平行四边形双足步行机器人的设计与研究【附赠CAD图纸、SW三维模型】

附赠CAD图纸和三维图纸、说明书,领取加Q 197216396 或 11970985 目 录1 引言 12 本课题的研究现状、目的及意义 22.1 国内外研究现状与成果应用 22.2 课题目标 62.3 研究意义 62.4 本章小结 73 功能分析与原理设计 83.1 平行四边形双足步行机器人的功能分析 83.1.1 平行四边形双足步行机器人的总共能 83.1.2 平行四边形双足步行机器人的分功能 83.1.3 平行四边形双足步行机器人的辅助功能 83.1.4 平行四边形双足步行机器人的控制功能 83.1.5 平行四边形双足步行机器人的功能结构图 83.2 平行四边形双足步行机器人伸缩变形部分的原理设计 93.2.1 方案I 93.2.2 方案II113.2.3 方案对比选取以及初步设计113.2.4 设计优化143.3 平行四边形滑行机器人双足步行的原理设计163.4 本章小结174 零件设计与运动仿真184.1 总体结构设计184.2 各部分零件结构设计184.2.1 机架的设计184.2.2 稳定部分的设计194.3 其他部分的零件设计244.4 强度校核264.5 基于机械三维软件SolidWorks的运动仿真274.6 本章小结28结论 29参考文献 30致谢31 摘要. 平行四边形步行机器人的设计主要内容包括本课题的研究现状、目的及意义、国内外研究现状与成果应用、平行四边形步行机器人的功能分析、原理设计以及标准件的选用和关键零件的设计核对，通过参考相关设计经验，作出原理改进，并进行分析、计算、验证，得出了较为可靠地设计结论。此设计的重点在于机械运动部分，主要采用了平面四杆机构。本次设计中的机器人变形机构主要由四杆部分、动力部分两部分组成，采用伺服电机提供动力支持。在此次设计中主要着手于动力部分和四杆部分的传动分析与设计，对所用的几个主要的零件做了详细设计，并对主体进行了虚拟样机演示。.关键词 机器人；步行；四杆机构.Title The design of the parallel quadrilateral walking robot ABSTRACK The primary coverage about the design of the parallel quadrilateral walking robot is what the study about this topic at present and what the significance or purpose of this objective.Besides what the project discussed at home and abroad is also what we interested about.What is more is the analysis of this the parallel quadrilateral walking robot and the design of the principle.Also,it is contained the selecting and using of the standard parts and the design of the pivotal parts which is be checked.Though consulting the related experience of the robot changing its vehicle width which makes some improvements in this dissertation.What is more is that the article is also contained the analysis,the calculation and the confirmation. The key point of this design is about the part of the movement in this mechanism.It is adopted the four bar linkage for its mainly way of working.The design of the robot changing its vehicle