收集的几种连杆机构机器人行走背后的机械原理(二)
机器人机身跟行走机构资料
升降运动：
活塞1下腔进油→活塞推动机身沿花键轴上升 活塞1上腔进油→活塞推动机身沿花键轴下降
直线运动液压缸—摆动液压缸机构图例：
油口
油口
问题：
1、摆动液压缸的动片与缸的 什么部件相连？机械臂将与摆 动液压缸的什么部件相连？
2、为什么采用长度较短的花 键套导向？
机身往往具有升降、回转及俯仰三个 自由度。
2．机身的运动：
由上面三个自由度可以组合成机身 五种运动形式。分别是：
回转运动； 升降运动；
回转—升降运动； 回转—俯仰运动； 回转—升降运动—俯仰运动。
3．各种坐标类型机身运动方案设计（1）：
圆柱坐标式机器人：
这种类型的机器人 主体结构通常具有 三个自由度：一个 回转运动（腰转） 及两个直线移动 （升降运动及手臂 伸缩运动）。腰转 运动及升降运动通 常由机身来实现。
三、机器人行走机构
1．行走机构的构成：
机器人行走机构通常由驱动装置、传 动装置、位置检测装置、传感器、电 缆和管路等构成。
2．行走机构的分类：
按运行轨迹分：
分为固定轨迹式和无固定轨迹式两种。固 定轨迹式主要用于工业机器人
按行走机构的特点分：
对于无固定轨迹机器人，可分为轮式、履 带式和步行式等。前两者与地面连续接触， 后者与地面为间断接触。
链轮—液压缸机构图例： 每个液压缸
只有一个油 口。
问题： 要使立柱作大于360°的旋转，对活塞 的行程有什么要求？
1．回转与升降机身(2)：
直线运动液压缸—摆动液压缸机构：
构成：
主要由直线运动液压缸、摆动液压缸、花键导向轴、机身 本体等部分构成。
工业机器人机构及其机械原理
工业机器人机构及其机械原理一、工业机器人机构1.旋转关节：旋转关节允许连接的两个部件相对旋转。
其常见的工作方式有单自由度（DOF）和多DOF。
单DOF的旋转关节只能以一个轴向进行旋转；而多DOF旋转关节则可以在一个平面内进行多向旋转。
2.滑动关节：滑动关节允许两个部件在平行轴线上相对滑动。
与旋转关节不同，滑动关节是沿着直线路径进行移动的关节。
3.旋转-滑动关节：旋转-滑动关节结合了旋转关节和滑动关节的特点，可以实现旋转和滑动两种运动方式。
这种关节结构适用于需要在旋转和滑动两个方向上进行运动的任务。
除了关节，机器人的机构还包括其他附属装置，如力传感器、末端执行器等。
二、工业机器人机械原理1.驱动系统：驱动系统负责提供机器人关节运动所需的动力。
常见的驱动系统包括电动机和气动/液压驱动。
电动驱动广泛应用于工业机器人中，可以通过电能转换为机械能，驱动机器人的关节进行运动。
气动和液压驱动则适用于一些需要较大力矩和力量的机器人任务。
2.传动系统：传动系统负责传递动力和控制关节的运动。
常见的传动方式有齿轮传动、皮带传动、链传动等。
齿轮传动一般用于需要高精度的机器人任务，具有传动效率高、精度高等优点；皮带传动则适用于速度较高的机器人任务，具有运动平稳、噪声小等特点；链传动适用于承受大力矩的机器人任务。
3.执行系统：执行系统是机器人执行任务的最终部分，决定了机器人的实际功能。
执行系统包括末端执行器、夹持工具等。
末端执行器是机器人与工件进行接触的部分，可以根据不同的任务进行定制，如机器人手爪、机器人刷子等。
夹持工具是机器人用于抓取和固定工件的工具，可以根据工件的形状和尺寸进行设计。
机械原理第二章连杆机构(杨家军版)
3、平面连杆机构的应用
机械手
汽车中那些部位用到连杆机构
起重装置
§3-2 平面四杆机构的基本类型及应用
一、平面四杆机构的基本形式 1. 构件及运动副名称 构件名称：
连架杆——与机架连接的构件 曲柄——作整周回转的连架杆 摇杆——作来回摆动的连架杆 连杆——未与机架连接的构件 机架——固定不动的构件
α1 180° +θ t1 V2 ω = α = = = 180° -θ V1 2 t2 ω
连杆机构输出件具有急回特性的条件： 1）原动件等角速整周转动； 2）输出件具有正、反行程的往复运动； 3）极位夹角θ >0。
分析： 180° +θ K= 180° -θ
K≥1,K=1时无急回特性
设计具有急回特性的机构时，一般先根据使用要求给 定K值，则有 (K-1) θ=180° (K+1) θ＝ 0 θ≠0 θ↑,K↑,急回运动越明显，一般取K＜2
●导杆机构（曲柄为主动件） ●导杆机构（摇杆为主动件）
α B2 ≡0°
3 2 1 3 A B VB2 D 4 FB2 1 2 FB3 B D VB2 FB2 FB1
机构压力角:在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下， 机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受 力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角， 通常用α 表示。P50
传动角：压力角的余角。 通常用γ 表示.
