一种新型的空间仿生机械腿的机构设计与研究
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—— — Ｌ
１ 日 ｌ Ｊ吾
仿生机器人近几年一直是国内外的一个研究热点 ，各国学者 都设计出各种各样的多足仿生运动机器人。但研究发现， 这些机器 人大多采用一个 电机控制一个 自由度， 对控制的要求高 ， 运行精度
低， 承载能力弱， 并且机械机构方面研究较少 ， 而且调查发现现存的
根 据 Ｔ～＝ｏ（， ）ｒｎ Ｏ 】 ｒ （ ｄ Ｒ （ ，ｉ ｉ０ １ ｉ ＝ ｄ １ ａ （ ， ）Ｏ ｎｚ １ Ｏｏ ｚＯ ， ，， ＇ Ｒ Ｔ ｌ Ｔａ ０ ， ） ｔ ） ＝
０ ０ １ ２ ３４ ５ ，， ，。并结合 以上参数可得到各变换矩阵如下 ： Ｏ
５
Ｆ６Ｎ １一 ；＝ｘ５１－２ ： ￣ ３ ｘ—ｘ— ｘ＝ ＝ （－ ）２ Ｐ ； 【－ ） ｘ － ｘ ＝ ４５４３ ｌｌ Ｃ６ Ｐ Ｃ ｐ Ｃ６
动态坐标系的 Ｄ Ｈ参数 ， — 如表 １ 所示。
★来稿 口期：０ １０ — ５ ★基金项 目： ２ １－ ５ ０ 西南交通大学国家大学生创新性实验计划项 目（０ ０ １ １ ） １ １６ ３ ５
ｄ ｐａｅ ｅ ｔ ａ ｉ ｔ ｎ ｏｍ ｔ ｉ ｌ ｍ ｎ ｔｘ ｒ ｓ ｒ ｓ ｃ ｍ ｒ ａ ｆ
ｔｊｃｏ ｏ ｄ ｃｅ ． ｒ ｅ ｔ ｙｉｃ ｎ ｕｔｄ ａ ｒ ｓ
Ｋｅ ｒ ： ｙ ｗｏ ｄｓ Ｓｐａ ｉ ｏ ｔａｌｂｉ ｎｉ ｔ ｐｉ ｙ ｎｇ
中 图分 类号 ： Ｈ１ ，Ｐ ４ ． 文 献标识 码 ： Ｔ ２Ｔ ２ ２ ３ Ａ
机构多数为平面机构 ， 在空问机构 的研究方面． 目前比较匮乏。综 上， 我们提 出了一种空间连杆机构， 作为机器人的步行机构 ， 并结合 腿部的变形机构大大降低 了控制的难度与研发的成本 ， 也适当地提 高了其承载能力与运动可靠性 ， 同时提高了对复杂环境的适应性。
２基本单元 的运动学分析
由 ： ｏ
得到最终的矩阵形式为
３２ 利 用虚拟样机 绘制的仿 真 曲线 ．
把三维模 型导人 Ａ Ａ 辅助分析软件 ， Ｄ ＭＳ 添加材质 ， 运动副
ｏ
：
Ｏｙ ａｙ
，
吼 Ｐ＝ ｌｚｏ ｎ
代人 以上各矩阵即可。
和约束 ， 建立机构的虚拟样机模型 ， 并进行运动学仿真 ， 依次获得
Ｚ ｉｎ ｇ ｎ ， ＨＵ Ｊａ — ｏ ｇ ＤＯＮＧ Ｄａ ｗ ｉＳ ｕ － ａ ｇ Ｚ ｕ － ｉｇ ＸＩ ｅ － ｅ ， ＵＮ Ｊ ｎ ｇ ｎ ， ＨＵ Ｊ ｎ ｘｎ ， ＡＯ Ｗ ｉ
冰
（ ｃ ｏ ｌ ｆ ｃ ａ ｉａ ｎ ｉｅ ｒｎ ， ｏ ｔｗｅ ｔ ｉｏｏ ｇＵｎｖ ｒｉ ， ｈ ｎ ｄ ７ ６ Ｃ ｉａ Ｓ ｈ ｏ ｈ ｎｃ ｌ ｇｎ ｅｉｇ Ｓ ｕｈ ｓ Ｊａ ｔｎ ｉｅｓ ｙ Ｃ ｅ ｇ ｕ６１ ５ ， ｈｎ ） ｏ Ｍｅ Ｅ ｔ １
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Ｏ ０ ０ １
图 ２Ｓ ｌ Ｗｏ ｓ ｏ ｄ ｒ 三维机构图及足端轨迹 ｉ ｋ １ ． 底座 ２电机驱动杆 ３ ． ． 球铰 ４滑杆 ５滑块 ６ ． ． ． 滑移轴承支座 ７电机 ８ ． ． 丝杠 ９腿 ｌ． ． ０关节转动轴 Ａ Ｂ足端轨迹 ，．