width consists of two parts,including the four bar linkage part and the power part.It adopts servo motor to provide power support.It is be pay attention about the power part and the four bar linkage parts analysis in this design.In this dissertation it makes a detailed designed and calculation about these parts which are primary and mainly.It also makes an demonstrate about the robot of changing vehicle width on virtual prototype. Keywords: robot,walking,four-bar mechanism 1 引言机器人是自动执行工作的机器装置，近几年来受到人们越来越多的关注。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。但我国对机器人研究起步较晚，大多数尚处于某个单项研究阶段，主要的研究项目有：清华大学智能移动机器人于1994年通过鉴定，还有上海交通大学的地面移动消防机器人已投入使用。北京理工大学、南京理工大学等单位承担的总装项目“地面军用机器人技术”研究是以卡车、面包车作为平台的，是大型智能作战平台。中国科学院沈阳自动化研究所的AGC和防爆机器人，中国科学院自动化自行设计、制造的全方位移动式机器人视觉导航系统，哈尔滨工业大学于1996年研制成功的导游机器人等。模仿人的形态和行为而设计制造的机器人就是仿人机器人，一般分别或同时具有仿人的四肢和头部。中国科技大学陈小平教授介绍，机器人一般根据不同应用需求被设计成不同形状，如运用于工业的机械臂、轮椅机器人、步行机器人等。而仿人机器人研究集机械，电子，计算机，材料，传感器，控制技术等多门科学于一体，代表着一个国家的高科技发展水平。从机器人技术和人工智能的研究现状来看，要完全实现高智能，高灵活性的仿人机器人还有很长的路要走，而且，人类对自身也没有彻底地了解，这些都限制了仿人机器人的发展。2 本课题的研究现状、目的及意义2.1 国内外研究现状与成果应用机器人技术的研究和应用，严格来说它应该说是科学技术发展综合性的结果，同时，也是使社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中，各国加强了对机器人研究的经济投入，加强了本国的经济的发展。另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，随着人类的发展以及社会发展的情况，人们在越来越深的不断探讨自然的过程中，在改造自然的过程中，认识自然的过程中，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。20世纪60年代到70年代，想到工业机器人印入脑海的便是自动机械手。机器人移动功能的大力研究和开发是20世纪80年代以后才开始，现在作为移动机器人而研制的移动机械类型已远远超过了机械手。中国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、娱乐机器人、农业机器人、水下机器人、军用机器人、机器人化机器等。在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、微操作机器人、军用机器人、水下机器人等。国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的仿人型与服务机器人，这种分类在国内外来说都是一致的。在机器人的研发中主要有以下几种移动特征的应用：轮式：轮式移动机构是最为普通的运动方式，轮式机器人移动机构普遍具有结构简单、速度快、节能、灵活的特点，同时具有自重轻、不损坏路面、作业循环时间短和效率高等优势。并且编程简单可靠性高，每个轮子都可以独立驱动。