山东科技大学学士学位论文
2.3四连杆机构的设计
机器人设计过程中，腿部的四连杆执行机构采用了契贝谢夫直线四杆
机构。在前期时参考了不少有关腿部机构的资料，这个机构的选择很重要，主要原因如下：
（1） 执行机构决定了整个系统的复杂度，机构越复杂，涉及到的工作
和配合越多，制作的精度就不容易保证。
（2） 执行机构关系到运动的最终状态，决定运行的姿态。 （3） 执行机构最终保证整个机器人系统功能的实现。 2.3.1理论根据与机构选择
图2.3.1 图2.3.2
步行机构对于设计机器人是极为重要的，设计时根据上面的原则及实际三维建模进行选择，并且根据实际要求进行了设计，上面图示为六足机器人一条腿的机构简图。
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图2.3.1所示实现步行基本动作的契贝谢夫直线机构，主动杆OB转动时，从动杆端点D端画出包括一段直线的闭合轨迹。这并不是一种实际可行的步行机构，并不能实现需要的运动，只是表明了一组轨迹，它能够实现腿的抬起、落下及一段直线运动。它是一个基础，虽然不能实现运动，但却是我们选择这种步行机构的起源，促使寻找确定可行的方案。主要是参考了鹤式起重机的变幅机构，和挖土机的臂部结构。
图2.3.2为使足部杆DE与机体始终保持垂直状态的二重平行四边形机构，这是一种比较理想的选择。主要原因：
（1） 可以毫无限制的提高腿的尺寸，从而说整个身体能站的比较高 （2） 不会因腿部放大而放大整个机器人结构
不过设计时发现垂直机构虽然足端轨迹好，但受力不好，走动过程中会发生偏移，两组平行四边形机构并不好实现。
θ=0'θ=3π/2θ=πθ=π/2'|Θ'Δ'''
图2.3.3
图2.3.3为改进的契贝谢夫直线四杆机构，该步行机构用于六足机器人中，每三个足一组，着地时间为1/2个周期。如图所示π/2∽3π/2的直
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线段为足着地时的轨迹，3π/2∽0∽π/2为足跨步时的轨迹。
为了使Q点的轨迹平行与地面上的R点，本机构采用另一个反向对称的契贝谢夫机构，相位差为180°，如图中的点C′P′M′O′。该机构上Q′点的轨迹与原机构上Q点的轨迹完全相同，但移过△s的距离，故QQ′连线恒与OO′相平行。用QQ′的中垂线上的R′点作足尖，其轨迹必于Q、Q′的轨迹相同，适于作六足机器人的步行机构。该机构在行进中机体基本上是水平移动。一条腿用二个主动构件，不仅可以提高效率，而且易于控制软件的开发，但对于本设计不太适合，反对称机构解决了受力问题，但增加了机构的复杂程度，对于配合的要求更高，不符合设计要求；还增加了动力源的数目使控制系统更为复杂。
在选择时是下了一番工夫的，决定采用这种机构因为是它能比较好的完成一个周期的运动。如图2.3.1的轨迹所示，如果找到一种构件能够实现D点的运动，就能做到腿的提起、空中移动、落下和与地面的摩擦运动实现身体的前移。这种运动方式比较灵活，即使每条腿上只有一个电机，也可以实现匀速直线运动，变速直线运动，这些对于学习控制都是很有实际意义的。
设计中考虑到制作的复杂度，以及最后执行的准确度，就尽量采用简化的构件，本文没有采用双重平行四边形机构来实现足端与地面的垂直，主要做的机器人比较小，在有限的空间安排太多的运动实现比较困难。经过一段时间的试验，主要根据SOLIDWORKS三维仿真和作图轨迹，决定采用一个57°的弯杆来实现。 2.3.2 设计参数
（１） 连杆尺寸Lab = 7mm,Lcd = 20mm,Lad = 15.6mm,Lbe = 40mm Lce =
60mm
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连杆各个部分符合契贝谢夫直线机构，见图2.3.3, 满足 PM = MQ = MO PM:CO:CP = 1:0.78:0.35
（２） 在正前方运行时，前腿和后腿之间不会发生相互干涉，其中身体上
两伸出臂距离是116mm.
（３） 电机轴与连杆的动力输入轴能够紧密配合。
图2.3.4 连杆机构图
2.3.3设计说明
本连杆机构以契贝谢夫直线机构为基础，但并不是单纯应用轨迹特性曲线。现在有很多关于连杆轨迹特性曲线的专著，通过程序设计出曲线图谱，供设计查询使用，但机器人的设计中并不能直接使用其结论，曲线图谱是关于直线连杆机构的，与曲杆的关系不大，但机器人的设计用一些曲杆更好一些。
在材料的选择上，AB杆与CD杆用的是５mm的铝板，BCE杆的是胶木板宽度均是８mm，这样可以尽量减轻机构的重量。电机输出轴配合孔采用线
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切割加工，可以保证紧密配合。 2.3.4足端轨迹分析
仔细分析足端的轨迹是重要的，要研究做成的机器人如何运动，就需
要明确的知道旋转轴转过一定角度后足端到达了什么位置，这点搞清楚了，才能很好的利用轨迹，对运动的控制才可以顺利进行。
四杆机构的特性参数由实际参数可知此契比谢夫四杆机构为曲柄摇杆机构。（为方便计算，在这里只考虑四边形ABCD。） ? 压力角?和传动角?
在图2.3.5所示的原动杆AB通过连杆BC作用在铰链C上一个驱动力，使从动的摇杆CD绕D点转动。将这驱动力F分解为两个分力：沿受力点C的速度vC方向的分力Ft和垂直于vC方向的分力Fn。驱动力方向与从动杆
??????Fcos???上受力点速度方向所夹的锐角称为压力角?，则?Ft
??Fn?Fsin?
图2.3.5 曲柄摇杆机构的传动角
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