于 时 间 的 曲线 ， 图 ３ 示 。 如 所
ｍ ｏ ｅ １ ｄｌ ＰＡＲ ｌ ： Ｔ １ ＰＡＲ ＴＭ ｌ
２２ 直角 坐标分析 法 ．２ ＿
以 Ｆ为坐标原点 ， 轴水平 向右平行 于杆 Ａ 轴竖直 向 Ａ，
上 ， 可 由右 手 定 则判 定 。 轴 则有 ： 已知 ： 为坐 标 原点 （ ，， ） Ｆ点 ０ ００ ，
朱建功 董 大伟 孙俊 刚 朱俊兴 肖 威 （ 西南交通大 学 机械工 程学院 ， 成都 ６ １５ ） １７ ６
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ ａｎ ｌｓｓｏ ｅ ｓ ａ ｉＩ ｉ ｎｃ ｍｅ ｈ ｎｃ ｌｅ ｓ ｇ ｎ ａｙ ｉ ｆ ｎ ｗ ｐ ｃａ ｏ ｉ ｃ ａ ｉａ ｌｇ ａ ｂ
ｔ ｅｉ ｅｔ ｌｈｄａｄｔｅｋ ｅ ａｃｍ ｔｎｓ ｕ ｔｎｏ ｅｂｓ ｎ ｏｄｃ ｄ ｃｏ ｉ ｅ ２ ｙ ｓ ｂ ｓｅ ，ｎ ｉ ｍ ｔ ｏ ｏ ｉ ｌ ｉ ｔ ａ ｃｕ ｉｉ ｃｎｕｔ ． ｃｒ ｎ ｔ ｔ ｐ ｓ ａｉ ｈ ｎ ｉ ｉ ｍ ａｏ ｆ ｈ ｉ ｔｓ ｅＡ ｄ ｇ ｏ ｈ
机 械 设 计 与 制 造
ｌ ８ 文 章 编号 ：０ １ ３９ （０ ２ ０ — ０ ８ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）３ ０ １— ２
第 ３期
２１ ０ ２年 ３月
Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ
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Ｍａ ｆ ｃ ｕ ｅ ｎｕ ａ ｔ ｒ
一
种 新 型 的 空 间仿 生机 械 腿 的机 构 设 计 与研 究
Ｏ ０
Ｏ １ ０ Ｏ
１ ０ ０ ０ ０ １ Ｏ ０ ７ ＝ ． ０ １ Ｏ ０
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０ ｌ Ｏ０ Ｏ Ｏ ０ ０ —１ ０
一
ｌ Ｏ
０
１ ０ ０ Ｏ ０ ０ ０ １
０ １ ０ ０
第 ３期
朱建功等 ： 一种新型 的空 间仿 生机械 腿 的机 构设计 与研 究
表 １腿部运动机构的 Ｄ Ｈ参数 —
４ ０
９ 。 ８ ０— ０
１ Ｏ Ｏ ０ ０ ０ ｌ ０ Ｏ
１ ９
旋转时 ， 通过转动副带动滑块５在滑杆 ４上滑动 ， 滑块进而带动
ＩｅＺ，Ａｓｎ Ｚ＝ ／，ｉｗｔ ＋ Ｂ
、 ’ ’ 、
／ 厂 ／
／
ห้องสมุดไป่ตู้
３
／ ， ，
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ｆ ＝∞ ｒ 口 ｆ
／
一，
队％， ， ） Ｌ ； ｂ Ｄ ＼ Ｂ ｙｚ ｙ Ｄ
Ｉ ￣ｚＲ ｚｌ
ｔ （ｅ ｉ ｓｃ） ｍｅ
各杆杆长已知 ， 点坐标为（ ， 乱）其 中 ｙ＝ 。根据实际运动 ， ， ＡＯ
ｊ Ｉ Ｍ 、ｌ ￣ Ｒ： 一 Ａ ］： Ｘ ＦＦ ｒＸ
