一种新型的空间仿生机械腿的机构设计与研究_朱建功

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1、机械设计与制造第3期18MachineryDesign＆Manufacture2012年3月文章编号：1001-3997（2012）03-0018-02一种新型的空间仿生机械腿的机构设计与研究*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611756）DesignandanalysisofanewspacialbionicmechanicallegZHUJian-gong，DONGDa-wei，SUNJun-gang，ZHUJun-xing，XIAOWei（SchoolofMecha

2、nicalEngineering，SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu611756，China）【摘要】调查目前仿生机器人的研究现状，提出一种空间仿生机构和可变形腿运动机构。该机构具有运动灵活、自由度少、适应性强的特点。利用D-H矩阵分析法和直角坐标分析法对该机构的基本运动单元的运动学进行了理论分析，并给出了运动方程。利用SolidWorks三维造型软件进行了机构的

3、三维建模与干涉检查，利用ADAMS软件建立了这种新型的仿生机器人的虚拟样机，进行了基本运动单元的运动学仿真。根据机构的位移矩阵变换原理，进行了轨迹的对比分析，提出可变形腿机构。关键词：新型空间仿生机构；机构设计；运动学研究；虚拟样机技术【Abstract】Basedontheinvestigationofthecurrentstatusofresearchesonbiomimeticrobot，anewspatialbionicmechanicallegthatcanbe

4、deformedisproposed，whichhasadvantagesoffewdegreeoffree－dom，strongflexibilityandadaptability.Uponhomogeneoustransformation，kinematicsanalysisofeachbasicfunctionalcomponentofthemechanismwascompleted，andkinematicalequationwassetup.WiththeuseofSoli

5、dworks，three-dimensionalmodeliscreated.WiththeuseofADAMS，thisnewtypeofbionicrobotproto－typeisestablished，andthekinematicmotionsimulationofthebasicunitisconducted.Accordingtothedisplacementmatrixtransformtheory，adeformablelegmechanismisproposedand

6、comparativeanalysisoftrajectoryisconducted.Keywords：Spatialbionicmechanism；Kinematicalresearch；Mechanicaldesign；Virtualproto－typing中图分类号：TH12，TP242.3文献标识码：A1前言O5X5OF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Z5β都设计出各种各

7、样的多足仿生运动机器人。但研究发现，这些机器ECX3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BO23X47DO3（O4）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Z22Z3X2机构多数为平面机构，在空间机构的研究方面，目前比较匮乏。综O1ZZ4I146H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A1A′5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X1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。G2基本单元的运动学分析

8、图1腿部机构运动简图2.1腿部结构自由度计算建模参数取值：5一般空间机构的自由度计算公式为F=6（N-1）-ΣPiCi，式AA′=84mm；A′B=28mm；BD=24mm；FG=123mm；AF的垂直i=1中：N—机构的构件数（含机架）；Pi—第i类运动副的数目；Ci—第距离75mm。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2.2腿部机构的正运动学分析在图示机构中，杆AA′B是主动件，绕轴AA′作转动。构中，机构的构件数为N=5，第二类运动副有5个，