四足機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

I摘要四足機器人在19世紀(jì)就有研究記錄，但無論是機械結(jié)構(gòu)還是控制因受到技術(shù)的束縛，到20世紀(jì)末，才有了突破性的進展。四足機器人的應(yīng)用很廣，現(xiàn)在已經(jīng)在軍事上得到應(yīng)用，推廣民用也只是時間問題。它以其能適應(yīng)各種復(fù)雜地形以及能承載一定負(fù)重而優(yōu)于輪式機器人。在國外，也已經(jīng)開始在物流行業(yè)應(yīng)用四足機器人。現(xiàn)在國內(nèi)也掀起了四足機器人的研究熱潮，以宇樹科技為首的一大批公司在前后發(fā)布四足機器人量產(chǎn)及推出市場的信息。本課題四足機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是從簡單的四足機器人結(jié)構(gòu)入手，在原有的八自由度的基礎(chǔ)上，優(yōu)化八自由度的方案，得到其中的經(jīng)驗，為十二自由度的四足機器人的設(shè)計打下基礎(chǔ)。并且提供一個廉價的八自由度四足機器人的設(shè)計方案，能在一定程度上降低四足機器人在中國高校的研究門檻。關(guān)鍵詞：四足機器人；電控制；測試與仿真；同步輪計算AbstractQuadrupedrobotshavebeenstudiedinthe19thcentury,butitwasnotuntiltheendofthe20thcenturythatbreakthroughsweremadeintermsofmechanicalstructureandcontroltechnology.Quadrupedrobothasbeenwidelyusedinmilitary,anditisonlyamatteroftimebeforeitispopularizedincivilian.Itisbetterthanwheeledrobotbecauseitcanadapttovariouscomplexterrainandcancarrycertainload.Inforeigncountries,quadrupedrobotshavebeenappliedinthelogisticsindustry.NowthereisalsoaupsurgeofresearchonquadrupedrobotsinChina.AlargenumberofcompaniesledbyYushutechnologyhavereleasedinformationaboutmassproductionandmarketlaunchofquadrupedrobotsaroundtheworld.Inthispaper,themechanicalstructuredesignofquadrupedrobotismainlybasedonthesimplestructureofquadrupedrobot.Onthebasisoftheoriginaleightdegreesoffreedom,theeightdegreesoffreedomschemeisoptimized,andtheexperienceisgained,whichlaysthefoundationforthedesignoftwelvedegreesoffreedomquadrupedrobot.Andprovideacheapdesignschemeof8-DOFquadrupedrobot,whichcanreducetheresearchthresholdofquadrupedrobotinChineseuniversitiestoacertainextent.Keywords:Quadrupedrobot;Electriccontrol;Opticaltorquesensor;Testandsimulation;Synchronouswheelcalculation目錄TOC\o"1-3"\h\u1.引言 11.1研究意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.2.1國外研究概況 11.2.2國內(nèi)研究概況 31.2.3總體發(fā)展概況 51.3主要研究內(nèi)容 62．四足機器人總體方案的基礎(chǔ)理論規(guī)則 82.1四足哺乳動物的近似運動模型 82.2近似運動模型下的四足機器人設(shè)計規(guī)則 82.3四足機器人腿長腿間距的選取，及腿的布局 92.4四足機器人腿越長越穩(wěn)、機身質(zhì)量越大越穩(wěn) 122.5前期驗證總體方案的腿部結(jié)構(gòu)測試（9月份測試模型） 132.5.1測試目的： 132.5.2測試結(jié)構(gòu)方案： 132.5.3測試方式： 142.5.4測試結(jié)果以及優(yōu)化方案： 143．沖擊設(shè)計：估計碰撞過程中的傳輸載荷 183.1碰撞的魯棒性對機械結(jié)構(gòu)的影響 183.2通心軸的有限元分析 213.2.1Soildworks2019簡介 213.2.2Soildworks2019Simulation插件介紹以及通心軸有限元分析 213.3同步輪及同步帶節(jié)線長的計算 224.整體方案的確定以及優(yōu)化 234.1同步輪及同步帶節(jié)線長的計算 234.2整體機構(gòu)具體方案實物展示及二次優(yōu)化方案 244.2.1第一版的優(yōu)化方案（已做出實物）： 244.2.2第二版的優(yōu)化方案： 255.三維建模圖展示 276.總結(jié) 281.引言1.1研究意義足式機器人未來的發(fā)展前景很大，它除了能應(yīng)用在軍事、航空探索領(lǐng)域上以外（例如掃雷排雷、運輸物資等），還能在物流行業(yè)（外賣配送、快遞運輸?shù)龋⒔逃袠I(yè)（硬件的學(xué)習(xí)以及功能、算法的開發(fā)等）還有智能家電等行業(yè)占有一席之地。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，能以四足機器人作為平臺并在這平臺上搭建其他系統(tǒng)（如機械手、激光雷達等），豐富其功能，四足機器人的功能會越來越多，普及越來越廣。