ｌ ￣，Ｔ１ Ｆ … ｔ ＩＸＯＭ Ｒ ｛ ｚＩ ／ 、 、 、 、
Ｌ ，
副或杆长或角度的约束 ， 得到下列直角坐标系运动方程 ：
４腿部变形机构 的提出
由图 ２研究轨迹 ４和轨迹 曰， ， 发现在跨度 和宽度上 明显不
接固定于底座 １球铰 ３与滑杆 ４ ， 通过螺纹连接 ， 滑块 ５与滑杆 ４ 同 ， 可见虽然运动输出构件的空间位移矩阵相同， 但是位置改变 ，
通过滑移轴承连接 ， 使滑块能在滑杆上移动。滑移轴承支座 ６与 输出的轨迹却大不相同。因此利用平面四连杆机构的变形 ， 螺旋
（
） （ ，２（ ２ｙ ） ＋ ＋
－
） ２ ＿
Ｙ－ ｒ ＤＹ
ｘ ｘＦ
Ｘ（ Ｉ 『 ＸＤ
图 ３轨迹 Ａ的三维坐标值关于时间的曲线 １ ． 基本运动单元的末端轨迹 Ａ的 坐标运动曲线 ２ ． 基本运动单元的末端轨迹 的 ｌ坐标运动曲线 ， ３基本运动单元 的末端轨迹 的 Ｚ坐标运动曲线 ．
５ ｌ
０
滑杆绕球绞转动 ， 从而得到如图所示的腿部运动轨迹。该模型建 模选用参数 ， 如图 １ 所示 。运用 Ｓｌ Ｗｏ ｓ ｏ ｄ ｒ 进行模型创建 ， ｉ ｋ 无干 涉 。利用软件 自带的 ｓ ｌｔｎ分析功能 ， ｉ ａｏ ｍｕ ｉ 得出轨迹 Ａ， 该轨迹具
有跨度和宽度 ， 分别实现越障和行走 。
滑块 ５之间为转动副 ， 与电机驱动杆 ２ 之间为转动副。电机 ７与 副的省力和 自锁特性 ， 通过丝杠 ８与滑移轴承支座 ６建立螺旋副 滑杆 ４之间为转动副连接， 关节转动轴 １ 与腿 ９ 间为转动副 ， 连接 ， ０ 之 设计出可变形腿 ， 通过驱 动电机 ７驱动螺旋副实现腿部 的 电机 ７转动带动丝杠 ８旋转 ，丝杠 ８拉动关节转动轴 ｌ 实现腿 变形 ， Ｏ 从而实现迈步的跨度和高步改变 ， 身体重心抬升和降落 ， 以 部的变形 。电机驱动杆 ２ 为一折杆 ， 当主电机带动电机驱动杆 ２ 便在不 同的环境下 ， 实现稳定的行走 。 增强机器人 的环境适应性 。
机构中位移 ， 速度 ， 加速度等相关 的数据 ， 为模型进一步 的分析优
０ ００ １
（ ： 中， 注 其 为在 Ｂ Ｆ平面中杆 与图中 轴的夹角） Ｄ
化奠定基础 。 利用 Ａ ａ ｓ ｏｔｒｃｓｏ后处理模块得出轨迹如图 ｄ ｍ ／ ｓ ｏｅｓｒ Ｐ Ｐ ２中 Ａ点所示在空 间坐标系 的三维坐标 ， 并绘制了三维坐标值关
３基本运动单元 的运动学仿真与验证
３１三维模型 机构 图 ．
用 Ｓ ｌ Ｗｏｋ 三维建模软件所建立 的三维模型 ， 图 ２所 ｏｉ ｒｓ ｄ 如 示。底座 １ 与机器人身体通过螺钉螺母固结 ， 球铰 ３通过螺纹连
出足端轨迹如图 ２中 ４点所示 ， 通过对轨迹进行研究 ， 在一个运 动周期 内， ， ｚ 向上 ， 在 ｙ， 方 该轨迹均具有跨度 ， 满足越障功能。
』 ， ， — ＝ Ａ 『 Ａ ，
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２ Ｊ ，
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一
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一 一 一
