四足步行机器人的运动和结构设计
四足步行机
器人
的运动和
结构设计
上海交
通大学马
培荪陆顺寿
何奇
伟
步
探讨和
分析
摘
要
步行机器人
性能优
劣在很大程度上取
决
于步行
机器人的结构由于
步行机器
人研究
的
出发
点是模仿动
物的步行
所以在步
行机
器人运动和结构设
计时
必须考
虑机构
运动
灵活性重量能耗
及稳定
性等问
题
本文结合
四足步
行机器人
研究课题
探讨了步行
机器人
运动和结构
设计
方面的
一
些主要问题着重
对步行
机器人腿足的结
构转弯机构和
传动
机构
等几
方面
提出了
设计方法和
选择
原则二、
步行机器人
的组
成
一引言
众所周知步行比
轮式
移动
要复杂得多
步行
机器人
是利用
关节运动的步
行方式
来实
现类似于动
物那
样的
移动因此步
行机器
人的
发展经历
了
一个相当
长的时期
初期的步行
机械为实现腿的
机能
大
多采用涅
杆机构和动
力油缸
美国在制
定登
月
计划时曾
经对
可能的移动
机械
进行了
方
案
论证结
论是用纯
机械式
连杆结
构实现步
行很
不理想
以后步
行机械
从纯
机械式
逐步
转变成
机械和控制相
结合的
形式
目
前国
外已研究了
单足两足
三足
四足
五足
六足
八足
以及象
娱蚁那
样的
多足
机并
取
得了很
大成绩国
内在这
方面
的
研究还刚刚
起步因
此本文只
能在四足步
行机几
种模型和
实验
样机结
构设计的基础
上结合
研究课题
对步行机器人结构
设计
的
基本方法
存在的
一些主要问题进行初步行
机器人主要由
执行系统控制
系统
和检测系
统组成步行
机器
人执
行系统包
括
腿
机构
传动
机构转弯机
构和
机体腿
是
步行的执行
部件传动
机构
是驱动腿
运动的
执行
部件转弯机构是实现机体变换
运动
方
向的执行
部件机体是安
置各种执行
部件的
部件控制
系统是步
行机器
人动
作的指
挥系
统它
支配步行
机器人
按给
定的规
律
运动
存
贮并记
忆人给予的指
令系统和传感器
信
息根
据控制系
统的
信息对
执行系统发出指
令还可对步
行机器人的动
作进
行监视当
动
作有
错误或
发生故障时即
发出报警
信号
步
行机器
人的
检测
反馈系
统主要
包括外界
信息反馈和
内部
信息反馈外界信息
反
馈用
于
检测判断步
行地形的
情况
内部信息反
馈则
是检测控制动
作的伺
服反馈机构
三、
步
行机器人
腿
的结构研究
上海
大学工学院
机械系!
腿的
自由
度选择以及结
构
形式
腿
机构的
可控
自由
度越
多
它的灵活
性
越
好但每一
个可控
自由度要配备一个
驱动
电
机和
一套传动机
构所以每增加
一个自由
度其重量相应要增
加许多
控制也越
麻烦
因此步
行腿
机构的
自由度
在满足
运动
条件
前提
下越少越
好
一般情况
下对于平面
机构的腿在平面
内能
实现变步态步
行最
少需要两个自由
度
这时只能
作不改变方向的
直线
运动如腿
实
现固定步态步
行也
可采用
一个自由度对
一∀#一
∃%一!&∃%一∋&
∃%
&∃(&!∋
巾不包含
转弯机构
从步
行足
运动空间的
大小传动链效
率
的
高低
传动结构的
简易
轻巧制
造加工
的
方便
性驱动功率的利用程度
以及步行
机的灵活性诸因
素出
发经过分
析比较
选
择了重
力解棍式
直角坐
标形式的
缩放式
机构
∃
如图
∃%一!&
所示&
作为四足步行
机器人
的步
行
机构该机构
有三
个自由
度分别
为经
二刀“
三个方向的直线
移动足端)
的
可
达空间∃
又称
实用工
作空间&
是一
个长方
体
足
端)
坐标∃
∗+ &
∃见图∀
&与
二,
‘
方向驱动器直线位
移二。
,。 。
间
关系为
「“!−
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∋()∗
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坦,
−/01以
坐
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上二。
刀。二。
与坐
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二,
犷矛)上
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石才台间
关系为3
二台4
了蕊哥不
沸一3
,
台45+3
孟二
3。∋
2)