雖然現(xiàn)在國內(nèi)也有研究四足機器人的高校和企業(yè)，但是四足機器人的技術(shù)瓶頸仍有很多，國內(nèi)暫時距離波士頓動力或MIT的技術(shù)仍有一段比較長的距離。目前各國研究足式機器人大多是在軍事項目上，所以需要具備強勁的運動性能，以液壓伺服系統(tǒng)最為常見。但是液壓系統(tǒng)價格昂貴，將其商業(yè)化具有一定難度，所以民用四足機器人普遍是以電機電力驅(qū)動為主。研究電機電力驅(qū)動的四足機器人的極致到最后肯定是到電機的研發(fā)上，針對各關(guān)節(jié)的受力與使用情況不同研發(fā)更具備針對性的電機作為動力源。但是目前我仍未具備自主研發(fā)電機的水平，只能嘗試優(yōu)化其機械結(jié)構(gòu)，使得機械更加可靠，更加輕便，爭取能成為國內(nèi)首位開源造價較低的8自由度四足機器人。有時間可以觸摸12自由度的門檻。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究概況哺乳動物類足式機器人的研究從上個世紀(jì)60年代開始飛速發(fā)展。從仿生學(xué)的角度，可以將足式機器人分為雙足仿生機器人、四足機器人及多足機器人。其中以波士頓動力公司最具代表性。他們研制的BigDog機器人采用高度集成化的液壓伺服系統(tǒng)作為動力源，所以其具備強勁的運動性能。美國軍方將BigDog應(yīng)用在物資運輸上。全電機驅(qū)動的四足機器人，是目前所有足式機器中，技術(shù)成熟度、應(yīng)用價值、人機交互友好性等綜合多方面，最優(yōu)的選擇。液壓系統(tǒng)和內(nèi)燃機系統(tǒng)具有造價高、質(zhì)量重等劣勢，所以并不是普及技術(shù)的最好的選擇。下面就總結(jié)一下目前比較有代表性的四足機器人方案。LeggedRobotics實驗室的SterIETH四足機器人（圖1.1）及其腿部結(jié)構(gòu)采用了優(yōu)化的平面運動腿，這種腿具有擴展自由的外展度，腿部末端采用一線性彈簧，作為被動自由度，提高機器人足端的受力能力，改善機器人在復(fù)雜地貌上的適應(yīng)性。在SterIETH的基礎(chǔ)上研發(fā)了ANYmal（圖1.2），使用了12個具有力-位控制能力的電驅(qū)動單元，并可以攜帶多種傳感器以實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的工業(yè)檢測任務(wù)。圖1.2ANYmal機器人圖1.1SterIETH機器人及其腿部結(jié)構(gòu)圖MITBiomimeticRoboticsLab的Cheetah機器人（圖1.3）采用了EmoteqHT（高壓高扭矩）系列無框動力電機（Dynamixel伺服電機），與低減速比行星減速器直接驅(qū)動的動力方案，在外部框架支撐下實現(xiàn)了接近自然界動物的高效率奔跑運動，其目前最高奔跑速度已超過22km/h。為了實現(xiàn)高速奔跑，Cheetah除設(shè)計實現(xiàn)高性能動力系統(tǒng)外，還在腿部結(jié)構(gòu)上做了大量分析優(yōu)化。后續(xù)版本CheetahRobotV2（圖1.4）采用了自主研發(fā)的盤式力矩電機，功率密度進一步提升，但由于每條腿只有兩個主運動自由度，髖關(guān)節(jié)側(cè)擺自由度運動性能較弱，主要以跳躍步態(tài)運行。圖1.3Cheetah機器人圖1.4CheetahRobotV.2機器人1.2.2國內(nèi)研究概況近年國內(nèi)高向和研究機構(gòu)在863計劃“高性能四足仿生機器人”等國家科研計劃支持下，研發(fā)了多種液壓動力的四足機器人樣機。山東大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)與華中科技大學(xué)等單位研制的四足機器人“MBBOT”，以及上海交通大學(xué)、清華大學(xué)研制的四足機器人等。也從這些學(xué)校里面萌芽了許多關(guān)于四足機器人的大學(xué)生創(chuàng)業(yè)企業(yè)如宇樹科技、蔚藍阿爾法機器狗還有沃奇智能機器人等。這些機器人能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)重下的蹲起、原地踏步、對角小跑、10°爬坡等運動。以山東大學(xué)為例簡單介紹一下國內(nèi)高校研發(fā)的四足機器人，因為國內(nèi)高校研發(fā)的四足機器人方向大致相同，因此只舉一例，它的研究方向是跟隨著美國波士頓動力給軍方研制的BigDog四足機器人的形式研制的。以液壓伺服作為動力源，腿部有緩沖裝置，能起到緩沖作用，并且將一部分機械能轉(zhuǎn)換成機器人的動力，腳底有PVDF（壓電薄膜）測力傳感器作為反饋控制。圖1.5山東大學(xué)樣機圖1.6哈爾濱工業(yè)大學(xué)樣機圖1.7上海交通大學(xué)樣機基本上國內(nèi)高校研制的四足機器人，都是奔著BigDog 的方向去的，都是以液壓伺服為動力，承載大、算法能適應(yīng)各種復(fù)雜地形、抗擾能力強為主要的研究目標(biāo)。而且國內(nèi)更注重四足機器人的算法控制，對機械結(jié)構(gòu)并不是很重視，尤其是液壓伺服的設(shè)計，與波士頓動力相比，并不是很緊湊。但是也有一些高校在秘密研發(fā)新的四足機器人并未公開其研發(fā)的視頻或是發(fā)表論文，但是目前為止，公開的資料里面，與波士頓公開的資料相比，仍然有一定的差距。反觀國內(nèi)以電機為動力源的四足機器人，以2019年Robocon比賽還有幾家機器人公司作為電驅(qū)動四足機器人的研究主體。在2019年Robocon比賽中，加入了四足機器人的元素。其中以東北大學(xué)TDT隊伍的四足機器人最為奪目，它的結(jié)構(gòu)新穎，重點是其電機的空間結(jié)構(gòu)布置，可以認(rèn)為是世界首創(chuàng)。當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)布局方式僅適用于比賽，對真正的四足機器人的研發(fā)并沒有什么參考價值，但是也能證明國內(nèi)有一群熱血青年為四足機器人的創(chuàng)新與研發(fā)而努力奮斗。而在國內(nèi)眾多研究電驅(qū)動四足機器人的公司中，以宇樹科技研究的四足機器人最為奪目，同時也是國內(nèi)唯一能媲美美國波士頓動力公司電驅(qū)動四足機器人的公司。