六足机器人行走机构答辩.pptVIP

三角歩态的稳定性分析 六足仿生机器人的两足腿Ai、Bi及质心o在地面坐标系XOY平面内投影为点Ai，、Bi，和C，落在三角架支撑腿构成阴影内，当然了这样的话机器人的稳定性就可以得到很好的保证，选择合适的转角和跨步可以保证重心的位置在我们需要的区域范围之内。 转弯歩态分析 我们都是一般采用以一个中足为中心，再原地转弯从而达到转弯的目的，如右图所示： 六足机器人的步长设计 设根关节、髋关节、膝关节的角度分别为 a=0,b和c.则有： 其中l1、l2、l3分别基节、股节、胫节的的长度，L0、H0分别是初始姿态时机器人腿的伸展量和机体的重心高度。 这样就可以得到步长的最大值。 六足机器人着地点的优化 为了保证机器人运动，两组腿能更加的灵活和稳定，我们就要求三脚架所在的范围尽可能的面积最大化，下图中多边形defgij的面积最大。这样，只要机器人的重心在重叠区域内，机器人可以选择任意一组腿摆动。重合面积越大，机器人的重心的活动范围越大。 坐标系如图所示。为了分析方便，两个全等的等腰三角形；h为三角形在x轴上高；B’A’的斜率k，AB的斜率为(-k)；点B’到线AC的距离或点B到线AC的距离为a；点B’到点B在y轴方向上的距离为b。 由于多边形defgij具有对称性，要求其的面积最大，只需求四边形edji的面积最大。 易求得直线B’A’、AB的表达式： 并求出四边形edji的面积，并求出最大值，当a=h/3时，四边形edji的面积会变为最大 为了提高两三角形的重合度，可增大侧面两个角（∠B和∠B’）的大小，和横向的宽度（h的值），但增量要适当，否则可能增大机器人的重量或者导致各个方向的稳定裕度相差悬殊。从式（7）还可以看出，步行机器人的步长（b的值）越大，两三角形的重叠面积越小，因此，为了提高六足机器人的稳定性，保持它的灵活性，可适当减小步长。 四连杆机构的设计 机器人设计过程中，腿部的四连杆执行机构采用了契贝谢夫直线四杆机构。在前期时参考了不少有关腿部机构的资料，这个机构的选择很重要，主要原因如下： （1）执行机构决定了整个系统的复杂度，机构越复杂，涉及到的工作 和配合越多，制作的精度就不容易保证。 （2）执行机构关系到运动的最终状态，决定运行的姿态。 （3）执行机构最终保证整个机器人系统功能的实现。 理论根据与机构选择 步行机构对于设计机器人是极为重要的，设计时根据上面的原则及实际三维建模进行选择，并且根据实际要求进行了设计，上面图示为六足机器人一条腿的机构简图。 图2-1所示实现步行基本动作的契贝谢夫直线机构，主动杆OB转动时，从动杆端点D端画出包括一段直线的闭合轨迹。这并不是一种实际可行的步行机构，并不能实现需要的运动，只是表明了一组轨迹，它能够实现腿的抬起、落下及一段直线运动。它是一个基础，虽然不能实现运动，但却是我们选择这种步行机构的起源，促使寻找确定可行的方案。主要是参考了鹤式起重机的变幅机构，和挖土机的臂部结构。 图2-2为使足部杆DE与机体始终保持垂直状态的二重平行四边形机构，这是一种比较理想的选择。主要原因： （1）可以毫无限制的提高腿的尺寸，从而说整个身体能站的比较高 （2）不会因腿部放大而放大整个机器人结构 不过设计时发现垂直机构虽然足端轨迹好，但受力不好，走动过程中会发生偏移，两组平行四边形机构并不好实现。 图2-3为改进的契贝谢夫直线四杆机构，该步行机构用于六足机器人中，每三个足一组，着地时间为1/2个周期。如图所示π/2—3π/2的直线段为足着地时的轨迹，3π/2—0—π/2为足跨步时的轨迹。 为了使D点的轨迹平行与地面上的E点，本机构采用另一个反向对称的契贝谢夫机构，相位差为180°，如图中的点O’,A’,B’C’。 该机构上D′点的轨迹与原机构上D点的轨迹完全相同，但移过△s的距离，故DD′连线恒与BB′相平行。用BB′的中垂线上的E′点作足尖，其轨迹必于D、D′的轨迹相同，适于作六足机器人的步行机构。该机构在行进中机体基本上是水平移动。一条腿用二个主动构件，不仅可以提高效率，而且易于控制软件的开发.本文采用双重平行四边形机构来实现足端与地面的垂直,在有限的空间安排太多的运动实现比较困难。 图2——3 图2——4步行腿机构原理图 为了解决该问题我们采用如下方案，机器人要实现前行时，必须得解决抬腿与摆腿两个动作因此我们采用曲柄摇杆机构实现其抬腿动作，在小腿上面安装一个舵机使其实现向前摆动的。该机构不仅解决机构空间布置的难题而且还是机器人的转向更加灵敏。 步行腿机构系统 六足机器人两侧的步行腿系统均相同，行走时一侧一条腿与另一侧的前后两条腿运动步态一致，故采用同一个电机进行驱动,实现腿部的 六足机器人在直线行走过程中需要左拐时，关闭机体左侧电机电源开关，接通右侧电机