由
缩放式
机构
特性存在
如下关系
,6
一
平二+
+。,一
。+
二5+7
,
一
告3+∋
8)
由式
∋#)∋
2)
∋8)
可
解得
∋9)
图#两
自由度腿的结
构形
式二二
攀、。+
、
一嘴与。+
∋
:)
火月尸二二
一
立局
汾对‘
,;
神<−=
>
=
一
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6、6“
‘;≅
Α##
Β
二二冶滋
−
珍图2
单自由度
腿的结
构形式
于空间
运动
腿它至少需
要三个白
由度
这
时
它不再需要机
构转弯的
自由度步
行机器
人腿的
结构
形式
很多图#
所示
为两
自由
度
结构形式
图2
为
单自
由度
结构形式在图Χ∋Β令佃今
、Χ∋
粉邝)
图8
直角
坐标形式缩放式步
行机
构
一8Δ一
四足运动控制课程设计
四足运动控制课程设计
一、课程目标
知识目标：
1. 学生能够理解四足动物的运动原理，掌握四足机器人的基本结构及其功能。
2. 学生能够描述四足运动控制的基本算法，并了解其在实际应用中的优势。
3. 学生能够解释步态生成与调节的基本方法，并分析不同步态对运动性能的影响。
技能目标：
1. 学生能够设计并搭建简单的四足机器人模型，进行基本的运动控制实验。
2. 学生通过编程实践，掌握四足运动控制的基本技巧，实现对四足机器人的速度、方向和步态的有效控制。
3. 学生能够运用所学知识，针对特定场景提出四足机器人的优化方案，解决实际问题。
情感态度价值观目标：
1. 学生通过课程学习，培养对机器人科技的兴趣和好奇心，激发创新意识。
2. 学生在团队协作中学会沟通与交流，培养合作精神和集体荣誉感。
3. 学生能够认识到四足运动控制在灾害救援、环境监测等领域的应用价值，增强社会责任感。
课程性质：本课程为实践性较强的综合课程，结合了机械、电子、计算机等多学科知识。
学生特点：六年级学生具备一定的逻辑思维能力和动手能力，对新鲜事物充满好奇心。
教学要求：注重理论与实践相结合，关注学生个体差异，提高学生的动手实践能力和创新能力。通过课程目标的分解与实现，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面得到全面提升。
二、教学内容
1. 四足动物运动原理：介绍四足动物的运动特点、步态分类及运动学参数。
- 教材章节：第二章“四足动物运动学基础”
2. 四足机器人结构与功能：讲解四足机器人的基本结构、驱动方式和传感器应用。
- 教材章节：第三章“四足机器人结构与设计”
3. 四足运动控制算法：学习四足运动控制的基本算法，如PID控制、模糊控制等。
- 教材章节：第四章“四足运动控制算法与应用”
4. 步态生成与调节：分析四足机器人步态生成与调节的方法，以及不同步态对运动性能的影响。
- 教材章节：第五章“步态生成与优化”
5. 编程实践：利用Arduino、Python等编程语言，实现四足机器人的运动控制。
四足机器人步行腿的运动学正反解
学术论丛
四足机器人步行腿的运动学正反解
张冰 大连大学机械工程学院大连１ １ ６６２２ 对州
Ｑｕａｄｒｕｐｅｄ ｒｏｂｏｔ ｗａｌｋｉｎｇ ｌｅｇ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ Ｉｎｖｅｒｓｅ
Ｓｏｌｕｔｉｏｎ
Ｚｈａｎｇ Ｂｉｎｇ Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄａｌｉａｎ １ １ ６６２２ 摘要：本文设计的步行腿具有３个驱动关节，分析了该步 行机器人的机构及其等效简化，给出了运动学正反解，正解问 题要比反解问题复杂很多。该分析方法准确率高，为步行腿的 运动空间、轨迹规划和位置控制奠定了基础。 关键词：步行腿运动学正反解 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｗａｌｋｉｎｇ ｌｅｇｓ ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅ ｄｒｉｖｅ ｏｉｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｌ１ｅ ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｌｋｉｎｇ ｒｏｂｏｔ ａｎｄ ｉｔｓ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｖｅ￣ｅ Ｓｏｌｕｄｏｎ ｐｏｓ－ ｉｆｉｖｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｓ ｍｕｃｈ ｍｏｒｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｉｎ－ ｖｅｒｓｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｃｙ，ａｎｄ ｌａｉｄ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｗａｌｋｉｎｇ ｓｐａｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｇｓ．ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｐｏｓｔＵｏｎ ｃｏｎｔｒｏ１． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｗ￣ＪｋＬｎｇ ｌｅｇｓ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ ａｎｄ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ
０前言 四足机器人的行走机构是步行腿，它是步行机器人中最 为重要也是最复杂的构件［１】，步行腿的灵活度这届决定了步
大学 新型电驱式四足机器人研制与测试
未知驱动探索，专注成就专业
1
大学 新型电驱式四足机器人研制与测试
一、引言
随着科技不断进步和人工智能的兴起，机器人技术呈现出高速发展的趋势，尤其是四足机器人技术在军事、救援、工业等领域具有广阔的应用前景。本文将介绍大学团队最近研制的一款新型电驱式四足机器人，并对其研制过程与测试结果进行详细阐述。
二、机器人设计与硬件结构
2.1 机器人设计原理
该电驱式四足机器人的设计原理基于仿生学和动物行为学原理，模仿动物的步态和移动方式，具有更好的灵活性和移动性能。
2.2 机器人硬件结构
该机器人采用轻质材料制造，以降低自身重量，提高运动效率。其硬件结构主要包括： 未知驱动探索，专注成就专业
2
1. 机械结构：由骨架、关节和运动部件构成，能够实现四足机器人的步态运动。
2. 电驱动装置：采用电机作为驱动力源，提供动力支持。
3. 电池：提供机器人的电能供应。
4. 传感器：包括摄像头、惯性导航、触觉传感器等，用于感知环境、实现机器人的自主导航和避障。
5. 控制系统：采用嵌入式系统和大数据算法，实现对机器人的控制和智能决策。
三、机器人研制过程
3.1 整体方案设计
在研制过程中，团队首先进行整体方案设计。根据机器人的应用场景和任务需求，确定机器人的尺寸、重量、动力等参数，并优化硬件结构和传感器布局，以提高机器人的性能和稳定性。 未知驱动探索，专注成就专业
3
3.2 仿生算法优化
为了使机器人能够更好地适应各种复杂环境，团队针对机器人的步态运动进行了仿生算法优化。通过模拟动物的步伐和姿态，优化机器人的运动轨迹和移动效率，使其能够以更加自然和高效的方式行走。
3.3 控制系统开发
为了实现对机器人的控制和智能决策，团队开发了一套先进的控制系统。该系统采用嵌入式系统和大数据算法，通过传感器获取环境信息，并对机器人的运动进行实时监测和控制。同时，系统还能够根据机器人的任务需求，灵活调整机器人的运动策略和行为模式。
毕业论文设计-可变形仿生翻滚四足机器人结构设计（全套图纸）
可变形仿生翻滚四足机器人结构设计
摘要: 移动机器人是科学技术进步的产物，更是人类无限幻想和智慧的结晶。
移动机器人在军事、生产、生活以及科学研究中还有着许多潜在的应用前景。移
动机构决定了移动机器人的综合移动性能，是移动机器人能够在工作环境中实现
快捷、平稳、精确、高效移动的关键。
为了提高机器人的移动效率，同时也为了降低机器人结构的复杂性，本课题
从现代仿生学原理出发，将自然界中的翻滚运动引入到四足机器人结构当中，并
借鉴可重构机器人理论，首次提出一种具有翻滚模式和步行模式的可变形仿生翻
滚四足机器人，达到用一种机构实现两种运动的目的。
本文对可变形仿生翻滚四足机器人进行了总体方案设计，选定了结构参数，
和驱动方式。详细地对机器人的本体结构进行了设计，并对机器人关键部位进行
了校核。
本课题提高了四足机器人的环境适应能力，拓展四足机器人的应用领域，而
且丰富了移动机器人学科的理论和实践，对移动技术的发展和高机动性移动平台