宇樹科技的創(chuàng)始人王興興，在2016年在他的碩士論文里面就完成了他人生中第一部四足機器人的研發(fā)。然后創(chuàng)辦了宇樹科技公司，并且是國內(nèi)第一家在麻省理工學(xué)院開源的MiniCheetah之前就完成其四足機器人的研發(fā)的公司，而國內(nèi)現(xiàn)有的幾家所謂的四足機器人公司，在結(jié)構(gòu)上還是停留在MiniCheetah上，并無明顯的創(chuàng)新痕跡。換句話說，宇樹科技具備自主研發(fā)能力比其他研發(fā)四足機器人的公司要強。但宇樹科技在以液壓為源動力的四足機器人上面仍未有任何開發(fā)的計劃。圖1.8東北大學(xué)學(xué)生團隊研發(fā)的四足機器人圖1.9宇樹科技四足機器人發(fā)展歷程1.2.3總體發(fā)展概況經(jīng)過匯總，目前世界上比較有代表性的幾款足式機器人關(guān)節(jié)中應(yīng)用的電機機械結(jié)構(gòu)都有減速結(jié)構(gòu)，Laikago用的是行星減速、Anymal用的是諧波減速器和彈性體、Spotmini用的是諧波減速器或是滾珠絲桿。最理想的電機（力矩源）是可以實時控制的無轉(zhuǎn)動慣量的精確扭矩發(fā)生器。而實際電機有轉(zhuǎn)動慣量、扭矩、質(zhì)量密度較低、力矩發(fā)生有滯后（帶寬）、力矩發(fā)生有波動、發(fā)熱等缺陷。所以目前限制電機技術(shù)的瓶頸是材料，材料有兩種，稀土永磁和硅鋼或軟磁合金，稀土永磁具有高磁能積和高矯頑力（特別是高內(nèi)稟矯頑力），使得稀土永磁電機具有體積小，重量輕、效率高、特性好（特高速、特高響應(yīng)速度等）?，F(xiàn)在國內(nèi)外的不少足式機器人因為電機發(fā)熱的問題、機械結(jié)構(gòu)的缺陷、電池續(xù)航能力差等問題，只能短時間運行。所以在機械結(jié)構(gòu)上，除了具有一定柔性變化的腿部機械結(jié)構(gòu)外，電機的選型是最關(guān)鍵的問題。因為無論采用的是哪一種腿部結(jié)構(gòu)，電機的運行狀態(tài)是一直保持不停的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，所以轉(zhuǎn)動慣量是一個非常致命的問題，正反轉(zhuǎn)的狀態(tài)就注定了電機很少會出現(xiàn)全速運作的狀態(tài)，電機也會因為要克服轉(zhuǎn)動慣量而導(dǎo)致發(fā)熱非常明顯。減速比條件允許的情況下越低越好，傳動效率是越高越高，這樣能帶來更好的反驅(qū)能力，高的減速比能提升力矩和質(zhì)量比，但是它的轉(zhuǎn)動慣量增大（正比于減速比的平方）、力矩帶寬和響應(yīng)也相對較低。在現(xiàn)今的科技背景下提升電機性能的方法主要有兩個方面，一個是增強散熱，用風(fēng)冷或者水冷的方式，但目前風(fēng)冷的方式比較常見，因為水冷還會涉及到漏液、管路布置等問題。另一個是選用合適的減速結(jié)構(gòu)，行星、擺線、諧波滾珠絲桿等。行星減速價格優(yōu)勢比較大。擺線是各種電機中，抗沖擊能力最強的。諧波減速的優(yōu)勢是相同體積下減速比更大，但是價格很高。圖1.11波士頓大學(xué)Doggo四足機器人圖1.12波斯頓動力SpotMini四足機器人圖1.13麻省理工學(xué)院MiniCheetah四足機器人1.3主要研究內(nèi)容本文以研制電驅(qū)動式中高性能小型八自由度四足機器人為目標(biāo)，主體研究內(nèi)容包括以下幾個部分：1）在分析各研究實驗室的設(shè)計規(guī)則為前提，再結(jié)合近幾年補充幾條新的研究四足機器人的理論，并結(jié)合動力、傳感、控制等方面對八自由度的四足機器人的機械結(jié)構(gòu)做出新的嘗試和分析論證。2）完成電驅(qū)動小型四足機器人整機的研制。在上述理論工作的基礎(chǔ)上，完成四足機器人整體的設(shè)計，并結(jié)合控制需求，對整體的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化調(diào)整。嘗試新的腿部結(jié)構(gòu)，并結(jié)合足端的力矩傳感器優(yōu)化電控控制。3）對本文研發(fā)的八自由度四足機器人整機進行基本的運動性能的測試與分析。本課題研究的技術(shù)路線：1、明確設(shè)計要求，把握好設(shè)計的主方向；2、查找四足機器人的相關(guān)資料以及探討哪一種方案比較適合設(shè)計所需；3、做出單腿的模型結(jié)構(gòu)并列出一系列需要測試的項目和測試需求；4、結(jié)合資料和測試結(jié)果提出解決方案，并結(jié)合實際對優(yōu)化方案進行刪減；5、選擇體符合課題的最佳方案，繪制草圖然后進行三維建模；6、與電控跟算法視覺溝通，四足機器人對重心的要求比較高，要將所有的電路板、傳感器、工控、電池等質(zhì)量比較大且集中的電路電器都要在三維圖紙上面呈現(xiàn)出來；7、對三維模型進行探討，對主要部分進行受力、安全性、可行性分析等進行分析；8、確定前面步驟無誤，準(zhǔn)備出工程二維圖，選擇合適的配合公差、尺寸公差等并準(zhǔn)備購買材料；9、產(chǎn)品進行加工，各部件進行裝配及電路控制系統(tǒng)的裝配，調(diào)試運行；10、完成設(shè)計。并組裝好，根據(jù)實際與電控聯(lián)調(diào)的實際結(jié)果考慮是否添加傳感器，或是工控電腦。2．四足機器人總體方案的基礎(chǔ)理論規(guī)則2.1四足哺乳動物的近似運動模型哺乳動物的足式運動特性可以用彈簧-負(fù)載倒立擺（Spring-LoadedInversePendulum,SLIP）等效簡化模型來近似描述，其身體在較低速運動時可以不考慮脊椎的影響而以一個剛體模型近似。以MarcRaibert（波士頓動力公司創(chuàng)始人）為代表的足式機器人學(xué)者們已經(jīng)通過多種不同形態(tài)的四足機器人樣機，驗證了這種近似有效性。