2013届工程机械专业（机越一班）机械创新设计
过程中，能够保证机器人的重心在支撑足构成的三角形内，因此从整个步态周期来看，该机器人的运动是稳定的。
2.5.4步态的选择
仿生学中四足动物的步态多种多样，就仿马而言就有：行走步态、对角小跑步态、蹄蹓步态等，我们小组设计的四足行走机构根据中心要求，选择最为平稳地行走步态，在行走过程中，它有一条腿踏空，三条腿支撑，只要使整个装置的重心位于三条支撑腿构成的三角形形心附近，就可以保证整个机构在行走过程中的稳定性。
行走步态：它是一条腿行走，三条腿协作。在我们小组的构思是，四腿的足端运动轨迹一样，只是周期的起始点不同，构成蹬地、抬腿、迈步、着地的动作，并且也可以腿的初始相距位置不同，以便构成支撑三角形的形状和位置，是三角形形心与装置重心跟接近。
2.6理论计算
2.6.1动力学分析
有机构运动原理简图受力分析得：
图2-6 整体受力图
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小组成员：何燕飞、郑义、陈斌、周鹏、陈海云：机器人的四足行走机构创新设计
可知內膝肘式的两力FR1和FR2在水平方向的分力可以相互抵消，只剩下竖直方向的支持力，支持机构的直立。与之相比外膝肘式的结构则，因为平行四边形易变形的特点而发生一定的弯曲。 2.6.2足端轨迹分析
机器人跨越段轨迹规划采用复合摆线轨迹规划法,该方法可以保证足运动轨迹连续平滑,以此保证运动的稳定性。建立如图2.3所示的坐标系,假定x轴方向为抬腿点与落地点连线的方向,y轴方向为竖直向上,原点取抬腿点。对跨越段轨迹的x轴和y轴方向分别进行规划,首先进行x轴方向规划。
[19]
图2-7足端的运动轨迹
跨越段x轴方向上，足端的轨迹函数为
[19] 式中,S表示步长;T表示跨越段周期;t表示轨迹的采样时间。在控制系统中,S可按照障碍物实际情况进行设定,T可按照行走速度要求进行设定。
根据x轴方向轨迹函数构造y轴方向的轨迹函数,将机器人足在y轴方向的运动过程分为抬腿和落腿两个等时间段的过程,因此,用分段函数表示：
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式中,H表示跨高,且也可在控制系统中,根据障碍物实际情况进行设定。本小组设定两组基本尺寸： S1=210 mm,H1=160 mm（高步）；S2=210 mm,H2=50 mm（低步）。
以高步为例，根据机构的足端水平位移和竖直位移，利用描点连线可以得到机构的足端的水平和竖直位移曲线运动轨迹图：
[19]
图2-8 足端的水平和竖直位移轨迹图
1.6.3. 水平电机和竖直电机运动方程的设计
[19]
图2-9
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腿部运动周期表： 设计（后腿） 水平（X方向） 竖直（y方向） 周期时间 步态 AB 0~0.75T 蹬地 BC 抬腿 CA 0.75T~T 着地 设计（前腿） 水平（X方向） 竖直（y方向） 周期时间 步态 AB 0~0.75T 蹬地 BC 抬腿 CA 着地 0.75T~0.9T 0.9T~T
得到单腿水平电机和竖直电机的位移时间方程：
从而可以得到水平电机和竖直电机的位移曲线：
由一条腿的水平电机和竖直电机的位移运动方程，根据步态的分析，周期性的变化，稳定性的条件，重心的位置与四腿的相对位置，可以求得四腿的水平电机和竖直电机的运动位移方程，从而可以求得电机的速度方程。
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第3章 结论及展望
3.1 主要结论
动物步态研究近年来成为人们结构仿生研究的热点，是其他学科领域研究的基
础。动物步态研究的关键是对动物生理结构的研究。本课题对马其运动方式进行分析，并通过上网搜索马在平地的运动过程，对马行走时的运动步法及步态特点进行了分析，在此基础上设计仿真了仿马四足行走机构，对未来仿生机器人技术发展与应用有着重要理论意义。
本课题对马步态研究得出以下结论：
1．通过上网搜索马在平地的运动过程，得到马在平面运动所需的试验数据，并对数据进行分析处理，得到：马在平地运动过程中，相应的周期步态特性参数及各腿腿部运动角度变化曲线和规律性。发现：平地上，马各腿的支撑状态（各腿的支撑时间及抬、落腿的先后顺序）和悬空状态各不相同，马的行走步态的变化主要是通过调整各腿的负荷因数和重心位置而实现的。
2．基于马身体结构和步态运动方式，利用我们所学的机械原理等课程知识和仿马的结构，设计出双电机的仿马四足行走机构，利用autoCAD软件设计出机构运动原理简图，利用 CATIA 软件设计出机构的单腿三维图，并得到他的三视图等。
3.2未来展望
1．将 CATIA 软件建立的三维模型，导入到 ADAMS 软件环境下进行三维动态运动仿真，得到的虚拟条件下的运动学数据曲线，与试验数据曲线吻合，由此验证了虚拟样机模型的正确性。
2.由已知的四杆机构基本尺寸、足端运动轨迹及其水平、竖直位移曲线，会利用电脑软件程序算出机构各部分的运动轨迹，从而得到两电机的运动方程。
3.由于时间的仓促，我们的结构还有很多不足的地方还没来得及优化，希望未来我们有机会优化并实现我们机构。通过对各个参数进行精确的计算，得到准确的结论。
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