四足機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與仿真.pdf

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1、第l6卷第8期軍事交通學(xué)院學(xué)報(bào)V01．16No．82014年8月JournalofMilitaryTransportationUniversityAugust2014●基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)BasicScienceandTechnology四足機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與仿真李栓成，孔瑞祥，李明喜，秦萬(wàn)軍(1．軍事交通學(xué)院軍用車(chē)輛系，天津300161；2．軍事交通學(xué)院研究生管理大隊(duì)，天津300161)摘要：結(jié)合軍用四足機(jī)器人性能要求，確定四足機(jī)器人三自由度的腿部結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)腿部結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，建立四足機(jī)器人足端運(yùn)動(dòng)范圍和大腿液壓缸位移之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。使用仿真軟件對(duì)腿部結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，并對(duì)仿

2、真結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證三自由度機(jī)器人腿部聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理性及有效性。關(guān)鍵詞：四足機(jī)器人；腿部結(jié)構(gòu)；運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中圖分類(lèi)號(hào)：TP24文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1674—2192(2014)08-0091—04KinematicAnalysisandSimulationofQuadrupedRobot’LegStructureLiShuancheng，KongRuixiang2LiMingxi，QinWanjun。，(1．MilitaryVehicleDepartment，MilitaryTransportationUniversity，Tianjin300161，China；2．Postgra

3、duateTrainingBrigade，MilitaryTransportationUniversity，Tianjin300161，China)Abstract：Combiningwiththeperformancerequirementsofaquadrupedrobot，thelegstructureof3degreesof~eedomisdetermined．Throughkinematicanalysisofthelegstructure，themovementrelationshipbetweentherangeofmotionofitsfootendandthedis

4、placementofleg’Shydrauliccylinderisestablished．Thekinematicanalysisofitslegstructureismadebyusingsimulationsoftware．Therationalityandefficiencyoftherobot’Sleglinkageareverifiedthroughtheanalysisofsimulationresults．Keywords：quadrupedrobot；legstructure；kinematicanalysis機(jī)器人的工作環(huán)境復(fù)雜，對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性和適應(yīng)性提出

5、了很高的要求，為了提高機(jī)器1腿部結(jié)構(gòu)模型的建立人的工作能力，其對(duì)于復(fù)雜道路環(huán)境必須有較強(qiáng)的適應(yīng)能力?。對(duì)于腿部的機(jī)械部分來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)軍用四足機(jī)器人腿部模型，目前主要是四自的靈活取決于足部能達(dá)到的運(yùn)動(dòng)范圍。由于機(jī)器由度和三自由度2種腿部結(jié)構(gòu)。四自由度腿部結(jié)人的首要任務(wù)是在有障礙和輪式車(chē)輛無(wú)法到達(dá)的構(gòu)如圖1所示。該結(jié)構(gòu)的特征是四足機(jī)器人的單地方工作，因此機(jī)器人足端工作空間的擴(kuò)展至關(guān)腿具備4個(gè)可控自由度，有4個(gè)主要部件：足部、重要。小腿、大腿和髖，通過(guò)4個(gè)關(guān)節(jié)連接在一起。該腿收稿日期：2013—08—21；修回日期：2014—04—21．作者簡(jiǎn)介：李栓成(1963一)，男，碩士，副教授，碩士

6、研究生導(dǎo)師2014年8月李栓成等：四足機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與仿真93當(dāng)BC段液壓缸作用時(shí)，BC長(zhǎng)度發(fā)生變化引rA=21113sin01起杠桿作用，這里的運(yùn)動(dòng)分析是極容易實(shí)現(xiàn)的，暫2B=2z3(z1cos01一z4)(5)時(shí)不考慮液壓缸所構(gòu)成的ACBD部分。因此，將【C=z；一z一z；一+2zzCOS0。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)一步簡(jiǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的四連桿機(jī)構(gòu)(如圖5求解式(4)可得所示)。03=arcsin()-arctan(魯)(6)式中：z為大腿的長(zhǎng)度；EF桿連接前后2個(gè)桿并傳導(dǎo)力來(lái)驅(qū)動(dòng)小腿擺動(dòng)，其長(zhǎng)度為Z。從式(5)中可以看出，當(dāng)各個(gè)桿件長(zhǎng)度為一定值時(shí)，0和0。之間的關(guān)系是固定的。對(duì)于。(即C

7、DB的補(bǔ)角)，通過(guò)分析液壓缸所在的ABCD部分來(lái)求得，分析簡(jiǎn)圖如圖6所示。G圖5小腿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理／"i＼、、D此時(shí)以D為原點(diǎn)、DA方向?yàn)檩S正方向、垂直向上為Y軸正方向建立坐標(biāo)系，并將各構(gòu)件表示為桿矢量?？芍?，F(xiàn)A與軸的正方向的夾角0為小腿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，因此0，角度的大小直接影響著小腿足端的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍，即足部的運(yùn)動(dòng)空間。在此，每個(gè)桿的角度都是其與軸的夾角，正方向?yàn)槟鏁r(shí)圖6液壓缸作用區(qū)域針?lè)较?。這樣，對(duì)于足端的工作空間分析就轉(zhuǎn)化為FA與軸的正方向的夾角0的轉(zhuǎn)角大小