圖2.1四足哺乳動物近似運動模型2.2近似運動模型下的四足機器人設(shè)計規(guī)則MITBiomimeticRoboticsLab詳細分析了多種哺乳動物腿部結(jié)構(gòu)及運動特性，并根據(jù)肌肉的力/運動特性（圖2.1），提出了四足機器人所應(yīng)具備的技術(shù)特征：高力/力矩密度及高功率密度的關(guān)節(jié)驅(qū)動器，阻抗（剛度/阻尼）變換，高響應(yīng)帶寬，高效率，以及用于足墊、骨架等部件的韌性結(jié)構(gòu)。（圖2.2）所示的肌肉力/運動特性，是把肌肉等效為一個力源而做出的近似等效模型。觀察實際肌肉的控制特性，發(fā)現(xiàn)更多情況下肌肉可以實現(xiàn)力/位置混合控制的效果。值得注意的是，肌骨系統(tǒng)似乎可以直接實現(xiàn)位置控制而“鎖定”在某個位置，這可能是通過估計外力的大小而用前饋控制實現(xiàn)的，又或者肌肉本身有某種機制可以實現(xiàn)這種“鎖定”狀態(tài)，具體原因還有待細致研究。圖2.2肌肉的力/運動特性2.3四足機器人腿長腿間距的選取，及腿的布局1）腿長、腿間距的選取在SILP定義下的機器人幾何模型（圖2.1）中。定義：σ0=LFR推薦2≤σ0＜3.（LFR觀察四足哺乳動物的骨架，可以發(fā)現(xiàn)站立姿態(tài)的貓狗馬驢σ0≈3.0。而對于人，由于人直立行走的原因，使得兩大腿間不需要容納空間給身體，使得可以使σ0≈這正是這個參數(shù)意義所在：在運動步態(tài)中，較大的σ0進一步的，在機器人σ0一定的情況下，可以把足端向身體內(nèi)側(cè)收斂，來達到和增大σ另外需要指出的是，較大的σ0雖然可以提升運動性能，但在機器人靜態(tài)站立時反而會影響機身的穩(wěn)定性。故機器人站立時，把2）腿的布局為了使機器人具有較好的穩(wěn)定性，一般會采用比較低的重心。這就導(dǎo)致了機器人腿的髖關(guān)節(jié)位置需要位于機器人身體的兩側(cè)而不是身體腹部。再結(jié)合2連桿腿部結(jié)構(gòu)不同的膝關(guān)節(jié)朝向布置方式，就有了下圖中的4種不同的布局方式。一般命名為：a前肘后膝式、b前膝后肘式、c全膝式、d全肘式，圖2.3的黑色三角形為機器人的頭部方向或稱為前進方向，腿部向前進方向彎曲為膝，向后退方向彎曲為肘。（這里只是單純地對二連桿布局進行簡單的介紹，八自由度的四足機器人使用的是四連桿的箏形結(jié)構(gòu)）圖2.3二連桿腿部結(jié)構(gòu)布局八自由度的四足機器人轉(zhuǎn)換成哺乳動物的關(guān)節(jié)，就剩下髖關(guān)節(jié)的前后擺自由度，還有膝關(guān)節(jié)的前后擺自由度，與12自由度的四足機器人相比，少了一個髖關(guān)節(jié)的左右側(cè)擺自由度。目前八自由度的四足機器人的腿部所擁有的形式大致分為三種，分別為：箏形的四連桿結(jié)構(gòu)（圖2.8），箏形指的是四邊形中的一種特殊情況，即有兩組鄰邊分別相等但四條邊不相等的四邊形（即非菱形），兩個電機改變連桿角度從而進行運動能模擬出髖關(guān)節(jié)與膝關(guān)節(jié)的擺動自由度運動；平行四邊形的連桿結(jié)構(gòu)（圖2.4），電機1驅(qū)動整個髖關(guān)節(jié)的前擺自由度，電機2是驅(qū)動平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)，即膝關(guān)節(jié)的前擺自由度；還有雙桿直驅(qū)結(jié)構(gòu)（圖2.5）關(guān)節(jié)1為髖關(guān)節(jié)的前后擺動自由度，關(guān)節(jié)2為膝關(guān)節(jié)的前后擺動自由度，此外一般都會使用一根垂直前進方向的桿作為腳趾，來維持機器人的平衡，腳趾上面還會用一層橡膠或其他能增加摩擦力的材質(zhì)。八自由度的眾多機器人腿部結(jié)構(gòu)中以箏形連桿結(jié)構(gòu)較為常見，同時箏形的連桿結(jié)構(gòu)已經(jīng)被驗證為足式機器人中垂直跳躍能力最佳的機械結(jié)構(gòu)。所以就采用箏形連桿結(jié)構(gòu)，而箏形連桿結(jié)構(gòu)從空間分布上面主要是分為兩種，一種為外部箏形結(jié)構(gòu)，腿部結(jié)構(gòu)在身體之外（圖2.6）；另一種為內(nèi)部箏形結(jié)構(gòu)腿部結(jié)構(gòu)在身體之內(nèi)（圖2.7）。圖2.4平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)示意圖圖2.5雙桿直驅(qū)結(jié)構(gòu)框架圖圖2.6外部箏形結(jié)構(gòu)圖2.7內(nèi)部箏形結(jié)構(gòu)圖2.8箏形結(jié)構(gòu)及其運動原理軌跡圖外部箏形的結(jié)構(gòu)可以使得總體的質(zhì)量更集中，而且能完成的動作幅度，從空間上講，比內(nèi)部結(jié)構(gòu)要大，因為內(nèi)部箏形結(jié)構(gòu)有一部份的動作盲點，會干涉，無法到達盲點位置，但是外部箏形在理論上說，它是沒有動作盲點的，360度都可以旋轉(zhuǎn)，可到達的位置點點集可以用一個同心圓表示（圖2.9），只要結(jié)構(gòu)不與身體發(fā)生干涉即可。但是外部箏形的腿部結(jié)構(gòu)會增加一部分機械結(jié)構(gòu)的長度，或者復(fù)雜性；而內(nèi)部箏形的腿部結(jié)構(gòu)可以更簡便一些。圖2.9箏形結(jié)構(gòu)可到達的位置點點集示意圖為了使得機器人的質(zhì)量最小化，結(jié)構(gòu)只能在其安全范圍內(nèi)盡可能地壓縮其質(zhì)量，換句話說就是要犧牲一部分的剛性，來換取質(zhì)量的減少，所以全部材料都只能用輕的，如碳板、6系列鋁等。由于前期對結(jié)構(gòu)并不熟悉，而且想進一步了解同步輪的特性，所以我們并沒有采用斯坦福開源的同步輪齒數(shù)比。為了加快測試進程，我先擬定了40：24的齒數(shù)比作為第一版同步輪的測試齒數(shù)，同步輪的帶寬為10mm，因為3508原本就有一個自帶的減速箱，減速比為19:1，加上40:24的齒數(shù)比大概完整的減速比是11.4:1。在負(fù)重測試中發(fā)現(xiàn)11.4:1的減速比的輸出扭矩還是與理想狀態(tài)的所需的扭矩還是偏低了一點，所以我在完整版的機器人上面所用的齒數(shù)比為32:26齒，最終結(jié)合電機原本減速比的總減速比為15.4375。