F2 C
B
A
δ
D
γ F α
F1
vc
机构的传动角和压力角作出如下规定： γ min≥[γ ]；[γ ]= 3060°； α max≤[α ]。 [γ ]、[α ]分别为许用传动角和许用压力角。
C
(2) 推广到导杆机构 结论：有急回特性，且极位夹角等于摆杆摆角，即
机器人行走机构分类
机器人行走机构分类一、简介机器人行走机构是指用于实现机器人行走功能的机械结构。
机器人的行走机构种类繁多，根据不同的应用需求和环境条件，可以选择合适的行走机构来满足机器人的运动要求。
本文将对常见的机器人行走机构进行分类介绍。
二、轮式行走机构轮式行走机构是最常见的机器人行走机构之一，其特点是结构简单、易于控制和稳定性较高。
轮式行走机构通常由两个或多个轮子组成，通过电机驱动轮子旋转，从而实现机器人的行走。
轮式行走机构适用于平坦的地面，并且能够快速移动。
三、履带式行走机构履带式行走机构采用履带来实现机器人的行走，其特点是具有较好的通过性和抓地力。
履带式行走机构通常由一条或多条履带组成，通过电机驱动履带的运动，从而实现机器人的行走。
履带式行走机构适用于复杂的地形和恶劣的环境条件，能够克服一些障碍物。
四、足式行走机构足式行走机构模仿了生物的步态，通过仿生设计实现机器人的行走。
足式行走机构通常由多个关节和连接件组成，通过电机驱动关节的运动，从而实现机器人的行走。
足式行走机构具有较好的灵活性和适应性，能够适应不同的地形和环境条件。
五、腿式行走机构腿式行走机构是一种特殊的行走机构，其特点是具有较好的稳定性和适应性。
腿式行走机构通常由多个腿部组成，通过电机驱动腿部的运动，从而实现机器人的行走。
腿式行走机构适用于复杂的地形和狭窄的空间，能够克服一些障碍物。
六、轮腿混合式行走机构轮腿混合式行走机构是将轮式行走机构和腿式行走机构结合起来的一种行走机构。
轮腿混合式行走机构通常由轮子和腿部组成，通过电机驱动轮子和腿部的运动，从而实现机器人的行走。
轮腿混合式行走机构综合了轮式行走机构和腿式行走机构的优点，能够在不同的地形和环境条件下灵活行走。
七、其他行走机构除了上述介绍的常见行走机构外，还有一些其他特殊的行走机构，如链式行走机构、球形行走机构等。
这些行走机构通常被应用于特定的领域和特殊的环境条件，具有一些特殊的优势。
八、总结机器人行走机构是机器人的重要组成部分，不同的行走机构适用于不同的应用场景。
机器人行走的机械原理
机器人行走的机械原理
机器人行走的机械原理可以通过以下几个方面来解释：
1. 步进电机原理：机器人的腿部通常由多个步进电机驱动，步进电机可以通过电脉冲的控制来精确地控制腿部的运动。
每个步进电机可以按照预设的步距和步频移动，从而实现机器人的行走。
2. 杠杆原理：机器人的身体通常由多个杠杆连接而成，杠杆的长度和位置可以决定机器人行走的稳定性和速度。
通过调整杠杆的长度和角度，可以改变机器人行走的步幅和步频。
3. 传动装置原理：机器人的步行通常需要使用传动装置来将电机的旋转转化为腿部的运动。
常见的传动装置包括齿轮传动、链条传动和皮带传动等。
这些传动装置可以将电机的高速旋转转换为腿部的低速高扭矩运动，从而保证机器人能够行走。
4. 重心控制原理：机器人行走时需要保持稳定的重心。
通过调整机器人身体的重心位置，可以控制机器人的姿态和行走的稳定性。
一些机器人还配备了陀螺仪和加速度计等传感器，通过实时监测机器人的倾斜状态来进行重心控制。
5. 控制系统原理：机器人的行走通常由一个控制系统来控制。
控制系统根据传感器的反馈信息，通过算法对电机进行控制，从而实现机器人的行走。
常见的控制算法包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
不同的控制算法可以根据实际需求来选择，以实现机器人行走的稳定性和灵活性。
走路的机器人运动机沟原理
走路的机器人运动机沟原理
走路的机器人可以通过两种运动机构实现步态运动：摆动-支撑式和滚动-支撑式。
1. 摆动-支撑式：又称为倒立摆，机器人的重心在步行时做周期性的前后摆动。