与履带式移动机器人相比，当跨越不平坦地形时，轮式机器人则存在明显的不足，其稳定性和对环境的适应性完全依赖于环境本身的状况，对于进入复杂的环境完成既定任务存在严重的困难。轮式移动机构按轮的数量可分为2轮、3轮、4轮、6轮、8轮。该结构有一定的局限性，只能在相对平坦、表面较硬的路面上行驶，如遇到软性地面容易打滑、沉陷，但可根据具体地面环境采用一些预防措施来缓解该类情况的出现腿足式：腿足式移动机构分2腿、4腿、6腿、8腿等形式。腿式移动机构优点有：(1)腿式机器人的地形适应能力强。(2)腿式机器人的腿部具有多个自由度，运动更具有灵活性，通过调节腿的长度可以控制机器人重心位置，因此不易翻倒，稳定性更高；(3)腿式机器人的身体与地面分离，这种机械结构优点在于机器人身体可以平稳地运动而不必考虑地面的租糙程度和腿的放位置履带式：履带式移动机构分为l条履带、2条履带(履带可车体左右布置或者车体前后布置)、3条履带、4条履带6条履带，移动方式优点在于机动性能好、越野性能强，缺点是结构复杂、重量大、摩擦阻力大，机械效率低，在自身重量比较大的情况下会对路面产生一定的破坏。履带式移动机构比较轮式移动机构有以下几个特点：(1)撑面积大、接地比压小、滚动阻尼小、通过性比较好；(2)越野机动性能好，爬坡越沟等性能均优于轮式结构；(3)履带支撑面上有履齿不打滑，牵引附着性能好；(4)结构较复杂重量大，运动惯性大，减震功能差，零件易损坏。几何机器人有别于传统的仿人型两足、四足、多足、蛇形，以及轮式、履带式等广义机器人。特征是具有多边形、多面体等几何形状以及折叠、缩放等变形能力；其步态特征是集成滚动、步行、爬行等多种移动模式。具有强大变形与越障能力，预期用于现有机器人难以通过的极端复杂障碍环境包括民用抢险救援严重破坏路面、军事野外作战动态变化地形，以及星球深度探测未知复杂表面，进行探测、运输或武装作战。国内对几何机器人的研究有以下常见的几种：滚动三角形机器人将三角形的顶点进行铰接(两条边在铰接点处可以转动)，各边采用电动推杆作为动力。通过调整电动推杆的长度，使机器人的重心发生变化，当重心超出底边的支撑区域时，机器人发生倾倒。重复这个过程，滚动三角形机器人即可以实现直线移动。如果在三角形机器人下方安装两只脚，那么它就可以实现步行了。平行四边形步行机器人外形为平行四边形，主要由两足和两个曲柄组成闭合的四杆机构。该机构通过控制电机带动曲柄转动使机器人两足交替前进而实现机器人的步行运动。提供了一个对几何形体及步行机构的认识。六边形机器人 与几何学中的六边形类似，在每个顶点处设置转动铰链，使它获得变形能力。从中不难发现，随着边数的增加，机器人的变形能力也在逐渐增强。六边形机器人可变形为：三角形、四边形、五边形，甚至可以模仿履带的方式进行滚动运动。继续增加边数，我们可以获得更为复杂多变的多边形机器人，如模拟六角或八角雪花形状的雪花型多边形机器人等。以立体几何中的空间多面体为基础，可以构造多面体机器人，包括四面体机器人、五面体机器人、六面体机器人，以及削楞截角多面体机器人等。此外，将折叠缩放技术与几何机器人结合，还可构造出各种外形可以变大或变小的机器人。下面的六变形机器人由六个长度相等的连杆首尾通过转动副连接而成，通过控制交错的3个转动副，可以实现几何变形，如：三角形、四边形、五边形、六边形；也可以实现滚动移动的步态。控制部分舵机进行驱动。 雪花机器人源于“雪花机构”，即呈现雪花形状的连杆机构，其基本构型呈六角形，也可通过改变边角数量的方式创造出八角、十角、十二角等系列化的多角雪花机构。以电动机提供动力，“连杆机构”即成为一部“连杆机器”，“几何机构”也即成为一部“几何机器”。在几何机器的各连杆之中，需要选出一个杆作为固定的机架，称为“机架杆”，其他各杆均参照机架杆做相对运动。如将“雪花机器”解除机架杆的束缚，整体置于地面，并以计算机进行移动控制，“雪花机器”即成为可移动的“雪花机器人”。雪花机器人还具有另一大亮点机械智能性：其一，传统智能机器人如遇障碍，先由传感器感应到障碍的方位，将信息传递给控制器，再由控制器下达相关的避障命令。而雪花机器人可以通过自身结构及力学特性感知障碍物的存在，实现主动避障；其二，雪花机器人具备被动行走能力，即在未加装电机的情况下，可以沿缓坡自动行走，其步态优雅灵慧，极具美感。以四个雪花机构替代传统轮式机器人的车轮，即可获得变形轮机器人。变形轮机器人在常规路面上以圆形轮快速移动，在障碍路面上则变大轮径进行攀爬。倏忽变化，越障如平地。