2.4四足機器人腿越長越穩(wěn)、機身質(zhì)量越大越穩(wěn)四足機器人的體型對于穩(wěn)定性的影響關(guān)系。這里指的穩(wěn)定性，指的是四足機器人最關(guān)鍵的側(cè)向穩(wěn)定性，四足機器人在其余方向基本都是天然具有穩(wěn)定性的。故四足機器人對角步態(tài)想實現(xiàn)側(cè)向穩(wěn)定，一般都是采用固定周期T的交替邁步來實現(xiàn)整個機器人的穩(wěn)定。那么在設(shè)計機器人控制策略時自然而然的會遇到怎么選取單腿邁步周期T0的問題。單腿邁步周期T0機身穩(wěn)定1：質(zhì)心-支撐足連線與支撐足垂線的夾角，在整個單腿邁步周期的支撐相內(nèi)都小于某個值（θt機身穩(wěn)定2：質(zhì)心與支撐足垂線的距離，在整個單腿邁步周期的支撐相內(nèi)都小于某個值（L×無論使用機身穩(wěn)定1或2判定條件，在相同的機身初始側(cè)向速度下，腿越長，機器人質(zhì)心留在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)的時間越長，即穩(wěn)定性越好，也就是可以使用更大的邁步周期T0這條原則也同樣可以解釋為什么小型動物都是以很高的步頻運動：這不僅提高了運動的穩(wěn)定性，還大大提高了運動速度（速度=步頻×步距）。并且也可以解釋為什么體型比較小的生物（如昆蟲、爬行動物等）都不采用足式哺乳動物這種直立腿行走的方式，并且腿數(shù)多于4。從這條腿越長越穩(wěn)的規(guī)律可以引申出，如若把人體等比例縮?。ㄈ缟砀咧挥?0cm高），那么人將很難維持正常的步態(tài)進行行走。這一條規(guī)定同樣可以解釋中國傳統(tǒng)雜技頂桿這類的表演方式。在外力相同F(xiàn)t?t腿越長越穩(wěn)規(guī)律，描述了機器人自身構(gòu)型決定的穩(wěn)定性；而機身質(zhì)量越大越穩(wěn)規(guī)律，描述了機器抗外部擾動的能力。當(dāng)然這是在腿部動力充足的情況之下才成立，如果腿部動力只能很勉強地維持自身運動的狀態(tài)，那質(zhì)量越大越穩(wěn)是不成立的。2.5前期驗證總體方案的腿部結(jié)構(gòu)測試（9月份測試模型）2.5.1測試目的：1、熟悉同步輪同步帶傳動的一些特性。（因為在之前本人做的一些設(shè)計上面都沒有嘗試同步輪同步帶傳動）測試同步輪的齒形及同步帶的材質(zhì)選用哪種（材質(zhì)有：聚氨酯、橡膠、TPU熱塑性聚氨酯彈性體橡膠）2、驗證提出的驅(qū)動結(jié)構(gòu)是否可行。（首先是驗證波士頓大學(xué)開源的方案，然后驗證自己提出的方案）3、通過迭代測試，發(fā)現(xiàn)問題，并做出合理的優(yōu)化方案。4、用最低的成本代價，最少的時間盡可能地將機械結(jié)構(gòu)上面未知的問題數(shù)量降到最低。5、由于選用的3508電機沒有絕對位置編碼器，需要考慮電機初始化的方式，是否需要加裝傳感器。6、與電控聯(lián)調(diào)，讓電控嘗試控制代碼，并根據(jù)單腿模型，將整體的電控線路布局方案整理出來，我將在整體的模型上面將電路完善，以方便我可以比較準(zhǔn)確的控制整體的重心，并且設(shè)計好電路板的安裝孔位。2.5.2測試結(jié)構(gòu)方案：電機為了節(jié)省成本，選用實驗室最常用的3508無刷電機，適配C620的電調(diào)。目前已知開源結(jié)構(gòu)的電機電調(diào)，一套需要大約人民幣900塊，八個自由度需要8套，即7200塊。用3508電機和C620電調(diào)是現(xiàn)成的，就省了一大筆支出。圖2.10是9月份搭建的單腿結(jié)構(gòu)測試的三維模型，其中分為紅色與藍色兩個部分，每個部分由一個3508無刷電機驅(qū)動。用緊定螺栓固定5M40齒帶寬為10的同步輪，再帶動5M24齒同步輪。藍色部分的傳動軸是里面的小徑通心軸，紅色部分的傳動軸是外面的大徑通心軸，小徑通心軸里面有2個帶法蘭的滾珠軸承，與大徑通心軸相嵌，所以大小徑通心軸可以獨立運動而不受影響。大徑通心軸的固定，我也是采用兩個滾珠軸承，外面用一個3D打印件套住軸承外圈用作固定作用，打印件再固定在作為身體外殼的玻纖板上。圖2.10：9月份搭建的單腿測試版三維模型剖視圖2.5.3測試方式：1、首先是給電控留時間做腿部運動的控制，熟悉一下代碼。2、在熟悉代碼的前提之下，長時間空載運行，看看在空載的情況下，會不會出現(xiàn)問題。3、分階段負(fù)重測試，從0.5KG，每0.5KG疊加上去。4、測試以3分鐘時間為基礎(chǔ)測試時間，然后以每兩分鐘為單位，疊加時長測試，以電機溫度達到60攝氏度為停止測試標(biāo)準(zhǔn)。2.5.4測試結(jié)果以及優(yōu)化方案：圖2.11中黑色的板件皆是由3mm玻纖板或4mm玻纖板制作，玻纖板韌性強，剛性足，已經(jīng)能夠滿足測試的需求了，在完整版的四足機器人里面，我將會使用力學(xué)性能更好的3K碳纖維來制作。表2.1：9月測試版問題記錄表材料性質(zhì)玻纖板3K碳纖板強度極限σb兆帕34303600彈性模量E兆帕73000210000密度ρ（g/cm3)2.541.78伸長率σ（%）4.82.1%泊松比μ0.220.307表2.2：玻纖板和碳纖板的力學(xué)指標(biāo)圖2.11：9月份搭建的單腿測試版模型圖2.12：9月份單腿測試版3KG負(fù)重測試測試出現(xiàn)的問題主要有：首先空載測試的是聚氨酯同步帶以及5T同步輪，出現(xiàn)了同步輪虛位較大的問題，導(dǎo)致該問題的原因主要是同步輪的固定方式，時間比較緊，我就購買了內(nèi)孔為圓孔且有兩顆90°分布的緊定螺絲作為軸向固定的同步輪?？蛰d時長逐漸增大的時候，就出現(xiàn)了同步帶漸漸松垮的現(xiàn)象，測試的時長加起來總共為2個小時左右。后面根據(jù)查閱的資料表明，梯形齒所能承受的扭矩是所有同步輪齒形中最小的。在進行負(fù)重測試的時候這種現(xiàn)象也隨著負(fù)重的增加而越來越明顯。再迭代測試，將同步帶的材質(zhì)換成TPU，延長測試時間，比聚氨酯同步帶好了許多，但是價格也是聚氨酯同步帶的幾倍。綜合考慮，在確定總體方案的時候我將同步帶的材質(zhì)改為橡膠。在后面進行負(fù)重測試的時候，發(fā)現(xiàn)腿部結(jié)構(gòu)的玻纖板，形變的現(xiàn)象比較嚴(yán)重。