Solidworks的4足仿生机器人设计与行走步态分析(3)

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4.1 四足仿生机器人的轨迹规划概念 35

4.2 四足机器人参数设置 35

4.3 轨迹规划方法 36

4.4 轨迹规划插值法 36

4.5 轨迹规划 38

4.5.1 路径规划 38

4.5.2 轨迹的时间分段 44

4.5.3 位置轨迹方程 45

4.6 本章小结 52

5四足仿生机器人模型仿真 53

5.1 虚拟样机的建立 53

5.2 仿真结果分析 58

5.3 本章小结 66

6四足仿生机器人样机设计 67

6.1 材料选择 67

6.1.1 材料选择原则 67

6.1.2 材料对比 67

6.2 驱动方式选择 69

6.3 零部件设计 71

6.4 四足机器人装配 78

6.5 本章小结 79

结论 80

论文总结 80

展望 81

参考文献 82

致谢 84

1 引言

1.1 课题研究背景和意义

机器人是人类征服大自然和社会发展过程必不可少的工具。机器人技术包括了多门学科如机械学，电子学，力学，控制工程，计算机，传感器，仿生学等[1]，是机电一体化典型产品。

经过几十年的发展过程，机器人技术越来越成熟。传统的机器人或者是固定不动，主要应用在工业场合上，或者是轮式，履带应用比较广泛。但是，轮式的机器人在某些复杂地形上就不能正常工作。随着科学技术发展，的别是仿生学，人类已经研发成功了足式机器人。足式机器人的优点是：步行时，轨迹是一系列离散的足点，可以良好地避障，而且还减少了破坏环境的程度。尽管地面高低不平，机器人仍然可能比较平稳地行走[2]。因此，足式机器人在穿越森林，海底，草地，石滩，泥土等复杂地形比传统的轮式机器人有明显的优势。足式机器人被广泛应用在军事，太空，探测，救援，家庭娱乐等领域上。足式机器人能代替了人类在某些恶劣环境下如高温，极寒，高压，辐射，危险地形完成任务，避免人收到的伤害。足式机器人当中，四足仿生机器人占了大部分，基于仿生四足动物如马，牛，够等的运动器官的结构和工作原理。四足仿生机器人因为具有结构复杂度不高，带负载能力强，稳定性好，制造成本较低的综合性质而得到各国科学家的研究重视。

研究四足仿生机器人的一般过程是：首先通过设计要求提出总体设计方案，然后进行详细的设计，建立样机模型并对其仿真，制作实体以及验证和调整。

本课题研究四足仿生机器人结构设计及其行走步态分析。设计了一款能够实现行走运动步态，有一定的越障能力。

1.2 机器人运动方式概述

传统的机器人有两种普遍运动方式既轮式和履带式。在比较平坦，连续的地形上，轮式机器人运动速度快，稳定性好，控制方便。但是在复杂地形上，轮式机器人就难以正常工作。为了克服轮式机器人在复杂地形上运动的缺点，履带式应运而生。履带式机器人得到了比较广泛应用。可是，轮式和履带式机器人仍然受到地形的约束。人类早已经对大自然进行探测，征服，但地球上陆地的地形占90% 以上是非结构，很复杂的[3]，只靠轮式和履带式机器人往往是不够的。随着科学发展，仿生机器人被研制成功，包括很多类型，其中足式仿生机器人得到了最多科学家的关注。足式机器人不管在平坦地形还是凹凸不平，泥泞不堪，斜坡，沙滩都能行走自如。除此以外，足式仿生机器人的承载能力也比较强，破坏环境程度低，使得足式仿生机器人应用越来越广阔。