四足步行机器人的结构设计及仿真毕业论文+cad图纸+三维图纸

摘  要

机器人的研究和制造水平逐渐成为一个国家或者地区综合科技实力的标志。如何实现机器人在复杂环境中顺利工作一直是研究人员关注的焦点。国内外工程技术人员一直致力于研究机器人的动态步行，如何降低结构自由度并简化控制一直是研究的难点。本课题从仿生学原理出发设计了一种能实现动态步行的新型四足步行机器人。

本文对多足机器人的技术现状和特点进行了综合分析，确定了本课题的研究目标和预期结果。通过对马的对角小跑步态分析，完成了对四足步行机器人步态的分析与原理方案的设计，主要包括步行机构的原理方案和转弯机构的原理方案。

基于上述的原理方案，对步行机器人的结构进行了设计，主要内容有总体装配图设计、腿部结构设计、转弯结构设计。在机构设计完成的基础上，对齿轮轴、直齿圆锥齿轮、轴承等关键零件进行了校核计算。最后运用Pro/E软件为机器人进行了三维建模和机器人的动作过程进行了仿真。

本次设计完成的四足步行机器人在行走机构设计的基础上加入减震装置，对机器人的研究应用有一定的参考意义。

关键词：四足机器人；仿马步态；转弯机构；减震装置

ABSTRACT

The research level of robot and manufacturing has become a symbol of a country or a region’s comprehensive scientific and technological strength. The robot how to realize to working in the complex environment has become the focus of researchers. All engineering and technical personnel in the world, has been committed to research dynamic walking robots, how to reduce the degree of freedom of the structure and simplifies the control has been the difficulty of the study. This topic depart from the principle of bionics and design a new type of dynamic quadruped walking robot.

This paper analyzes the technical status and characteristics of multi-legged robots, identified the topic of research objectives and expected results. Through the horse trotting gait analysis, analysis of quadruped walking robot gait and design the principles of the program, including the principles of the program and turn the principles of agency programs walking institutions.

Based on the above principle scheme, the structure of walking robots were designed, the main contents are the general assembly drawing design, structural design of the legs, turning structural design. On the basis of mechanism design is completed, check and calculate the gear shaft, straight bevel gears, bearings and other key parts. Finally using Pro/E software to make animation for the action process of robot.

The innovative design of quadruped walking robot walking mechanism and the application of shock absorber have certain reference significance to study on the robot application.

Keywords:  imitation horse gait; quadruped walking robot; turning mechanism;

shock absorber

目  录

摘要 I

ABSTRACT II

第1章 绪论 1

1.1  课题研究的目的和意义 1

1.2  国内外关于四足步行机器人的发展现状 2

1.2.1  国外关于四足步行机器人的发展现状 2

1.2.2  国内关于四足步行机器人的发展现状 3

1.3  本设计的研究目标及完成的主要工作内容、预期结果 5

1.3.1  研究目标 5

1.3.2  设计完成的主要工作内容 5

1.3.3  本设计的预期结果 6

第2章 机器人的步态分析与方案确定 8

2.1  四足步行机器人的步态分析与规划 8

2.1.1  四足步行机器人的步态分析 8

2.1.2  四足步行机器人行走的步态规划 9

2.1.3 四足步行机器人转弯步态规划 9

2.2  四足机器人步行机构的原理设计 10

2.2.1  大腿连杆组的设计 10

2.2.2  小腿连杆组的设计 11

2.2.3  脚底面的设计 12

2.3  四足步行机器人总体方案的确定 13

2.3.1  设计的基本原则及目标要求 13

2.3.2  四足步行机器人的方案设计 13

2.3.3  设计方案的选择和确定 17

2.4  本章小结 19

第3章 四足步行机器人的结构设计 20

3.1  四足步行机器人腿部结构设计 20

3.2 四足步行机器人转弯结构设计 20

3.3四足步行机器人减震装置的应用 21

3.3.1  减振器的工作原理 21

3.3.2  减振器的工作原理图 22

3.4四足步行机器人整体结构方案 23

3.5 本章小结 24

第4章 重要机构部件的参数计算与校核 25

4.1  电机的计算与型号选取 25

4.2  直齿圆锥齿轮传动设计与强度校核 27

4.3  转弯机构传动轴的强度校核计算 30

4.3.1电机输出端转轴的强度校核 30

4.3.2传动轴的强度校核计算 34

4.4  轴承的寿命校核计算 37

4.4.1  电机输出端转轴轴承的寿命校核计算 37

4.4.2  转弯机构传动轴轴承的寿命校核计算 38

4.5转弯机构锥齿轮轴平键的校核计算 38

4.6转弯机构与腿部机体连接螺栓的校核计算 39

4.7本章小结 40

第5章 四足步行机器人的三维建模与运动仿真 41

5.1  概述 41

5.2  三维建模软件的介绍 41

5.3  三维建模工作的主要内容 42

5.4  本章小结 45

结论 46

参考文献 47

攻读学士学位期间发表的论文和取得的科研成果 49

致谢 50