步行机器人是通过它的身体的重力感应器和脚底的触觉传感器把地面的状况送回电脑，电脑则根据路面情况作出判断，进而平衡身体，稳定地前后左右行走。它不仅能走平路，还可以走台阶和倾斜的路。它站立稳定，推不倒，脚底不平也能保持身体的直立姿态。1997年中国国务院总理李鹏前往日本本田公司总部参观时，机器人P3接待了李鹏总理。当李鹏总理一行抵达表演大厅时，一个身着宇宙服像宇航员一样的机器人从投影电视的屏幕后面走了出来，其走路的样子酷似顽童学步，步子虽然不快，但坚实有力。它走到大厅当中面对李鹏总理站好，伸出右手作欢迎状。并用汉语自我介绍：“我是机器人P3，热烈欢迎李鹏总理和夫人光临，请允许我与您握手”。机器人握住李鹏总理的手，连续摇动三次，然后摆好姿势供久候在那里的记者拍照。步行机器人如下图（1）所示： 图（1）2.2 课题目标本毕业设计的目标是设计一种平行四边形四杆机构。该机构利用电机实现机构的仿人双足步行移动。采用平行四边形四杆机构作为设计基础，通过机构设计与仿真设计实现步行功能。研究内容包括：（1）功能分析与方案设计；（2）结构设计与三维造型；（3）运动仿真；驱动方式：电动或气动；运动速度：按常用参数选取；设计要求：功能分析，工作原理、结构设计、调节方式、运动仿真等。2.3 研究意义各种类型的移动机器人都被纷纷推出，然而滑行机器人由于结构和运动方式的独特以及实现的较高难度一直处在曝光率极地的地位，本次设计即着手于滑行运动方式来设计该种机器人。随着我国经济的快速发展，我国工业机器人的市场将不断扩大，这一点是毋庸置疑的。这也从另一个侧面说面了为什么世界各大机器人公司纷纷登陆中国市场。市场有了，但多是国外的，拥有了自主知识产权的机器人还很少，这一点要引起我们的高度重视。一方面国家要对国产工业机器人给予更多的扶持；另一方面也望企业使用国产机器人给国产工业机器人行业一个机会。在我国，工业机器人市场的大部分份额都被国外工业机器人企业占据着。在国际强手面前，我国的工业机器人企业都面临着巨大的竞争压力。由于国产工业机器人的功能已经与国外相差不大，只要有批量，一定能够造就一个或几个中国品牌的工业机器人。如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的问题，这既是机遇又是巨大的挑战，对我国工业自动化技术水平以及自动化机器应用率的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给工业机器人产业发展注入新的动力。2.4 本章小结本章主要介绍了有关机器人方向相关研究与应用现状，总结了几类移动机器人的运动方式，特别是几何机器人的各类相关的研究状况，梳理了课题的要求与目的，针对机器人不同的应用做出了分类，并结合当前国情对该课题的研究意义做出了分析。3 功能分析与原理设计3.1 平行四边形双足步行机器人的功能分析3.1.1 平行四边形双足步行机器人的总功能本毕业设计的目标是设计一种平行四边形四杆机构。该机构利用电机实现机构的仿人双足步行移动。采用平行四边形四杆机构作为设计基础，通过机构设计与仿真设计实现步行功能。对上述总共能的几点说明：1） 步行运动时运行平稳，不发生侧翻；2） 结构要求紧凑可靠，外观大方美观。3.1.2 平行四边形双足步行机器人的分功能平行四边形双足步行机器人的分功能包括以下几点：1） 可以控制向前向后两个方向实现双足步行运动；2） 满足以电动或气动提供动力的运动方式；3） 运行速度可控。3.1.3 平行四边形双足步行机器人的辅助功能规避障碍物功能：对于运行过程中无法通过的障碍物要能有效规避或者停止继续运行。 3.1.4 平行四边形双足步行机器人的控制功能过载保护：当双足步行运行过程出现如机构卡死等意外情况要有过载保护装置，以免动力、传动或者结构遭受不可逆的损坏；人工控制：当机器人处于向前步行运动的指令执行时，当人工发送向后运动的指令时要能够及时响应执行，从向前步行的状态转化为向后步行的状态；3.1.5 平行四边形双足步行机器人的功能结构图平行四边形双足步行机器人的功能结构图如图（2）所示： 机动信号向前或者向后步行运动 四边形变形 步行 四边形变形 过载保护电源 动力系统 传动系统噪音 控制系统发热人工控制 图（2） 3.2 平行四边形双足步行机器人伸缩变形部分的原理设计从查阅的资料和实际应用情况来看，平行四边形步行机器人四边形的变形伸缩可采取以下几种方案来满足本课题要求：直线气缸组件控制四边形变形伸缩；丝杆滑块组件控制四边形变形伸缩等。