的开发具有一定的借鉴作用，具有重要的理论意义与实际应用价值。
关键词：四足机器人；仿生翻滚；可重构机器人；设计校核
全套图纸加153893706Structural Design for a Reconfigurable Bionic Rolling
Quadruped Robot
Abstract : Mobile robot is the product by scientific and technological
progress, and also the crystallization of human infinite fantasy and
wisdom. Mobile robot have many potential application prospect in the
military, production, living and scientific research. The move mechanism
机械毕业设计897基于Solid Works 四足行走机构的设计及动画模拟
- 1 - 1绪论
1.1课题研究的目的和意义
目前人类使用的行走机构有足式行走机构，轮式行走机构、履带式行走机构、蠕动式行走机构，其中前三种行走机构较常用。
履带式行走机构的优点为耐用，驱动性佳，着力强，野外作业能力强，如在阿富汗和伊拉克战场上使用的战地机器人PACKBOTS采用的就是履带式行走机构，它能够在崎岖不平的地形表面行走，可以在建筑物里执行搜救任务、抛掷手榴弹等。但缺点为行走速度慢，不能在混凝土地面过硬路面山上急转弯，否则将引起带体扭曲。本机底盘低，石子和异物容易进入履带和底架之间，且机动性差。
轮式行走机构在平坦的硬质地面上运动具有履带式和足式行走机构无法比拟的优点，在目前的移动机构中应用最多，如美国斯坦福大学的斯坦利(STANLEY)无人驾驶汽车、用于火星表面探测的“勇气号”和“机遇号”以及大多数足球机器人等，都是采用的轮式行走机构。
足式行走机构最大的优点是对路况要求不高，在不连续的地形条件下具有很大优势，运动灵活，适应复杂地形的能力强，但其控制和设计难度较大，相关技术还不是很成熟，目前大多处于实验室研制阶段。目前研究较多的足式机构有双足、四足和六足机构。四足结构与双足机构相比具有更好的稳定性和承载能力，与六足、八足机构相比机构更简单。日本东京工业大学机器人课题组从事采用足式机构的四足机器人研究已有20多年历史，他们从实用性、机构的复杂度、稳定性等方面考虑，认为四足是足式机器人最佳的结构形式。由于技术等原因，目前投入使用的采用足式机构的四足机器人较少，但是四足机器人具有很强的环境适应能力，可以在平坦硬质地、沙石地、雪地、松软地、草地等复杂地面行走，可以爬越一定角度的坡面，跨越一定宽度的障碍和沟壑，在不久的将来会在以下方面发挥重大作用: 例如有些农业机械如果安装足式机械底盘，就能够适应旱地，水田，梯田等不同环境，有些矿山机械如安装行走机械底盘，其适应松软路面，大坡度路面的能力就会增强；宇航方面，为星球探测机器人安装上“足”，必将大幅度增强其在星球上的移动能力；战场上的应用，运输、侦察、排雷等；危险及特殊环境下的作业，反恐中的排雷、排爆，星球表面的探测，地震等引发的灾后搜救，核工业中放射性原料的运输、处理等，狭小空间下的作业，废墟、山洞的探测，管道检测、维修等；娱乐、服务、导盲等，在日常生活中足式行走假肢也有很大的应用前景。
四足机器人运动及稳定控制关键技术综述
四足机器人运动及稳定控制关键技术综述
目录
一、内容概览................................................2
1. 四足机器人概述........................................3
2. 研究背景与意义........................................4
3. 研究现状和发展趋势....................................5
二、四足机器人运动原理及结构................................7
1. 四足机器人运动原理....................................8
1.1 动力学模型建立.....................................9
1.2 运动规划与控制策略................................10
2. 四足机器人结构组成...................................11