当机器人一条腿离开地面时进入摆动状态，另一条腿则成为支撑足支撑机器人重量。
在摆动状态下，机器人通过控制摆臂的摆幅和频率来调整重心位置。
当摆臂摆到最高点时，机器人重心在最高点，因此必须使支撑足继续支撑机器人体重，并向前移动。
当摆臂摆回最低点时，支撑足再次成为支撑脚，机器人整个身体开始向前仰起并随后向下落，进入下一步的支撑状态。
2. 滚动-支撑式：这是一种更为常见的运动机构。
当一个脚掌与地面接触时，它不仅仅支撑机器人的重量，同时也需要使机器人整个身体向前滚动一个步伐的距离。
当这个脚踝到达支撑点时，它将支撑足作为支撑脚抬起并摆到一个新的支撑位置。
因此，机器人的前腿在支撑时向前推动机器人。
同时，后腿的脚掌离开地面并进入摆动状态，开始准备下一步的支撑动作。
总之，走路机器人的运动机构通过连续的支撑和摆动状态实现步行。
为了保持平衡，机器人需要具备高度的反应速度和控制技能，同时依赖于多种传感器来感知周围环境。
收集的几种连杆机构机器人行走背后的机械原理(一)
收集的几种连杆机构机器人行走背后的机械原理（一）机器人概念已经红红火火好多年了，目前确实有不少公司已经研制出了性能非常优越的机器人产品，我们比较熟悉的可能就是之前波士顿动力的“大狗”和会空翻的机器人了，还有国产宇树科技的机器狗等，这些机器人动作那么敏捷，背后到底隐藏了什么高科技呢，控制技术太过复杂，一般不太容易了解，不过其中的机械原理倒是相对比较简单，大部分都是一些连杆机构。
连杆机构（Linkage Mechanism）又称低副机构，是机械的组成部分中的一类，指由若干（两个以上）有确定相对运动的构件用低副（转动副或移动副）联接组成的机构。
低副是面接触，耐磨损；加上转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面，制造简便，易于获得较高的制造精度。
由若干刚性构件用低副联接而成的机构称为连杆机构，其特征是有一作平面运动的构件，称为连杆，连杆机构又称为低副机构。
其广泛应用于内燃机、搅拌机、输送机、椭圆仪、机械手爪、牛头刨床、开窗、车门、机器人、折叠伞等。
主要特征连杆机构构件运动形式多样，如可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂运动，从而可用于实现已知运动规律和已知轨迹。
优点：（1）采用低副：面接触、承载大、便于润滑、不易磨损，形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。
（2）改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。
（3）两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。
（4）连杆曲线丰富，可满足不同要求。
缺点：（1）构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。
（2）产生动载荷（惯性力），且不易平衡，不适合高速。
（3）设计复杂，难以实现精确的轨迹。
百度百科的相关词条图片如下下面我们就看看一般都有什么连杆机构适于用于行走（或者移动）的。
第一、平面四杆机构（Planar four-bar mechanism ）平面四杆机构是由四个刚性构件用低副链接组成的，各个运动构件均在同一平面内运动的机构。
机器人的基本结构和工作原理
机器人的基本结构和工作原理机器人这一词汇以及与之相关的技术随着科技的飞速发展越来越为人们所熟知和使用。
人们可以利用机器人来辅助生产、使用机器人进行学习、机器人也能够在危险区域代替人类进行工作等。
然而，虽然人类已经拥有了各种各样的机器人，然而，这些机器人是如何结构并运作的呢？一、机器人的基本结构机器人的基本结构通常包括两个主要组成部分：机械结构和电路系统。
机械结构部分主要是由臂、关节以及手指等零部件组成，电路系统则是由控制器和执行器组成。