下面就两种拟定的初步设计方案做出分析比较与选用：3.2.1 方案I直线气缸组件控制四边形变形伸缩:A.变形伸缩气缸的原理设计：利用压缩机提供高压气压对气缸进行增压，使连接于气缸活动部分的四边形对角的伸缩组件往两边伸展，当气缸控制阀方向转变，气缸气压减小，由于四边形变形伸缩组件受另一边气缸的压力进而往内侧收缩，达到控制四边形变形伸缩的目的。其主要结构如下图（3）所示： 图（3） 该部分工作过程简述：气体由左进气口进入时，气缸活塞受到压力向右推动连杆，使连杆伸长，让四边形变形伸缩组件伸展进入长对角距离的状态；气体由右进气口进入时，气缸活塞受到压力向左推动连杆，使连杆缩短，让四边形变形伸缩组件收缩进入短对角距离的状态。B.气缸电磁阀的原理设计：采用二位五通电磁阀如图（4）来控制由压缩机经气路输送过来的高气压， 图（4）电磁阀4号位连接气缸左进气口，2号位连接气缸右进气口，1号位连接压缩机，当线圈通电时，4号位被接通，气缸左部充气，连杆伸出，四边形变形伸缩组件进入伸展长对角距离状态；当线圈断电时，2号位被接通，气缸右部充气，连杆收缩，四边形变形伸缩组件进入收缩短对角距离的状态。3.2.2 方案II 丝杆滑块组件控制四边形变形伸缩： 控制伸缩机构的直线运动部分原理设计：通过永磁直流电机由联轴器带动丝杆转动，丝杆螺母把旋转方向的运动通过导柱固定转化成直线方向的运动。其结构简图如下图（5）所示：运动方向图（5）该部分工作过程简述：永磁直流电机通过联轴器使丝杆转动，连接于导柱上的丝杆螺母把旋转运动转化为直线运动，从而控制四边形变形伸缩机构。3.2.3 方案对比选取及初步设计 两种方案的比较：如下表格（1）所示：比较项目伸缩过程的稳定性伸缩过程的可控性传动系统的复杂度机构安装难易程度动力系统制造成本方案I（直线气缸组件控制四边形变形伸缩）通过控制气缸运动来控制伸缩组件的伸长和缩短，受气路气密性影响，稳定性较差只能调节至气缸最大行程和最小行程，整个伸缩过程不可控主要由压缩机、气缸气路组件和、伸缩组件构成，复杂度一般需要用到的机构数量一般，安装的难易程度一般使用气压作为伸缩机构的动力，符合课题要求根据设计以及各类型零件的估算价格，由于压缩机的使用，成本偏高方案II（丝杆滑块组件控制四边形变形伸缩）通过丝杆滑块的组合运动控制伸缩，机械配合牢固，稳定性较好可以通过调节电动机的转动来调节至最大宽度和最小宽度之间的任意宽度状态，整个过程可控性较高主要由电动机、丝杆、滑块和联轴器组件构成，复杂程度一般需要用到的机构数量一般，安装的难易程度一般使用电动机提供动力，符合课题要求根据设计以及各类型零件的估算价格，由于压缩机的使用，成本较低表（1）两种方案的分析：根据上表各种项目的比较和分析可看出方案I的变形伸缩过程的稳定性是比方案II要低的，其变形伸缩过程的可控性也不如方案II，传动系统各有优劣，机构安装的难易程度不相上下，动力系统都能满足课题要求，制造成本方案I由于压缩机的使用，成本较高。综合各项条件来说方案II更具优势。 方案的选用：综合实际情况以及预算成本考虑选用方案II进行设计。 初步设计：1） 变形伸缩整体结构如下图（6）所示，通过丝杆螺母的组合达到变形伸缩的目的。丝杆丝杆螺母伸缩运动方向 图（6）2) 平行四边形步行机器人的步行机架结构示意如下图（7）所示 图（7）3.2.4 设计优化 根据机械设计原则以及行业标准对以上的初步设计内容进行优化，改进不合理结构，细化每个部分的具体设计。1） 两种电机安装形式的选择与运用常见推杆形式有两种电机的安装方案可供参考，如下图（8）所示电动机丝杆螺母组件 （8-a）丝杆螺母组件电动机 （8-b） 图（8）其中图8-a为电动机与丝杆组件并排平行安装；图8-b为电动机与丝杆组件同轴安装；并排安装能节省空间，让机器人更为紧凑，而同轴安装则能减少传动装置，电动机效率更高。通过比较，为了达到使平行四边形步行机器人整体强度更为可靠，节省机构空间等目的，选择图8-a所示的并排平行安装方式作为本次设计的安装方式。2）平行四边形与推杆的组合为了使机器人在步行的过程中重心更为可控，采用对角铰接的方式安装推杆，如下图（9）所示： 图（9）3.3 平行四边形双足步行机器人步行的原理设计 本项目机器人的双足直立行走的运动方式，大家肯定都很熟悉，毕竟我们人类本身就是靠双足直立行走的。