負(fù)重測試還暴露出一個問題，就是在添加到3KG的負(fù)重時，電機就比較吃力，我們就認(rèn)為是總體的減速比過小，導(dǎo)致扭矩輸出不夠。針對測試問題得出的優(yōu)化方案：根據(jù)資料顯示，同步輪所能承受的扭矩大小與兩個參數(shù)有關(guān)：第一個是節(jié)距，節(jié)距越大承受的扭矩就越大；第二個是齒形，一般的同步輪齒形分成3種，梯形齒、圓弧齒、異型齒，其所能承受的扭矩從小到大排列同上。而我為了節(jié)省開支，選用了5M圓弧齒。我查找了一些資料表明，聚氨酯同步帶的抗拉能力是三種材質(zhì)里面最差的，其次是橡膠，最強是TPU。聚氨酯同步帶主要是應(yīng)用在對使用環(huán)境要求較高的地方，例如醫(yī)藥設(shè)備、食品加工設(shè)備等。后面為了節(jié)省開支，選用了橡膠材質(zhì)的同步輪。腿部結(jié)構(gòu)是困擾了我很久的一個問題，因為為了將質(zhì)量降到最低，我不想用增加結(jié)構(gòu)的方式去解決形變問題，但是后面也沒有很好的方案，于是就使用了雙層板結(jié)構(gòu)加固。雙層板之間用銅柱連接。圖2.13：優(yōu)化雙層板結(jié)構(gòu)三維圖然后是減重問題，我在確定了該驅(qū)動方案可行之后，在此基礎(chǔ)上做了一些大膽的減重嘗試，首先是將同步輪的帶寬從測試版的10mm,改成8mm,在26齒的同步輪上面做了極致的減重操作，并且在32齒的同步輪上面開了4個減重用的孔。兩根傳動軸的長度和壁厚，也比測試版的更短更薄，結(jié)構(gòu)更為緊湊。圖2.14：鏤空減重后的32齒5M同步輪特別值得一提的是：負(fù)重測試的方式我們也進行過多種控制變量法的嘗試：首先是用繩子固定啞鈴片，繩子的韌性不夠，加上經(jīng)常與桌面摩擦，一般在3分鐘~5分鐘左右就會被磨斷。于是我們通過改變繩子的長度來緩解這種摩擦，偶然的發(fā)現(xiàn)了一個規(guī)律，繩子越長，聚氨酯同步帶所能支撐的時間就越久。后面我們用了一個3D打印件固定在腿部上，而且在打印件上面設(shè)計兩個空間，能放上負(fù)重鐵塊。發(fā)現(xiàn)這種連接方式，聚氨酯同步帶能持續(xù)的時間很短，甚至僅僅3秒鐘，就被完全拉變形了，失效了。這是機械結(jié)構(gòu)上面需要注意的一個難題，慣量問題，因為繩子越長，它有部分慣量被繩子的長度所緩沖了，但是當(dāng)負(fù)重越接近腿部結(jié)構(gòu)，甚至直接固定在上面，慣量就沒辦法緩沖，只能硬扯，所以就對結(jié)構(gòu)傷害很大。解決的辦法有兩種，要么就是減重，要么就是增加結(jié)構(gòu)的剛性，使其更穩(wěn)定，不容易被扯壞。3．沖擊設(shè)計：估計碰撞過程中的傳輸載荷3.1碰撞的魯棒性對機械結(jié)構(gòu)的影響對碰撞的魯棒性是足式機器人的一個重要指標(biāo)，非零碰撞速度接觸是不可避免的，即便控制努力地避免它。地形中任何的不確定性，機器人狀態(tài)估計中的任何錯誤以及任何干擾都可能導(dǎo)致顯著速度的影響，足式機器人對此必須具有魯棒性。存在用機械結(jié)構(gòu)緩解這些沖擊的方案，例如在腿或者電機上面添加有意串聯(lián)的彈性元件。像麻省理工學(xué)院的獵豹機器人一樣，機器人的腳和腿連接的固有柔順性足以防止腿部斷裂。對于麻省理工學(xué)院的獵豹來說，這些合乎常規(guī)性帶來的影響是足夠高的頻率，對于運動控制來說是可以忽略的。為了了解腿部結(jié)構(gòu)必須承受的一些局限性，在這里進行一些簡單的分析，以估算傳動系統(tǒng)碰撞過程中的傳輸載荷，并有助于腿部結(jié)構(gòu)的傳動和機器人的腿部設(shè)計。研究的基本模型如下：具有轉(zhuǎn)子慣量J1的電機通過慣量J2的齒輪系或傳動比n連接到剛性連桿。以角速度ω運動的連桿與世界發(fā)生非彈性碰撞，完全瞬間停止。系統(tǒng)中的某個地方有一個剛度K的柔順元件：在電機和輸入齒輪（情況1）之間，在輸出齒輪和連桿之間，就像大多數(shù)的海洋（情況2），或者在連桿末端和地面之間，像順從的腳（情況3）。當(dāng)轉(zhuǎn)子中所有的動能傳遞到彈簧位移中的使能時，齒輪傳動中的峰值力矩就會發(fā)生變化。此時，彈簧的位移角θ，如果忽略系統(tǒng)中的阻尼，能量是守恒的：情況1：12J1ω2圖3.1：情況1：執(zhí)行機構(gòu)輸入情況2：12J1ω2n2情況3：12ω2J1n2θ1=ωnJθ2=ωnJθ3=ωJ1輸入齒輪上的峰值扭矩：τ1=Kθ1τ2=Kθ2n=τ3=Kθ3我們已經(jīng)看到，在所有情況下，沖擊力都隨沖擊速度ω、轉(zhuǎn)子慣性的平方根J1和剛度的平方根K而變化。圖3.2：情況2：執(zhí)行機構(gòu)輸入圖3.3：情況3：末端執(zhí)行機構(gòu)輸入如果選擇的剛度使固有頻率（從而使開環(huán)轉(zhuǎn)矩帶寬）相等，則峰值轉(zhuǎn)矩都是相同的。這可能是一個直觀的結(jié)果，但卻是一個有用的結(jié)果。通過對碰撞速度的了解，機器人應(yīng)該能夠承受必要的力控制帶寬，可以設(shè)計機器人的腿，調(diào)整執(zhí)行器部件的尺寸，以便執(zhí)行器能夠承受這些碰撞。如果部件的尺寸和剛度選擇使得最大容許沖擊力的速度高于執(zhí)行器的最大輸出速度，則通過有意地包括執(zhí)行器內(nèi)的柔順性，可以使執(zhí)行器具有“完美”的被動沖擊魯棒性。然而，即使在這種情況下，也會有一些執(zhí)行機構(gòu)無法承受的沖擊速度，這可能是由機器人外部的東西引起的。通過將執(zhí)行器限位部件的最大允許扭矩插入2.13（在這種情況下，行星齒輪箱中的太陽齒輪），并確定最大允許碰撞速度，我們可以確定機器人的腿必須有多僵硬才能滿足最大扭矩，開環(huán)帶寬可能有多大。對于該執(zhí)行器，太陽齒輪上的允許扭矩為11牛米。齒輪比n=6，轉(zhuǎn)子慣量J1=0.000072km2，最大作動器速度40rads-1，全速碰撞的最大允許固有頻率為101Hz。盡管該轉(zhuǎn)矩帶寬實際上是相當(dāng)合理的，并且對于腿式運動來說肯定是足夠的，但是如果最大碰撞速度受到限制，則可以獲得更高的帶寬：在所有可能的情況下，使用這些執(zhí)行器的機器人將不會經(jīng)歷與剛性物體的最大速度碰撞。