
9
3.3
11
3.4
19
.
4.1
17
4.2
18
4.2
19
.
5.1
20
5.2
23
5.3
24
5.4
25
.
6.1
27
6.2
27
6.3
27
6.4
29
.
7.1
31
7.2
32
.
33
第九章附录
34
1.1现状分析
所谓多足机器人，简而言之，就是步行机。
在崎岖路面上,步行车辆优于轮式或履带式车辆。
腿式系统有很大的优越性：
较好的机动性,崎岖路面上乘坐的舒适性,对地形的适应能力强。
所以,这类机器人在军事运输、海底探测、矿山开采、星球探测、残疾人的轮椅、教育及娱乐等众多行业,有非常广阔的应用前景,多足步行机器人技术一直是国内外机器人领域
的研究热点之一。
因此对于多足机器人的研究与设计是非常有意义的一项工作。
1.2六足机器人的意义
六足机器人作为多足机器人里面的代表。
它具有多自由度，
能进行多方向，多角度的移动，可以适应复杂的路况，并联机
器人通过多个支链联接动平台和定平台,从而增加了运动学的
复杂性，因此其研究具有非常重要的意义。
此次课程设计是围
绕具有空间三自由度的六足机器人展开的，它由上平台、下平
台、3根主动杆、3根平行四边形从动支链、3个电动机、连接
板等组成。
主动杆与平台通过转动副相连接，从动杆通过
2个
自由度的转动副与主动杆相连，3个这样的平行四边形从动支链
保证了平台智能有三个方向的自由度。
1.3课程设计的目的
机电系统设计与制造中的机械设计部分，是机械类专业
重要的综合性与实践性教学环节。
其基本目的是：
1.通过机械设计，综合运用机械设计课程和其他选修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和拓展。
2.学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件部件、机械传动装置简单机械的设计原理和过程。
3.进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图，熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经
验数据、进行经验估算和数据处理等。
1.4课程设计的基本要求
本设计的基本要求是：
1.能从机器功能要求出发，制定或分析设计方案，合理选择电动机、传动机构和零件。
2.能按机器的工作状况分析和计算作用在零件上的载
荷，合理选择零件材料，正确计算零件工作能力和确定零件
主要参数及尺寸。
3.能考虑制造工艺、安装于调整、使用与维护、经济和安全等问题，对机器和零件进行结构设计。
4.图面符合制图标准，尺寸及公差标注正确，技术要求完整合理。
2.1机构简化
下图为此次课程设计所要完成的任务的装配图：
图2-1：
六足机器人装配图
为了研究其在运动学及动力学方面的方便，需要将机构
简化为平面机构，在机器人只是向上抬腿时，因为机器人的
下底盘不会前后左右移动，只会沿着z轴方向上下移动，因此，
在上升过程中，可将上底盘固定，在下脚连电机处加上一移
动副和转动副，将机构转化为如下图所示的机构：
xbR
l1
A
l2
a
r
图2-2：
简化的平面机构图
2.2方案设计
根据简化机构，我们制定如下设计方案:
一：
传动装置的方案设计：
分析拟定传动系统方案，绘制
机械系统运动简图。
二：
传动装置的总体设计：
计算传动系统运动学和动力学
参数，选择电动机。
三：
传动零件的设计：
确定传动零件的材料，主要参数及
结构尺寸，包括轴的设计及校核，轴承及轴承组合设计，选
择键联接和联轴器。
四：
机器人装配图及零件图绘制：
绘制机器人装配图和零
件图，标注尺寸和配合。
五：
对整个设计过程进行总结。
3.1杆长分析
假设无限长，那么在图中机构,若杆绕A点逆时针旋转，
则滑块上升。
但此时，几乎不影响杆与x轴夹角b的变化。
因
此，可得如下结论：
机构的抬腿高度此时完全由的长度决定，
但在实际过程中，不可能选择为无限长，但当长度远远大于
时，抬腿高度基本由的长度确定，再考虑上其他因素的影响，