两者在本质的运动原理上是类似的，只不过说由于人类的肢体结构比较复杂，在行走的过程中可以做很多细节调整，所以动作很灵活流畅；而本项目机器人结构相对还是比较简单，活动方式也比较机械，所以动作相对也会显得比较僵硬。即：1、先迈左脚，左脚离地，身体重心转移到右脚，由右脚支撑身体；2、右脚产生一个后蹬趋势，支撑身体前移；3、左脚着地，身体重心转移到两脚之间，身体完成一段距离的移动；4、再迈右脚，右脚离地，身体重心转移到左脚，由左脚支撑身体；5、左脚产生一个后蹬趋势，支撑身体前移；6、右脚着地，身体重心转移到两脚之间，身体再完成一段距离的移动；7、继续迈左脚如此往复循环，实现双足行走。以下图（10）为本项目机器人运动方式的分解图。 图（10）3.4 本章小结 本章主要对平行四边形双足步行机器人四边形变形伸缩部分的功能原理进行了分析，讨论了各部分的工作内容和设计方案，并对可行度较高的两种具体方案做了详细的分析与比较，最终确定了本课题使用的方案且做出了机构总体设计与设计优化。4 零件设计与运动仿真4.1 总体结构设计结合机械原理、机械设计中的理论，参考机械设计手册和机械设计图册中的相关结构设计，根据本次拟定的结构尺寸对平行四边形滑行机器人的总体设计如下图（11）所示： 图（11）机器人由两组各边两个平行四边形组件结合而成，收缩状态平行四边形步行机器人总长度为3.6米左右，总高度为4.2米左右，总宽度为2.5米左右，体积较大结构比较紧凑。4.2 各部分零件结构设计4.2.1 机架的设计结合机械原理、机械设计中的理论，参考机械设计手册和机械设计图册中的相关结构设计，根据本次拟定的结构尺寸对平行四边形步行机器人的机架的设计如下图（12）所示： 图(12)整体采用热轧钢板和45号钢调质处理后加工成轴连杆框架，强度高，结构稳定可靠。4.2.2 稳定部分的设计I.推杆部分的总体设计：由于本设计中机构的特点，根据机械原理中的要求和机械设计手册中相关设计，推杆部分的总体设计如下图（13）所示图（13）采用合金框架，双连杆支撑的结构，稳定牢固。电机与丝杆螺母组件并排安装节省空间，达到结构紧凑的设计目标。1）减速齿轮组件的设计：由于本设计中机构的特点，根据机械原理中的要求和机械设计手册中相关设计，减速齿轮组件的具体设计如下图（14）所示 图（14） 采用45号钢加工而成，齿部淬火硬度220-230HRC，采用斜齿圆柱齿轮，斜齿圆柱齿轮传动则优于直齿，且可凑紧中心距用于高速重载。斜齿轮减速机是新颖减速传动装置。采用最优化，模块组合体系先进的设计理念，具有体积小、重量轻、传递转矩大、起动平稳、传动比分级精细。2）丝杆螺母座的设计：由于本设计中机构的特点，根据机械原理中的要求和机械设计手册中相关设计，丝杆螺母座的具体设计如下图（15）所示图（15） 采用黄铜加工，受力性能好，配合丝杆磨损量小，侧边开导槽加装导柱设计，使螺母旋转时不发生自传。3）连接导杆的设计：由于本设计中机构的特点，根据机械原理中的要求和机械设计手册中相关设计，连接导杆的具体设计如下图（16）所示 图（16）采用铝合金1100-H12棒材加工，根据设计要求和零件配合特性追加合适的形状公差和尺寸公差，表面阳极氧化本色处理，达到美观的设计目标。II.连接件的设计1）连接导杆的设计：由于本设计中机构的特点，根据机械原理中的要求和机械设计手册中相关设计，连杆的具体设计如下图（17）所示 图（17）采用15mm厚度的热轧钢板做两边杆件，45号钢做为中间的加强支撑柱，起到稳定结构的作用。2） 连接轴的设计由于本设计中机构的特点，根据机械原理中的要求和机械设计手册中相关设计，连接轴的具体设计如下图（18）所示 图（18）采用45号钢调质处理，硬度220-230HRC，中间与推杆配合的部位采用过盈配合。4.3 其他部分的零件设计1）电机电机选用伺服电机。具体如下图（19）所示图（19）2）电机安装板的设计：由于本设计中机构的特点，根据机械原理中的要求和机械设计手册中相关设计以及选型电机的具体安装尺寸，电机安装板的具体设计如下图（20）所示： 图（20）采用45号钢铣削加工而成，表面氧化发黑防锈处理。3） 托板的设计：由于本设计中机构的特点，根据机械原理中的要求和机械设计手册中相关设计，托板的具体设计如下图（21）所示 图（21）由于机器人步行时有单腿着地的情况，加装托板能让机器人更为稳定，重心位置以及受力可控，不摔倒。采用15mm热轧钢板加工而成。