因为机器人各种各样，并有各自的功能和任务，所以它们的各个零部件的形状和大小，也各有不同。
1. 机械部分机械部分是机器人中最基本的部分，是它的“骨架”。
它的代码通常由由臂、关节以及手指等不同的部件组成，以多自由度（DOF）张的方式设计。
多自由度的机械结构能够帮助机器人以更加自由的方式运动和操作，完成各种各样的任务。
另外，其他的机械部分还包括Driving force、reducer、potentiometer、encoder 等基本要素。
2. 电路系统机器人的电路系统是包括了控制器和执行器。
控制器是机器人的大脑，可以根据程序控制机器人的运动。
执行器则可以将运动指令转化为机械结构的动作。
通过约定好的程序和传感器，控制器可以使执行器实现相应的动作。
这个过程中，控制器还可以将各种情况反馈给执行器，以便对机器人进行适当调整。
二、机器人的工作原理在完成各种任务之前，计算机通常会给机器人配合一个完备的程序，这个程序将告诉机器人完成什么任务以及何时做完任务。
机器人运作的过程中，它的大脑——控制器会始终运转，对机器人的整个运作过程进行管理。
控制器将接受到来自不同的传感器的信息，这些传感器能够监测到机器人和环境中各种各样的数据，如：温度、压力、速度、形状等等。
控制器将根据传感器收到的信息进行对机器人进行调度，并且通过执行器进行相应的操作。
整个过程中，执行器能够帮助机器人处理信息，转化为机械动作。
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收集的几种连杆机构机器人行走背后的机械原理（二）第三、克兰连杆机构（Crane Linkage）
克兰连杆机构是一个六杆机构，相对于四杆的切比雪夫机构有着更好的受力性能。
其一般被用作仿生蜘蛛，拥有急回特性。
1、单个克兰连杆
2、四腿行走机构（四个克兰机构）
3、六腿行走机构（六个克兰机构）
第四，RPRPR支腿机构
第五，Tokyo Institute of Technology支腿机构
第六、缩放腿机构
第七、八杆腿机构
第八、Trotbot腿机构
使用乐高积木搭建的Trotbot腿机构机器人
在国外网站上搜到的大型Trotbot腿机构的机器人
第九、Plantigrade腿机构
第十、Ghassaei行走机构（4腿）
6腿Ghassaei行走机构
第十一、Jansen 连杆机构
是由Jansen发明的，用于模拟平稳行走，Jansen利用这种连杆制造了著名的海滩
巨兽，这种连杆兼具美学价值和技术优势，通过简单的旋转输入就可模仿生物行走
运动，这种连杆已经用于行走机器人和步态分析。
图为单个Jansen 连杆机构。
2腿Jansen行走机构
4腿Jansen行走机构
6腿Jansen行走机构
瑟·严森（Theo Jansen）
出生于1948年，荷兰动能艺术家。
瑟·严森求学于代尔夫特理工大学物理系，后
转为学习绘画。
20世纪80年代因“飞行UFO项目”成名。
20世纪90年代开始“海
滩野兽”系列动能艺术项目，在世界各地做展。
严森上世纪70年代毕业于荷兰的
代尔夫特理工大学物理系。
那时正值“嬉皮士年代”，深受嬉皮士文化影响的严森开
始转行学习艺术。
20世纪80年代末，他开始给一家杂志社写专栏，每天都要尝
试用不同的眼光来看待世界，寻找看现实的新颖的角度。
“海滩怪兽”最初就出现在
他的笔下。
他构思了这样一个动物，一个能够在海滩上独立生存的简单“生物”。
对
于“海滩怪兽”，严森最初的想法是建造一些能够采集沙子，搭建沙丘的机器人，这样，当海平面上升时，这些机器人就可以拯救人类不被海水淹没。
半年后，他开始利用塑料管建造这些“怪兽”。
杨森采用平凡的PVC等材料，通过精确运算，近30年，几乎以一己之力，在荷兰海边反复实验，创造出自行扑食、运动的新生命体。
他的行动呈现出个体的想象力与可能性。
科学的艺术性，感性与理性的均衡。
引发人们重新反思对恒心，或者说对意义与生命和时间的理解。
也对已有的知识和概念提供了革命性的新视角。