因此预先确定杆长。
xbR
l1
l2
a
h
r
y
图3-1简化机构图
由上图可看出，步距基本上由杆长和转角确定，假设的
最大值为度，则此时
Δx
l3cos450cos300
6l
4
3。
而，因此大体
上。
大体上，可由此预先确定杆长。
根据要求。
抬腿高度为mm，步长为mm。
根据上述，可预
先确定杆长，，圆整到，这样l12l5l3180241262mm。
3.2杆长验证
由图3-1所示：
可得：
l22
l12
y2
rR2
cosa3
y2
rR2
2l
2
用matlab编程模拟选的杆长是否可用，程序如下：
%用杆长计算电机转角
l1=270;
l2=87;
r=36;
R=90;
g=33;
b=r-R;
y=250:
0.1:
285;
a3=acos（（l2*l2-l1*l1+y.*y+（r-R）^2）./（2*l2*sqrt（y.*y+（r
-R）^2）））;
a2=atan（y./（R-r））;
a=（pi-a2-a3）*180/pi
plot（y,a）
title（'用杆长计算电机转角a--y'）;
xlabel（'y,高度-抬腿高度'）;
ylabel（'a,电机转角'）;
设定杆，，，,从变到。
由此运行出下图结果：
图3-2抬腿高度与电机转角图
电机转角最大值：
当时，；
电机转角最小值：
当时，。
这是上底盘不动，下底盘上升时，电机转角的变化范围。
当下底盘不动，上底盘上升时，电机的转角变化也应是
3.3位置分析：
根据电机转角与抬腿高度的关系，验证在此杆长下，下
底盘中心的运动范围。
其结构图如下图所示。
图3-3结构示意图
设,则点在坐标系中位置矢量为
rcos
biorsin
0
i
4i3,i（1,2,3）,
i,i
6
点在坐标系中，位置矢量为
rcos
aiorsin
0
i
3
4i
i,i
i（1,2,3）
6
点在坐标系中
，其中为点与轴的夹角。
假设矢量在坐标中，则矢量在坐标系。
（Rl２sini
因为，BiPi（Rl2sini
l2cosiz
r）cosr）sin
i
i
x
y
2
2
（Rl2sinir）cosix
（Rl2sinir）siniy（l2cosiz）2l1i
2
①
图
3-4
支链矢量图
其中，，
l1i
2
l3
2
4l
5
2
4l3l5
cos
i
②
因为点，点投影在
Y轴上，所以
，通过坐标变换得（其中，，分别为点横纵坐标）
xB1cos240yB1sin240l3sin1，xB2cos120yB2sin120l3sin2。
cos1
4l32
（x
3y）2
2l3
即，则cos
4l3
2
（x
3y）
2
2
2l3
③
cos
l32
x2
3
l3
l112
l32
4l52
2l5
4l32
（x
3y）2
l122
l32
4l52
2l5
4l32
（x
3y）2
④
l132
l32
4l52
4l5l32
x2
根据①②③式得位置反解：
1
arcsin（l112
（R
r）2
（R
r）（
3x
y）
l22
x2
y2
z2
）arctan
2l2z
2
2
2
2l2（Rr）
3l2xyl2
2l2
R
r
3l2x
yl2
4z
l2
2
arcsin（l122
（R
r）2
（R
r）（
3x
y）
l22
x2
y2
z2
）
arctan
2l2z
2l2
R
r
3l2x
yl2
2
4z
2
2
2l2（Rr）
3l2xyl2
l2
3
arcsin（l132
（R
r）2
2（R
r）y
l22
x2
y2
z2
）
arctan
2l2z
4l2（Rry）2
4z2l22
2l2（Rry）
根据位置反解，我们得到了电机转角与步长之间的关系，我
们用MATLAB进行了仿真，其关系如图3-5所示：
图3-5步长与转角关系图
放大之后的图像如下图所示：
图3-6步长放大图
其程序见附录一。
与此同时，我们建立了另一个程序对最大步长进行了检验，图
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