四足机器人腿部结构运动学分析与仿真.pdf

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1、第l6卷第8期军事交通学院学报V01．16No．82014年8月JournalofMilitaryTransportationUniversityAugust2014●基础科学与技术BasicScienceandTechnology四足机器人腿部结构运动学分析与仿真李栓成，孔瑞祥，李明喜，秦万军(1．军事交通学院军用车辆系，天津300161；2．军事交通学院研究生管理大队，天津300161)摘要：结合军用四足机器人性能要求，确定四足机器人三自由度的腿部结构。通过对腿部结构的运动分析，建立四足机器人足端运动范围和大腿液压缸位移之间的运动关系。使用仿真软件对腿部结构进行运动学仿真，并对仿

2、真结果进行分析，验证三自由度机器人腿部联动机构的合理性及有效性。关键词：四足机器人；腿部结构；运动学分析中图分类号：TP24文献标志码：A文章编号：1674—2192(2014)08-0091—04KinematicAnalysisandSimulationofQuadrupedRobot’LegStructureLiShuancheng，KongRuixiang2LiMingxi，QinWanjun。，(1．MilitaryVehicleDepartment，MilitaryTransportationUniversity，Tianjin300161，China；2．Postgra

3、duateTrainingBrigade，MilitaryTransportationUniversity，Tianjin300161，China)Abstract：Combiningwiththeperformancerequirementsofaquadrupedrobot，thelegstructureof3degreesof~eedomisdetermined．Throughkinematicanalysisofthelegstructure，themovementrelationshipbetweentherangeofmotionofitsfootendandthedis

4、placementofleg’Shydrauliccylinderisestablished．Thekinematicanalysisofitslegstructureismadebyusingsimulationsoftware．Therationalityandefficiencyoftherobot’Sleglinkageareverifiedthroughtheanalysisofsimulationresults．Keywords：quadrupedrobot；legstructure；kinematicanalysis机器人的工作环境复杂，对机器人的运动灵活性和适应性提出

5、了很高的要求，为了提高机器1腿部结构模型的建立人的工作能力，其对于复杂道路环境必须有较强的适应能力⋯。对于腿部的机械部分来说，运动军用四足机器人腿部模型，目前主要是四自的灵活取决于足部能达到的运动范围。由于机器由度和三自由度2种腿部结构。四自由度腿部结人的首要任务是在有障碍和轮式车辆无法到达的构如图1所示。该结构的特征是四足机器人的单地方工作，因此机器人足端工作空间的扩展至关腿具备4个可控自由度，有4个主要部件：足部、重要。小腿、大腿和髋，通过4个关节连接在一起。该腿收稿日期：2013—08—21；修回日期：2014—04—21．作者简介：李栓成(1963一)，男，硕士，副教授，硕士

6、研究生导师2014年8月李栓成等：四足机器人腿部结构运动学分析与仿真93当BC段液压缸作用时，BC长度发生变化引rA=21113sin01起杠杆作用，这里的运动分析是极容易实现的，暂2B=2z3(z1cos01一z4)(5)时不考虑液压缸所构成的ACBD部分。因此，将【C=z；一z一z；一+2zzCOS0。驱动机构进一步简化为标准的四连杆机构(如图5求解式(4)可得所示)。03=arcsin()-arctan(鲁)(6)式中：z为大腿的长度；EF杆连接前后2个杆并传导力来驱动小腿摆动，其长度为Z。从式(5)中可以看出，当各个杆件长度为一定值时，0和0。之间的关系是固定的。对于。(即C

7、DB的补角)，通过分析液压缸所在的ABCD部分来求得，分析简图如图6所示。G图5小腿驱动机构原理／"i＼、、D此时以D为原点、DA方向为轴正方向、垂直向上为Y轴正方向建立坐标系，并将各构件表示为杆矢量。可知，FA与轴的正方向的夹角0为小腿转动的角度，因此0，角度的大小直接影响着小腿足端的转动范围，即足部的运动空间。在此，每个杆的角度都是其与轴的夹角，正方向为逆时图6液压缸作用区域针方向。这样，对于足端的工作空间分析就转化为FA与轴的正方向的夹角0的转角大小