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Ａ ａＹ ， ， ｘ， ） Ａ ｛
【， ＝
；（ ｙ，）， ， ， ｓｔ ， ｚ ｛ ＋ ｍ ； ８Ｂ ， ｌ ｏ Ａ
２１腿部 结构 自由度计算 ．
一
图 １腿部机构运动简图
建模参数取值 ：
ｃ， 式 Ａ ８ ｍ Ａ ＝ ８ ｍ； ） ２ ｍ Ｆ ＝ ２ ｍｍ； Ｆ的垂直 Ａ ＝ ４ ｍ； ２ ｍ ，＝４ ｍ；Ｇ １３ ４
般空 间机构的 自由度计算公式为 Ｆ ６（ 一 ） ＝ Ｎ １一
５ ｍ。 中 ：Ｌ 丰 构的构件数（ ＾ －Ｊ Ｌ 含机架 ） 一第 ｉ ； 类运动副的数 目；厂 第 距 离 ７ ｍ ｃ
利用 Ａ ａ ／ｏｔｒｃｓｏ 采集 了轨迹 的三维坐标值 ， ｄｍｓ ｓ ｏｅｓｒ Ｐ Ｐ 导 入 ｍ ｔｂ ａ ａ 绘制 出三维立体 图形 ， ｌ 如图 ４所示。更直观的表现出输 分别代人各杆杆长和各已知量 ，运用 牛顿迭代法即可求 出 各点 即时的运动特性 。 出轨迹 。 对于步行机器人 ， 必要条件为足端具有跨度， 以便实现越 障和行走。 通过对建立起 的虚拟样机模型分析 ， 设定相关参数 ， 得
． ｉ 类运动副 的约束数 。腿部机构运动简图 ， 如图 １ 所示。 图示机 ２２腿部 机构 的正 运动学分 析 在图示机构中， Ａ ＇ 主动件 ， 杆 ＡＢ是 绕轴 Ａ 作转动。 构 中， 机构的构件数为 Ｎ ５ 第二类运动副有 ５ ， ＝， 个 包括 四个转 动
． 副， 一个移 动副， 还有一个 虚约束（ 去掉 ）第 ３ ， 类运动副有一个 ， ２２１Ｄ Ｈ矩阵分析 法 ． — 根据 Ｄ Ｈ矩阵坐标系的建立方法 ，建立局部动态坐标系 ， — 为球铰 ， Ｐ ， ； １Ｃ＝ 。代人得 ： 故 乒５ Ｃ＝ ＝ ，３３ ４ 如图 １ 所示。０ ｘ ｇ １２ ３４ ５ ，ｏ ｚ为固定坐标系。各局部 ； ， ，， ，）ｘ ｏ －ｙ（ ｙ。
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈｉ ｅ ｙ Ｄｅ ｉ ｎ ｃ ｎ ｒ ｓｇ 文章编号 ：０ １ ３ ９ （０ ２０ — ０ ０ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）３ ０ ２ — ３ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔｒ ｎ ｆ ｃｕ ｅ
第 ３期 ２１ ０ ２年 ３月
基 于 Ｐｏ ｒ Ｅ的齿轮减速 器参数化 系统设计 冰 ／
Ｌ
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１ 日 ｌ Ｊ吾
仿生机器人近几年一直是国内外的一个研究热点 ，各国学者 都设计出各种各样的多足仿生运动机器人。但研究发现， 这些机器 人大多采用一个 电机控制一个 自由度， 对控制的要求高 ， 运行精度
低， 承载能力弱， 并且机械机构方面研究较少 ， 而且调查发现现存的
根 据 Ｔ～＝ｏ（， ）ｒｎ Ｏ 】 ｒ （ ｄ Ｒ （ ，ｉ ｉ０ １ ｉ ＝ ｄ １ ａ （ ， ）Ｏ ｎｚ １ Ｏｏ ｚＯ ， ，， ＇ Ｒ Ｔ ｌ Ｔａ ０ ， ） ｔ ） ＝