4.4 强度校核根据步行原理的受力分析部分可知平行四边形步行机器人的主要受力零件为铰链处的连接轴，根据设计数据，机器人总体质量，取重力加速度铰链处连接轴的强度校核：由于机器人运行时的结构变化和设计参数，以机器人总体承重位于底部内侧的两根连接轴上做强度校核即可,受力分析如下图（22）所示： 图（22）由于连接件和被连接件在接触面上相互压紧，故可看做连接轴受挤压作用，查机械设计手册有45号钢调质处理的许用挤压应力为，那么有如下计算： 那么根据挤压强度条件有 由于,则铰链处连接轴满足强度要求。4.5 基于机械三维软件SolidWorks的运动仿真机械制造工业水平的高低直接代表了了该国家或地区的经济、科技、国防等方面水平的高低。传统的机械设计主要以静态分析、近似计算、经验设计、手工劳动伟特种的设计方法，存在着设计周期长、人为影响因数多、稳定性和可靠性差等一系列问题。计算机辅助设计在现代机械设计中应用，不仅可以借助一些仿真软件，可以在设计过程中即可分析出机构、设备的薄弱点、干涉区域等等一些传统设计方法无法实现的功能，还可以有效的缩短设计周期。SolidWorks是一款使用率非常高的机械三维设计软件，为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。SolidWorks软件也是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。本次设计虚拟样机模拟使用的为SolidWorks2014版本。SolidWorks2014建立在过去20个版本的成功基础之上，它包含了SolidWorks解决方案的诸多功能：3D设计、模拟、技术传播、产品数据管理和可持续性设。新功能如历史标签可以使多个用户通过点击鼠标即可查看并追溯最近的设计变更，这些功能对协同工作来说至关重要。增强功能如装配组合（快捷菜单中的常用组合）可以基于之前的使用模式，提供智能配对，并在装配时应用新的模式。本次运动仿真以运动零件的机械组合为基础，包括面与面的相交，孔与孔的同轴配合等，运用运动算列功能完成。具体请见以下文件：BX1.0-001-A 平行四边形双足步行机器人.avi4.6 本章小结 本章主要对基平行四边形双足步行机器人的动力机构、传动机构等部分零件做出了具体设计和优化并且做了虚拟样机演示。结 论本次针对平行四边形步行机器人的设计，通过功能原理分析、结构设计、传动设计和设计优化等通过虚拟样机演示得出该设计基本满足本课题要求的结论。参 考 文 献1 吴宗泽、高志、罗圣国、李威.机械设计课程设计手册M.北京：高等教育出版社，2012 2 龚溎义.机械设计课程设计图册M.北京：高等教育出版社，2011 3 成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社,20004 濮良贵、陈国定、吴立言.机械设计M.北京：高等教育出版社，20135 杨叔子.机械加工工艺师手册M.北京：机械工业出版社，20016 Neil Sclater、Nicholas P.Chironis. 机械设计实用机构与装置图册（邹平 译）M.北京:机械工业出版社,20077 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学M.北京:高等教育出版社，20098 刘鸿文.材料力学M.北京:高等教育出版社，20119 周明衡.减速器选用手册M.北京:化学工业出版社，200210 朱孝录.机械传动装置选用手册M.北京:机械工业出版社，199911 盘存云.机械原理M.长沙:中南大学出版社，201212 殷鸿梁、朱邦贤.间歇运动机构设计M.上海:上海科学技术出版社，199613 吕庸厚.组合机构设计与应用创新M.北京:机械工业出版社，200814 朱孝录.齿轮传动设计手册M.北京:化学工业出版社，200515 汪德涛、林亨耀.设备润滑手册M.北京:机械工业出版社，200916 谢联先 C B.机械零件的承载能力和强度计算（汪一麟 等译）M.北京:机械工业出版社，1984致 谢毕业设计是大学最后一次非常难得的理论结合实际的学习机会，在这次学习中不仅锻炼了自己查阅文献资料和软件制图的能力，还拓宽了自己机械方面的视野与见识。非常感谢我的指导老师XXX老师和其他老师在我完成毕业设计这几个月来不辞辛劳的亲切指导和设计过程中提出的宝贵意见与建议。