這些數(shù)字給出了33個合理的置信度，即執(zhí)行器將在沒有執(zhí)行器內(nèi)任何合規(guī)性的情況下很好地處理碰撞，因為連桿、其他傳動元件和機器人腳的剛度可能會使固有頻率低于這些值。值得指出的是，變速器所能承受的峰值力明顯大于電動機所能產(chǎn)生的峰值力，大約是峰值力的4倍。這意味著，對于硬沖擊，使用電機主動“跑開”沖擊，以減少變速器上的負(fù)載，幾乎沒有效果，只會減少約14的沖擊力。如果變速器的尺寸僅與發(fā)動機的性能匹配，那么給定最大沖擊速度的可實現(xiàn)帶寬將低得多。3.2通心軸的有限元分析3.2.1Soildworks2019簡介SolidWorks是達索系統(tǒng)（DassaultSystemes）下的子公司，專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售機械設(shè)計軟件的視窗產(chǎn)品。達索公司是負(fù)責(zé)系統(tǒng)性的軟件供應(yīng)，并為制造廠商提供具有Internet整合能力的支援服務(wù)。該集團提供涵蓋整個產(chǎn)品生命周期的系統(tǒng)，包括設(shè)計、工程、制造和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等各個領(lǐng)域中的最佳軟件系統(tǒng)，著名的CATIAV5就出自該公司之手，目前達索的CAD產(chǎn)品市場占有率居世界前列。SolidWorks有功能強大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點，這使得SolidWorks成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks不僅提供如此強大的功能，而且對每個工程師和設(shè)計者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。3.2.2Soildworks2019Simulation插件介紹以及通心軸有限元分析從SolidWorks2009開始，其著名的FEA軟件COSMOSWorks改名為SolidWorksSimulation。其為了體現(xiàn)設(shè)計仿真一體化的解決方案，在無縫集成界面做了創(chuàng)造性的改變，將仿真界面，仿真流程無縫融入到SolidWorks的設(shè)計過程中。SolidWorksSimulation的仿真向?qū)В韵骂檰栂驅(qū)В核憷檰?、性能顧問、約束和載荷顧問、連接顧問、結(jié)果顧問。主要分析功能：a)系統(tǒng)及部件級分析b)多領(lǐng)域的全面分析c)面向設(shè)計者的多場耦合d)特殊行業(yè)及領(lǐng)域的需求e)高級分析需求對腿部小徑通心軸進行計算校核，現(xiàn)以SolidWorks進行受力分析（圖3.4），分析結(jié)果與計算吻合，出現(xiàn)最大應(yīng)力在端點截面上，但未超過許可應(yīng)力，故通心軸的設(shè)計是符合本課題的。圖3.4通心軸分析圖3.3同步輪及同步帶節(jié)線長的計算同步帶輪中心距以及同步帶節(jié)線長計算：L'=2C+1.57D其中，L’近似皮帶節(jié)線長，C

兩軸的中心距，Dp大帶輪的節(jié)徑，dp小帶輪節(jié)徑。中心距的確定：C=B+B2-2DB=L-1.57Dp+dp其中，L為皮帶節(jié)線長度。在實際實踐中，該計算公式計算得出的節(jié)線長會略長于你所需要的節(jié)線長，因為同步輪的使用是允許有大概1~2mm的可調(diào)范圍，為了使這種不允許調(diào)節(jié)重心距的條件下使得同步帶可以張緊，建議在公式計算完節(jié)線長后，往下取整一個節(jié)線長單位即可。4.整體方案的確定以及優(yōu)化4.1同步輪及同步帶節(jié)線長的計算圖4.1：3508無刷電機外形尺寸圖表4.1：電機額定狀態(tài)下的參數(shù)表由于經(jīng)費問題，我就采用實驗室常用的3508無刷電機，做四足機器人的驅(qū)動電機，但是由于3508無刷電機是不帶絕對位置編碼器的，所以就要解決四足機器人的初始化問題，有可能需要添加霍爾傳感器或是采用其他方式。波士頓大學(xué)的方案采用的是一個具有絕對位置編碼器的無減速結(jié)構(gòu)的電機，帶動16：48齒數(shù)比的同步輪組。3508原本就自帶了一組行星減速箱，減速比為19:1。減速箱就無形增加了結(jié)構(gòu)的重量。在結(jié)構(gòu)上，由于電機型號與尺寸的限制，我無法將其設(shè)計得像波士頓Doggo的結(jié)構(gòu)那樣緊湊，只能優(yōu)化其他方面接近Doggo的結(jié)構(gòu)。我結(jié)合了內(nèi)部箏形結(jié)構(gòu)的四足機器人的電機放置方式，在單腿結(jié)構(gòu)中將兩個電機反方向安裝，就能在空間上極大地壓縮結(jié)構(gòu)，并且能使得輸出軸距離比電機同方向安裝的方式減少了一個同步輪的厚度，這樣就能有效地提高電機的輸出效率。在測試版單條腿的測試其中的負(fù)重測試?yán)铮┞读藘蓚€非常致命的問題，第一是同步輪容易出現(xiàn)虛位，是由緊定螺絲滑脫導(dǎo)致的；第二是軸的剛性不夠強，同軸裝配的結(jié)構(gòu)非常多，這就導(dǎo)致越到測試后期，兩個電機呈現(xiàn)不一樣的情況，其中一個電機同步帶非常緊，導(dǎo)致該電機更容易發(fā)燙。解決第一個問題首先是我把同步輪的圓孔改成了D型孔，由原來的一顆緊定螺絲變成兩顆120°分布的兩顆緊定螺絲并且改用尖頭的緊定螺絲。為了減輕重量，我對同步輪做了鏤空的減重處理。第二個問題我在后面的設(shè)計里，用了一個調(diào)心軸承解決，并且通心軸結(jié)構(gòu)比測試版的同心軸壁厚更厚，軸承選型軸承的滾動體直徑更大，這樣能在一定程度上面緩解這個問題。4.2整體機構(gòu)具體方案實物展示及二次優(yōu)化方案4.2.1第一版的優(yōu)化方案（已做出實物）：圖4.2：測試版單腿通心軸結(jié)構(gòu)圖4.3：第一版優(yōu)化單腿通心軸結(jié)構(gòu)腿部結(jié)構(gòu)波士頓大學(xué)采用的是鋁合金，用加工中心加工，所以其一條腿的造價很高，尤其是它的端部是要與軸承配合的，加工精度要求高，為了降低成本，這種處理方式肯定是不能采用的，所以我用了板件代替鋁合金。