０ ０ １ ２ ３４ ５ ，， ，。并结合 以上参数可得到各变换矩阵如下 ： Ｏ
５
Ｆ６Ｎ １一 ；＝ｘ５１－２ ： ￣ ３ ｘ—ｘ— ｘ＝ ＝ （－ ）２ Ｐ ； 【－ ） ｘ － ｘ ＝ ４５４３ ｌｌ Ｃ６ Ｐ Ｃ ｐ Ｃ６
动态坐标系的 Ｄ Ｈ参数 ， — 如表 １ 所示。
★来稿 口期：０ １０ — ５ ★基金项 目： ２ １－ ５ ０ 西南交通大学国家大学生创新性实验计划项 目（０ ０ １ １ ） １ １６ ３ ５
ｄ ｐａｅ ｅ ｔ ａ ｉ ｔ ｎ ｏｍ ｔ ｉ ｌ ｍ ｎ ｔｘ ｒ ｓ ｒ ｓ ｃ ｍ ｒ ａ ｆ
ｔｊｃｏ ｏ ｄ ｃｅ ． ｒ ｅ ｔ ｙｉｃ ｎ ｕｔｄ ａ ｒ ｓ
Ｋｅ ｒ ： ｙ ｗｏ ｄｓ Ｓｐａ ｉ ｏ ｔａｌｂｉ ｎｉ ｔ ｐｉ ｙ ｎｇ
中 图分 类号 ： Ｈ１ ，Ｐ ４ ． 文 献标识 码 ： Ｔ ２Ｔ ２ ２ ３ Ａ
机构多数为平面机构 ， 在空问机构 的研究方面． 目前比较匮乏。综 上， 我们提 出了一种空间连杆机构， 作为机器人的步行机构 ， 并结合 腿部的变形机构大大降低 了控制的难度与研发的成本 ， 也适当地提 高了其承载能力与运动可靠性 ， 同时提高了对复杂环境的适应性。
２基本单元 的运动学分析
由 ： ｏ
得到最终的矩阵形式为
３２ 利 用虚拟样机 绘制的仿 真 曲线 ．
把三维模 型导人 Ａ Ａ 辅助分析软件 ， Ｄ ＭＳ 添加材质 ， 运动副
ｏ
：
Ｏｙ ａｙ
，
吼 Ｐ＝ ｌｚｏ ｎ
代人 以上各矩阵即可。
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Ｏ ０ ０ １
图 ２Ｓ ｌ Ｗｏ ｓ ｏ ｄ ｒ 三维机构图及足端轨迹 ｉ ｋ １ ． 底座 ２电机驱动杆 ３ ． ． 球铰 ４滑杆 ５滑块 ６ ． ． ． 滑移轴承支座 ７电机 ８ ． ． 丝杠 ９腿 ｌ． ． ０关节转动轴 Ａ Ｂ足端轨迹 ，．
于 时 间 的 曲线 ， 图 ３ 示 。 如 所
ｍ ｏ ｅ １ ｄｌ ＰＡＲ ｌ ： Ｔ １ ＰＡＲ ＴＭ ｌ
２２ 直角 坐标分析 法 ．２ ＿
以 Ｆ为坐标原点 ， 轴水平 向右平行 于杆 Ａ 轴竖直 向 Ａ，
上 ， 可 由右 手 定 则判 定 。 轴 则有 ： 已知 ： 为坐 标 原点 （ ，， ） Ｆ点 ０ ００ ，
朱建功 董 大伟 孙俊 刚 朱俊兴 肖 威 （ 西南交通大 学 机械工 程学院 ， 成都 ６ １５ ） １７ ６
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机 械 设 计 与 制 造
ｌ ８ 文 章 编号 ：０ １ ３９ （０ ２ ０ — ０ ８ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）３ ０ １— ２
第 ３期
２１ ０ ２年 ３月
Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ
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Ｍａ ｆ ｃ ｕ ｅ ｎｕ ａ ｔ ｒ