对于生物学、宗教和艺术都拓展出新的疆域。
对于如何作出生活选择、理解自我和自然、衡量追求理想的心态等处世态度，做出了具有启示性的贡献。
荷兰海滩怪兽的Jansen行走机构
这些“怪兽”的“细胞”不过是一些简单的黄色塑料管，顶多就加上一个“脑袋”，—一
个塑料柠檬汁瓶子。
在它们的身体中央，往往带有一个可转动的“脊椎”。
“脊椎”转动能牵动每根脚趾，
并引起一系列复杂运动。
这其中最关键的就是12根决定脚趾运动方式的塑料管。
不同的“怪兽”，这些塑料管的间距也不同，将这些间距标注出来，能得到11个数字。
严森将其看成是怪兽的基因。
“这些基因符号是11个数字。
我将之称为11个
神圣的数字。
”严森说。
怪兽的“腿”和“脚”如同车轮，它们也由塑料管搭建。
“和普通的车轮一样，车轮的轴
停留在同一水平线上，髋关节也停在同一水平线上。
”
怪兽还有各种“器官”，让它可以躲避天敌和环境的危险。
“鼻子”就是这样一个设置。
平时，怪兽都走在柔软温湿的海滩上，鼻子对着风的方向，当遇到海水或干的沙子的时候，它便会立刻停下来反方向行走。
海滩上最大的危险就是海水，“它们很容
易被淹死”，严森笑说。
他给“海滩怪兽”们增添了感知海水的能力，所谓的感应器
也不过就是一个小瓶。
连接小瓶的管道平时触地吸入空气，但一旦吸入水时就会排斥，发出呲呲的声音，这就是遇到危险的警告，怪兽便会立即掉头回去。
当暴风雨来临时，大风会驱动鼻子像打桩机一样打桩，将整个身体都固定在沙子里，以防被风暴吹走。
神经组织类似计算机
“怪兽”的大脑是由“神经细胞”，—柠檬汁小瓶组成的。
这大脑虽然简单，可运作基
本原理却和计算机一样。
计算机依靠电流的有无进行2进制的运算，对“怪兽”来说，空气扮演了电流的角色。
有风吹过时，小瓶感受到压力，无风的时候，则没有压力。
依靠这个因素，“怪兽”的“大脑”也在进行着2进制的运算。
严森说，今后这些“怪兽”还可以演化出“测时”机制，与海潮涨落同期进行。
这样，它们就可以知道什么时候海潮会来，可以及时躲到沙丘里去。
因为可以进行2进制的计算，“怪兽”的“大脑”中还带有一个步伐计数器，可以计算走了几步，感知自己面对大海的方位，为自己勾画出“世界”的形象。
严森说，人类对世界的认知是十分复杂的，但对于“海滩怪兽”来说，认知却极其简单，—一侧是海洋，一侧是沙丘。
这么一来，如此简陋的“神经细胞”一样可以运作良好。
在一些怪兽身上，还带有简单的“胃”，可以储存风能。
一旦风停了，又正好遇到涨潮，这些剩余的风能足够驱动怪兽逃回沙丘避难。
“这些怪兽是按照基因解码演化的族群，有优势的基因就会复制繁衍下来。
”严森称，因为这些怪物的设计是按照基因算法而来的。
因此，最成功的家族成员们在今后会将基因符号延续下去。
Jansen行走机构的动能艺术
作为学科学出身的严森，他的头脑中先行产生了很多关于生命思考的理论，如对称性、繁殖、进化顺序等等，这背后都有着一系列的机械原理，将其运用到艺术创作中来，就成为了一种特殊的艺术形式：“动能艺术”。
严森已经完成了“海滩怪兽”构想中的最基本功能，如独立行走，躲避天敌，繁衍生命，随着演化的进行，这些怪兽越来越得以离开人的帮助，生存技巧越来越强，严森在主页上写道：“我希望有一天这些动物可以在海滩上成群生活，过自己的日子。
”
Theo Jansen发明的海滩怪兽身上最重要的部位，就是它们的“仿生腿”（Jansen 连杆机构）。
在经历过无数次对动物的行走姿态观察，与上万次的电脑测算之后，泰奥·杨森终于找到了一个最优的方案，让这些软管构架起来的怪兽腿部，可以以最高效的姿态模仿动物的腿部进行行走。
这样的“仿生腿”，最重要的是要确保最下端的足部，在行走的环节保持相当长一段时间的匀速直线。
每一只“仿生腿”，都又是利用了基本的三角桁架结构，还有黄金比例的几何学。
泰奥·扬森把实验后所得的比例称为“13个神圣数字”。
而这13这个数值指的就是
脚上每个关节骨架的长度，他们之间相对应的比例关係让整体行动起来流畅自如。
Theo Jansen 的工作间。