2.1 主体结构..........................................13
2.2 关节与驱动系统....................................14
2.3 感知与控制系统....................................17
三、四足机器人运动控制关键技术.............................19 1. 运动规划算法研究.....................................20
1.1 基于模型预测控制的运动规划算法....................21
1.2 基于优化算法的运动规划策略........................22
四足步行机器人步态规划及稳定性分析
四足步行机器人步态规划及稳定性分析
四足步行机器人是一种模仿动物步态的机器人，具有四个腿部，通过模拟动物行走方式实现机器人的移动。步态规划是指确定机器人在行走过程中每个时刻各腿的位置和运动轨迹的过程。稳定性分析是指机器人在行走过程中保持稳定的能力。
四足步行机器人的步态规划可以分为静态和动态两种方式。静态步态规划是指机器人每一步的位置和姿态都是固定的，适用于行走速度较慢的情况。动态步态规划是指机器人在行走过程中通过改变腿部的位置和姿态来保持平衡，适用于行走速度较快的情况。
在静态步态规划中，可以使用逆向动力学方法来确定机器人每个时刻各腿的位置和姿态。首先，需要确定机器人的质心轨迹，然后根据机器人的动力学模型计算每个时刻各腿的位置和姿态，确保机器人的质心保持平衡。
在动态步态规划中，可以使用运动规划和控制方法来确定机器人每个时刻各腿的位置和姿态。首先，需要确定机器人的期望轨迹，然后使用运动规划方法来生成机器人的轨迹。接下来，使用控制方法来调整机器人的腿部位置和姿态，确保机器人的质心保持平衡。
稳定性分析是确保机器人在行走过程中保持平衡的重要部分。稳定性分析可以通过线性和非线性控制方法来实现。线性控制方法是指根据机器人的线性模型进行控制，通过调整机器人的控制参数来保持平衡。非线性控制方法是指根据机器人的非线性模型进行控制，通过调整机器人的非线性参数来保持平衡。 稳定性分析还可以通过模拟和实验方法来进行。模拟方法是通过建立机器人的动力学模型，使用数值计算方法来模拟机器人在行走过程中的稳定性。实验方法是通过实际建造机器人，并进行实验来验证机器人在行走过程中的稳定性。
总之，四足步行机器人的步态规划和稳定性分析是实现机器人行走的关键。通过合适的步态规划方法和稳定性分析方法，可以实现机器人的平衡行走，进而实现各种应用，如救援、探险等。
四足仿生机器人毕业设计
四足仿生机器人毕业设计
一、项目背景
随着科技的不断发展，仿生机器人逐渐走进人们的生活，成为了现代工业领域中不可或缺的一部分。仿生机器人是指通过模拟动物或人类的生理结构和运动方式来设计机器人。四足仿生机器人是其中一种类型，它能够模拟动物行走的方式，具有较好的稳定性和适应性。本毕业设计旨在研究四足仿生机器人的设计与控制。
二、项目目标
1.设计出具有稳定性和适应性的四足仿生机器人；
2.实现四足仿生机器人自主行走，并能够避开障碍物；
3.探索并优化四足仿生机器人的控制系统。
三、项目内容
1. 机械结构设计
根据仿生学原理，设计出具有类似于动物骨骼和肌肉结构的四足仿生机器人。考虑到稳定性和适应性等因素，可以采用轻质材料进行制造，并且在关节处使用弹簧等装置增加其弹性。
2. 控制系统设计
控制系统是实现四足仿生机器人自主行走的关键。可以采用单片机或者嵌入式系统等进行控制，通过陀螺仪、加速度计等传感器获取机器人的姿态信息，实现对机器人的控制。同时，还需要设计避障算法，使机器人能够自主避开障碍物。
3. 仿真模拟
在设计完成后，可以通过计算机仿真软件对四足仿生机器人进行模拟测试，并进行优化。
4. 实验验证
在完成仿真模拟后，需要进行实验验证。可以通过搭建障碍物场景，在不同环境下测试四足仿生机器人的稳定性和适应性。
四、项目意义
1. 推动科技发展
本毕业设计研究的四足仿生机器人是一种新型的智能化设备，具有广泛的应用前景。它可以应用于军事、医疗、工业等领域，推动科技发展。
2. 增强创新能力 本毕业设计涉及到多个学科领域，如机械制造、电子技术和计算机科学等。通过研究和实践，可以增强学生的创新能力和综合素质。
3. 提高实践能力
本毕业设计需要进行机械结构设计、控制系统设计、仿真模拟和实验验证等多个环节。通过实践操作，可以提高学生的实践能力和动手能力。
五、项目进度安排