一
种 新 型 的 空 间仿 生机 械 腿 的机 构 设 计 与研 究
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第 ３期
朱建功等 ： 一种新型 的空 间仿 生机械 腿 的机 构设计 与研 究
表 １腿部运动机构的 Ｄ Ｈ参数 —
４ ０
９ 。 ８ ０— ０
１ Ｏ Ｏ ０ ０ ０ ｌ ０ Ｏ
１ ９
旋转时 ， 通过转动副带动滑块５在滑杆 ４上滑动 ， 滑块进而带动
ＩｅＺ，Ａｓｎ Ｚ＝ ／，ｉｗｔ ＋ Ｂ
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各杆杆长已知 ， 点坐标为（ ， 乱）其 中 ｙ＝ 。根据实际运动 ， ， ＡＯ
ｊ Ｉ Ｍ 、ｌ ￣ Ｒ： 一 Ａ ］： Ｘ ＦＦ ｒＸ
ｌ ￣，Ｔ１ Ｆ … ｔ ＩＸＯＭ Ｒ ｛ ｚＩ ／ 、 、 、 、
Ｌ ，
副或杆长或角度的约束 ， 得到下列直角坐标系运动方程 ：
４腿部变形机构 的提出
由图 ２研究轨迹 ４和轨迹 曰， ， 发现在跨度 和宽度上 明显不
接固定于底座 １球铰 ３与滑杆 ４ ， 通过螺纹连接 ， 滑块 ５与滑杆 ４ 同 ， 可见虽然运动输出构件的空间位移矩阵相同， 但是位置改变 ，
通过滑移轴承连接 ， 使滑块能在滑杆上移动。滑移轴承支座 ６与 输出的轨迹却大不相同。因此利用平面四连杆机构的变形 ， 螺旋
（
） （ ，２（ ２ｙ ） ＋ ＋
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） ２ ＿
Ｙ－ ｒ ＤＹ
ｘ ｘＦ
Ｘ（ Ｉ 『 ＸＤ
图 ３轨迹 Ａ的三维坐标值关于时间的曲线 １ ． 基本运动单元的末端轨迹 Ａ的 坐标运动曲线 ２ ． 基本运动单元的末端轨迹 的 ｌ坐标运动曲线 ， ３基本运动单元 的末端轨迹 的 Ｚ坐标运动曲线 ．
５ ｌ
０
滑杆绕球绞转动 ， 从而得到如图所示的腿部运动轨迹。该模型建 模选用参数 ， 如图 １ 所示 。运用 Ｓｌ Ｗｏ ｓ ｏ ｄ ｒ 进行模型创建 ， ｉ ｋ 无干 涉 。利用软件 自带的 ｓ ｌｔｎ分析功能 ， ｉ ａｏ ｍｕ ｉ 得出轨迹 Ａ， 该轨迹具
有跨度和宽度 ， 分别实现越障和行走 。
滑块 ５之间为转动副 ， 与电机驱动杆 ２ 之间为转动副。电机 ７与 副的省力和 自锁特性 ， 通过丝杠 ８与滑移轴承支座 ６建立螺旋副 滑杆 ４之间为转动副连接， 关节转动轴 １ 与腿 ９ 间为转动副 ， 连接 ， ０ 之 设计出可变形腿 ， 通过驱 动电机 ７驱动螺旋副实现腿部 的 电机 ７转动带动丝杠 ８旋转 ，丝杠 ８拉动关节转动轴 ｌ 实现腿 变形 ， Ｏ 从而实现迈步的跨度和高步改变 ， 身体重心抬升和降落 ， 以 部的变形 。电机驱动杆 ２ 为一折杆 ， 当主电机带动电机驱动杆 ２ 便在不 同的环境下 ， 实现稳定的行走 。 增强机器人 的环境适应性 。
机构中位移 ， 速度 ， 加速度等相关 的数据 ， 为模型进一步 的分析优
０ ００ １
（ ： 中， 注 其 为在 Ｂ Ｆ平面中杆 与图中 轴的夹角） Ｄ
