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多足步行机的研究

作　者: 高鹏
导　师: 师帅兵
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 步行机腿机构三角步态静态稳定性动力学
分类号: TH122
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

步行方式相比于轮式、履带式的移动方式具有良好的通过性能和地面适应性，因此可以更好地适应复杂的非结构环境，该项研究得到了国内外众多学者的关注和研究。在智能化的发展趋势下，目前所研究的大部分步行机构的结构和控制比较复杂，主要还是在实验室内进行研究的，真正意义上的用于实际工况中的步行机并不多。如何利用不太复杂的机械结构和控制系统，实现步行机构的行走功能和提高其越障能力是目前步行机研究的主要方向。本研究设计了一种类似哺乳动物直立行走的腿机构，这种机构为一种单自由度闭环式行走机构，其具有在垂直方向承载力较大、结构紧凑、跨越能力强的特点。在这种腿机构的基础上，设计出具有结构简单和易于控制的步行机，使该机构具有直行前进的功能，制作出该步行机并对其进行一些初步测试。论文的主要进行了以下几方面的工作：（1）分析现有步行机构的优缺点，结合杆件类机构的运动分析，设计出了一种结构简单、易于控制的六杆直立行走机构。确定步行机为六足，规划了步行机的动力传动方案，设计出一种单电机驱动的六足步行机，建立了步行机的三维实体模型。（2）给出占地系数对整机性能影响；分析几种典型步态方式，确定机构采用“三角步态”的行走方式，给出三角步态的稳定性分析方法和稳定裕度的计算公式，并规划出步行机的直行步态和定点转弯步态。（3）对步行机进行了整体运动学分析；分析得到该机构的静态稳定性良好，利用ADAMS软件动力学计算功能，对机构进行了实际行走过程的动力学仿真，验证了该机构的运动可行性，且具有良好的行走性能和通过性，没有出现重心变化和侧移现象。（4）对所设计的步行机进行实体加工和装配，完成实物制作；并分别在空载和负载状况下对机构进行运转测试，验证了该机构符合设计要求，能够完成设计时的预期行走动作；并对该步行机测试所得的数据与设计理论数据对比，分析了步行机存在的不足，为之后的研究和改进提供参考和支持。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 研究的目的意义  10-11
  1.2 步行机研究现状  11-15
    1.2.1 国外研究状况  11-14
    1.2.2 国内研究状况  14-15
  1.3 研究内容及技术路线  15-17
    1.3.1 研究内容  15
    1.3.2 技术路线  15-17
第二章步行机的机械机构设计  17-33
  2.1 腿机构设计  17-27
    2.1.1 腿机构的选型  17-19
    2.1.2 步行机运动自由度分析  19-20
    2.1.3 腿机构的确定  20-23
    2.1.4 腿机构改进  23-27
  2.2 整机结构设计  27-31
    2.2.1 设计要求  28
    2.2.2 步行机腿数确定  28-29
    2.2.3 动力传动方案  29-30
    2.2.4 整机的设计  30-31
  2.3 零件设计  31-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章多足步行机的步态规划  33-39
  3.1 步态基本术语  33
  3.2 多足步行机占空系数分析  33-34
  3.3 多足步行机的典型步态设计  34-35
  3.4 三角步态分析  35-38
    3.4.1 稳定性分析  35
    3.4.2 稳定裕度的计算  35-37
    3.4.3 三角步态直行步态设计  37
    3.4.4 三角步态定点转弯步态设计  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章多足步行机的性能分析  39-44
  4.1 步行机的行走步态和静态稳定性  39-40
    4.1.1 步行机的行走步态  39
    4.1.2 静态稳定  39-40
  4.2 动力性能分析  40-42
  4.3 步行机的通过性  42-43
  4.4 本章小结  43-44
第五章样机试制与测试  44-51
  5.1 零件的制作及选用  44-45
    5.1.1 零件的加工  44
    5.1.2 标准件的选用  44-45
  5.2 整机装配  45
  5.3 样机直行实验及分析  45-49
    5.3.1 空载实验结果与分析  46-47
    5.3.2 负载实验结果与分析  47-48
    5.3.3 改进样机实验结果与分析  48-49
  5.4 测试结果分析  49
  5.5 本章小结  49-51
第六章结论与展望  51-53
  6.1 结论  51
  6.2 展望  51-53
参考文献  53-56
致谢  56-57
作者简介  57

多足步行机的研究

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