測試單層板腿部結(jié)構(gòu)在負(fù)重測試的時候，板件形式的腿部結(jié)構(gòu)就出現(xiàn)容易彎曲形變的現(xiàn)象，但是并不明顯，所以我在優(yōu)化腿部結(jié)構(gòu)的時候就把加固腿部結(jié)構(gòu)也作為優(yōu)化的重點之一，我在原來的基礎(chǔ)上，用了雙層板結(jié)構(gòu)（圖2.10），兩層板之間用銅柱連接，用來加固腿部的結(jié)構(gòu)。第一版的腿部優(yōu)化結(jié)構(gòu)結(jié)果并不如人意，由于碳板它只有在平行于碳板板面上面的力的抗彎性能才比較好，垂直于板面的力很容易使其形變。形變會導(dǎo)致無法用陀螺儀修正動作，因為碳板的彎曲形變是彈性形變，它彈性形變有一部分時間有波動起伏，陀螺儀的數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，沒辦法用陀螺儀去做反饋。同步輪我采用了D型孔和雙緊定螺絲的方式使其獲得更好的傳動效率，然后帶寬縮小為8mm,進一步降低重量，再加上同步輪鏤空，進一步減輕重量。圖4.4：第一版雙層板腿部結(jié)構(gòu)圖4.5：第一版優(yōu)化結(jié)構(gòu)實物圖4.2.2第二版的優(yōu)化方案：針對第一版優(yōu)化方案所出現(xiàn)的問題，我又開始構(gòu)想第二版優(yōu)化方案，首先是整體的重量偏重，我在做外框搭建的時候碳管用的壁厚太保守，用到了2mm的壁厚的碳管，第二版的話，可以嘗試用1.5mm或者是1mm壁厚的碳管。身體部分承載電路板和電池的碳板用了3mm壁厚的碳板，可以用2mm壁厚的，然后鏤空可以再大膽一點。驅(qū)動部分的外層碳板用的是4mm厚，在第二版優(yōu)化也可以將其改成3mm的碳板。而且需要將其外形尺寸縮小，否則容易與腿部結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉。其次是調(diào)心軸承太大太重，在調(diào)心軸承的選型上還需要再斟酌。其次是腿部結(jié)構(gòu)，雙層板結(jié)構(gòu)還是會發(fā)生形變，我就打算用十字交錯嵌合的方式加固單層板結(jié)構(gòu)。而且腿部結(jié)構(gòu)與最外層的碳板發(fā)生的干涉，導(dǎo)致運動有盲點，電控?zé)o法嘗試后空翻的步態(tài)。所以得加長箏形的上半部分，以避開外層碳板。最后是同步輪的虛位問題還是比較突出，無論是D型孔還是雙緊定螺絲，都沒有辦法起到比較好的固定作用。所以我打算用碳板做同步輪，然后用一個脹緊套作為連軸，這樣能有效地提高接觸面的摩擦力，而且能使得同步輪的重量和造價降低。但是由于采用了脹緊套，脹緊套的材質(zhì)為鐵，質(zhì)量比較大，我只能繼續(xù)對同步輪進行減重，我將同步輪在鋁合金鏤空的基礎(chǔ)上再進一步鏤空，帶寬改成6mm。圖4.6：第二版優(yōu)化驅(qū)動結(jié)構(gòu)圖圖4.7：第二版優(yōu)化碳板同步輪結(jié)構(gòu)圖5.三維建模圖展示本設(shè)計采用Solidwords進行三維建模，之所以Solidworks能獲得設(shè)計師深愛，因為它簡單容易上手，功能模塊多和操作技術(shù)快捷，不僅如此，它還能夠提供不同的設(shè)計方案去減少設(shè)計過程中的錯誤，提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。圖5.1設(shè)計的四足機器人三維模型圖5.1設(shè)計的四足機器人第一版優(yōu)化版實物圖6.總結(jié)對于四足機器人的這個畢設(shè)題目，我首先想要感謝的是毅恒團隊的全體成員，因為我是加入毅恒團隊之后才有了今天比較成熟的設(shè)計還有萌生出設(shè)計四足機器人的想法。其次是要感謝我在機械道路上給予我比較大幫助的父親，他是我機械一途上面的引路人。我的許多機械上面的問題大多都是他解答的。然后要感謝我畢設(shè)課題的導(dǎo)師，李兵老師，他的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度，在很大程度上面，提升了我畢設(shè)的質(zhì)量，而且還增長了我的見識，不斷地完善我的畢設(shè)。最后是感謝在這次畢設(shè)上面幫助過我的各個朋友，他們在我求學(xué)、設(shè)計的過程中，經(jīng)常鞭策我，使我對自己的設(shè)計要求越來越高。沒有以上各位，就沒有今天的我。非常感謝大家這幾年的照顧和包容。這次畢設(shè)上面，我很多問題都是我第一次遇到，也讓我意識到了我在機械的求學(xué)路上還有許多東西需要學(xué)習(xí)和精進。也希望，我能在機械這個行業(yè)越走越遠。參考文獻[1]余躍慶.機構(gòu)與機器人動力學(xué)研究[M].北京：科學(xué)出版社，2015.[2]劉辛軍，謝福貴，汪勁松.并聯(lián)機器人機構(gòu)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2018.[3]鄭浩峻，張秀麗.足式機器人生物控制方法與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.[4]李貽斌，榮學(xué)文，李彬.液壓驅(qū)動四足仿生機器人理論、技術(shù)與實現(xiàn)[M].北京：科學(xué)出版社，2018.[5]柳善增.少自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)動力學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2015.[6]羅慶生，羅霄.仿生四足機器人技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2016.[7]王興興.新型電驅(qū)式四足機器人研制與測試[D].上海.上海大學(xué)2015.[8]BenjaminG.Katz.ALowCostModularActuatorforDynamicRobots[D].MassachusettsInstituteofTechnology，2018.[9]MarcoHutter,ChristianGehring,MichaelBloesch,MarkAHoepflinger,CD