化奠定基础 。 利用 Ａ ａ ｓ ｏｔｒｃｓｏ后处理模块得出轨迹如图 ｄ ｍ ／ ｓ ｏｅｓｒ Ｐ Ｐ ２中 Ａ点所示在空 间坐标系 的三维坐标 ， 并绘制了三维坐标值关
３基本运动单元 的运动学仿真与验证
３１三维模型 机构 图 ．
用 Ｓ ｌ Ｗｏｋ 三维建模软件所建立 的三维模型 ， 图 ２所 ｏｉ ｒｓ ｄ 如 示。底座 １ 与机器人身体通过螺钉螺母固结 ， 球铰 ３通过螺纹连
出足端轨迹如图 ２中 ４点所示 ， 通过对轨迹进行研究 ， 在一个运 动周期 内， ， ｚ 向上 ， 在 ｙ， 方 该轨迹均具有跨度 ， 满足越障功能。
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【， ＝
；（ ｙ，）， ， ， ｓｔ ， ｚ ｛ ＋ ｍ ； ８Ｂ ， ｌ ｏ Ａ
２１腿部 结构 自由度计算 ．
一
图 １腿部机构运动简图
建模参数取值 ：
ｃ， 式 Ａ ８ ｍ Ａ ＝ ８ ｍ； ） ２ ｍ Ｆ ＝ ２ ｍｍ； Ｆ的垂直 Ａ ＝ ４ ｍ； ２ ｍ ，＝４ ｍ；Ｇ １３ ４
般空 间机构的 自由度计算公式为 Ｆ ６（ 一 ） ＝ Ｎ １一
５ ｍ。 中 ：Ｌ 丰 构的构件数（ ＾ －Ｊ Ｌ 含机架 ） 一第 ｉ ； 类运动副的数 目；厂 第 距 离 ７ ｍ ｃ
利用 Ａ ａ ／ｏｔｒｃｓｏ 采集 了轨迹 的三维坐标值 ， ｄｍｓ ｓ ｏｅｓｒ Ｐ Ｐ 导 入 ｍ ｔｂ ａ ａ 绘制 出三维立体 图形 ， ｌ 如图 ４所示。更直观的表现出输 分别代人各杆杆长和各已知量 ，运用 牛顿迭代法即可求 出 各点 即时的运动特性 。 出轨迹 。 对于步行机器人 ， 必要条件为足端具有跨度， 以便实现越 障和行走。 通过对建立起 的虚拟样机模型分析 ， 设定相关参数 ， 得
． ｉ 类运动副 的约束数 。腿部机构运动简图 ， 如图 １ 所示。 图示机 ２２腿部 机构 的正 运动学分 析 在图示机构中， Ａ ＇ 主动件 ， 杆 ＡＢ是 绕轴 Ａ 作转动。 构 中， 机构的构件数为 Ｎ ５ 第二类运动副有 ５ ， ＝， 个 包括 四个转 动
． 副， 一个移 动副， 还有一个 虚约束（ 去掉 ）第 ３ ， 类运动副有一个 ， ２２１Ｄ Ｈ矩阵分析 法 ． — 根据 Ｄ Ｈ矩阵坐标系的建立方法 ，建立局部动态坐标系 ， — 为球铰 ， Ｐ ， ； １Ｃ＝ 。代人得 ： 故 乒５ Ｃ＝ ＝ ，３３ ４ 如图 １ 所示。０ ｘ ｇ １２ ３４ ５ ，ｏ ｚ为固定坐标系。各局部 ； ， ，， ，）ｘ ｏ －ｙ（ ｙ。
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈｉ ｅ ｙ Ｄｅ ｉ ｎ ｃ ｎ ｒ ｓｇ 文章编号 ：０ １ ３ ９ （０ ２０ — ０ ０ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）３ ０ ２ — ３ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔｒ ｎ ｆ ｃｕ ｅ
第 ３期 ２１ ０ ２年 ３月
基 于 Ｐｏ ｒ Ｅ的齿轮减速 器参数化 系统设计 冰 ／