1. 第一阶段（前期准备）：了解仿生学原理，查阅相关文献资料，并进行四足仿生机器人的初步设计。
新型四足步行机器人的腿机构设计
３８ 机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ 第３期 ２０１０年３月
文章编号：１００１—３９９７（２０１０）０３—００３８—０３
新型四足步行机器人的腿机构设计
卢坤媛 王吉岱 李庆 雷云云
（ 山东工业职业学院机电工程系，淄博２５６４１４）（。山东科技大学机械电子工程学院，青岛２６６５１０）
Ｔｈｅ Ｉｅｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｎｅｗ ｑｕａｄｒｕｐｅｄ ｗａｌｋｉｎｇ ｒｏｂｏｔ
ＬＵ Ｋｕｎ—ｙｕａｎ ．ＷＡＮＧ Ｊｉ－ｄａｉ２，ＬＩ Ｑｉｎｇ２，ＬＥＩ Ｙｕｎ－ｙｕｎ
（ Ｓｈａｎｇｄｏｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｉｂｏ ２５６４１４，Ｃｈｉｎａ）（ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６５ １ ０，Ｃｈｉｎａ）
： 【摘要】结合腿部机构的典型姿态，规划了四足机器人的合理步态。依据设计参数，运用三维模型：
÷软件ＵＧ建立了四足机器人的三维实体模型，导入ＡＤＡＭＳ中添加约束和动力，进行运动仿真。仿真试验；
？结果表明机构运动中腿部所受冲击力过大，因此进行机构方案改进，重新设计了小腿机构。改进的机构试？
验表明，四足机器人的腿部受力明显得到了改善，从而机构的设计得到了优化。
关键词：四足步行机器人；虚拟仿真；腿机构设计
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｖｅｒａｌ ｔｙｐｉｃａｌ ｐｏｓｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｗ ｐａｓｓｉｖｅ ｌｅｇ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅ
ｇａｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｂｏｔ ｉｓ ｐｌａｎｎｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ
四足机器人
第一章 绪论
1.1 引言
机器人已经在很多方面获得成功应用，特别是机器人能够代替人类在一些非结构性环境中作业，在军事、星球表面探测、核工业等方面有着非常广阔的应用前景。目前的多足仿生步行机器人，其机动性不好，对环境的适应性不够，越障能力较弱，运动步态的模式较有限。比较典型的，仿生步行机器人实现对沟壑、障碍的跳跃就比较困难。目前，国内外学者对四足仿生机器人的研究取得了很大的进展，但对各类仿生机器人的研究，较多的集中在对单腿系统的研究，通常将机器人的机体多设置为刚体。
通过对以“猎豹”为代表的高敏捷性、能快速运动的动物跑跳机理及越障过程的深入研究，可以发现，很多动物在快速运动中利用了腰肌的力量与腿脚动作的配合。因此，本课题提出一种具有储能功能的变机体四足仿生机器人，在对现有多足仿生移动机器人单腿系统研究的基础上，考虑模拟动物的腰肌变化，对机体的柔性、储能等功能进行仿生研究。通过在机体上设置储能单元，将机体变化和腿部弹跳相结合，研究新的运动步态及运动过程，以提高机器人的仿生特性，增强机器人的运动速度、机动性与跑跳性能。
1.2 研究背景及意义
目前，多足机器人已经在很多方面获得成功应用。特别是多足机器人能够代替人类在一些非结构性环境中作业，在军事、星球表面探测、核工业等方面有着非常广阔的应用前景。多足步行机器人在非结构环境下工作，要求具有高的机动性、快的运动速度。而限于机器人研究水平，现有的多足步行机器人更多是作为一种移动平台，在非结构性环境中实现高机动、自主精确的快速运动的特性还不够。
四足步行机器人作为足式机器人的重要组成部分，近年来，各工业发达国家都将其作为具有战略意义的前沿技术，投入巨资支持开展研究工作。美国Boston Dynamics公司研究BigDog[1] 的成功,在世界上掀起了研究具有实用性自律移动机器人的高潮[2-3]。
我国也非常重视高性能四足仿生机器人的开发。国家863计划先进制造领域，于2010年发布了“高性能四足仿生机器人”主题项目指南，吹响了“十二五”期间我国高性能四足机器人技术攻关的号角[4]。