四足步行机器人结构设计

北京交通大学

硕士学位论文

一种四足步行机器人结构设计与分析

姓名：马彪

申请学位级别：硕士

专业：机械设计及理论

指导教师：方跃法

20061201

生塞揸墓

中文摘要

摘要：本文在将平面并联五杆机构应用到四足步行机器人腿部机构的基础上，设计了一套四足步行机器人密封装配结构设计方案。

本论文的研究意义在于：将平面并联五杆机构应用做四足步行机构的腿部机构，提高其跨步能力与柔性；将四足步行机器人的整个控制系统密封装配在机体中，采用动态扭矩传感器控制步行，实现步行机器人在诸如雨水、风沙甚至水中步行的环境适应性。

论文的主要工作有：在对传统步行机构总结分析的基础上，提出将平面并联五杆机构应用予四足步行机器人的腿部结构，并对其轨迹特性、正运动学、逆运动学特性做了详细计算分析；依据平面并联五杆机构的模型，建立机器人步行机构的实体模型，对其足端的轨迹做了图谱规划，并利用插值法对并联驱动端的特性曲线作了研究，并在ＡＤＡＭＳ中进行仿真，将结果与理论值相比较；然后设计了一套四足步行机器人密封装配结构设计方案，建立四足步行机器人单足结构、驱动以及传感器监测的三维实体模型，将机器人的整个控制系统，密封装配在步行机器人的机体中，通过轴传动来驱动步行机构实现步行，采用动态扭矩传感器监测步行机构的驱动关节受到的扭矩变化，从而获得四足步行机器人足端的周围情况，为步行机器人的控制方案莫定了基础；论文的最后在分析步行机器人传统控制传感器的基础上，详细分析了动态扭矩传感器的监测原理，并分几种情况分别分析了其监测原理，并在Ｐｒｏ／Ｅ的Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ模块中实现了监测原理的仿真与验证，最后给出了传感器监测信息与系统判断之间的关系。

关键词：并联驱动；五杆机构；密封装配；动态扭矩传感器；监测原理分类号：ＴＰ２４２

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致谢

本论文的工作是在我的导师方跃法教授的悉心指导下完成的，方跃法教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。

导师方跃法教授严谨求实的治学态度、高屋建瓴的思维方法和深入全面的悉心指导，不仅保证了作者的课题顺利完成，而且使作者的专业理论水平和科研能力得以快速的提高，作者所取得的每一点成绩无不倾注了导师巨大的心血。方教授诲人不倦、严谨的治学作风将使作者终生受益，永远激励作者奋发向上、不断进取。值此成文之际，作者特向尊敬的导师方跃法教授致以最衷心的感谢和最崇高的敬意ｌ

在实验室工作及撰写论文期间，房海蓉教授给予了很大的指导与帮助；姚燕安教授对课题的研究给予了热情的指导和极大的关怀，使作者受益匪浅，在此表示诚挚的谢意ｌ

同时，实验室的郭盛师兄、韩书葵师姐对我论文中的机构运动学分析研究工作给予了热情帮助；槐创锋，张克涛，韩彬，王硕，曾强以及温平等实验室低年级同学，与他们在一起工作和讨论，为作者提供了氛围良好的研究环境。在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。

１绪论

１．１课题研究背景

１．１．１引言