武汉理工大学毕业论文（设计）
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1 绪论
1.1综述
在自然界或人类社会中，存在人类无法到达的地方和可能危及人类生命的特殊场合，如工地、防灾救援等许多领域，对这些复杂环境不断的探索和研究往往需要有机器人的介入。腿式系统有很大的优越性，较好的机动性、崎岖路面上乘坐的舒适性及对地形的适应能力强。所以这类机器人在军事运输、海底探测、矿山开采、星球探测、残疾人的轮椅、教育及娱乐等众多行业，有非常广阔的应用前景，多足步行机器人技术一直是国内外机器人领域的研究热点之一。四足步行机器人是机器人的一个重要分支，由于四足机器人比两足步行机器人承载能力强、稳定性好，同时又比六足、八足步行机器人结构简单，因而更加受到各国研究人员的重视。
作为一个男生，自小时候其就对于机器人有着莫大的兴趣。此次毕业设计老师分配给我这个题目，让我感觉到特别兴奋，同时也感觉到了真正动起手来设计机器人也还有许多实际上的难处。
由于本专业是机械自动化方面的，此次设计应该是一次简单的机械结构的设计。对于更加精确的控制理论没有过多的研究，设计的主要作用也是作为危险环境下的托运物品。虽然所学知识有限，但我会尽全力去钻研，决定从自己能解决的机械方面的问题着手。
1.2发展概况
关于四足步行机器的制作的文献，最早见于东汉学者王充的?论衡?第八卷?儒增篇?，“鲁班巧工为母做木马车，木人御者，机关备具，载母其上，一驱不还，遂失其母??”三国时期，诸葛亮处于战争的需要，造出了用于托运粮草的“木牛流马”.目前 ,机器人的移动方式主要包括:轮式、 履带式和足式。其中 ,轮式和履带式机器人的越障能力弱 ,不能充分实现运动的灵活性。四足机器人步行腿具有多个自由度 ,落足点是离散的 ,故能在足尖点可达域范围内灵活调整行走姿
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态 ,并合理选择支撑点 ,具有更高的避障和越障能力。为此 ,四足机器人的研究已成为机器人学中一个引人注目的研究领域 ,而且运动学的研究是步行机器人各项研究的基础。
1.2.1国内发展概况
国内对于四足步行机器的研究则起源于对木牛流马的复原,1986年王湔在古文献的基础上经过20余年的潜心研究,创制出了单侧十七连杆,并由人力推动的王氏木牛流马,首开了国内研制纯机构步行机器的先河.1992年，王湔更以单腿八连杆机构,加上马车,创作出王氏木车马.在此之后,台湾的颜鸿森教授带领他的弟子,以王氏木车马为基础,研制出了一系列的步行机器,如陈氏的四连杆型和六连杆型,邱氏,黄氏,沈氏步行机器,大陆的王旭辉和查建中等人则以单腿八连杆机构为对象,对其压力角的优化和杆件布层进行了研究和探讨.总之,传统的对象加上科学的分析和先进的理论,使得展.国内在步行机器的研究范围和深度上得到了极大的丰富和拓展.
1.2.2国外发展概况
关于四足步行机器的研究,最早申请专利的当属1893年由Rygg创作的步行机器马,该机构由齿轮和连杆机构组成,由人坐在马背上脚踏前进,但是却没有做出实物来加以佐证.1913年Gechtolsheim申请专利,也是用齿轮和连杆机构组成的步行机器,但是文献中没有实物的描述,故此时对于步行机器的设计,仅只考虑腿部机构与轨迹的曲线而已.1960年Shigley创作出以连杆组设计四足腿部机构,并利用一组双摇杆机构来控制步行机器的步态,此时对于步行机器的设计,已经加入步态设计的理论.1966年,McGhee和Frank制造出第一台完全以电脑控制的步行机器人,之后对于步行机器的设计,则广泛地应用控制理论.1978年,Hirose将水平控制器装在步行机器上,并在足部装设了维持水平方向行走及修正方向的感应器.1986年Raibert,Chepponis和Brown以液压缸及伺服马达,制造出RUNNING MACHINE步行机器.对于四足步行机器的研究从单纯的机构逐渐向综合控制,软件,电子等多学科融合的方向发展.
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1.3课题背景
在社会物质文明高度发达的今天，人类虽然能够创造出比较良好的生活环境，但是对于大自然的探索与了解，以及自然灾害的防治，各种危险情况下的工作却一直束手无策。因此机器人的设想就成为了在危险环境工作的必然选择。足式移动机器人对行走路面的要求较低，它可以跨越障碍物，走过沙地、沼泽等特殊路面，用于工程探险勘测、反恐防爆、军事侦察等人类无法完成或危险的工作。对这些环境进行不断的探索和研究，寻求一条解决问题的可行途径成为科学技术发展和人类社会进步的需要。不规则和不平坦的地形是这些环境的共同特点，使得轮式机器人和履带式机器人的应用受到限制，而多足步行机器人能够在复杂崎岖的路面上稳定行走。我所设计的四足步行机器就是为了在危险环境中的救人或者运输必须物品，为人类更好的改造大自然。
1.4目的及意义
本次设计的目的是在毕业设计阶段充分的运用到本科所学到的机械方面的知识，锻炼自己的能力，学习各中机械设计的技巧和电子图版的使用。设计出一款比较简单实用的四足步行机器，能够在各种危机情况中发挥应有的作用。
四足步行机器的设计其意义体现在：
一：在设计四足步行机器的过程中，我参考了各种机器人设计的资料，学习到了很多关于自动机器人的知识。还在老师的指点下参观了老师指导的机器人大赛作品，对于机器人的机构和机理有了深刻的认识，充分发挥了机械设计中的知识。
二：对于四杆机构的设计和研究有了比较深的了解，汲取了比较多的前人理论，学习到了许多以前不曾学习过的东西。
三：设计出了一款简单实用的四足步行机器，使在危险情况下的运输和工作有了比较好的一种选择。
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1.5本文主要的研究工作
作为一个简单的四足步行机器的设计，我的主要工作就是设计出整个四足步行机器的主体结构，成为各种危险环境中的一个好工具。具体工作主要有：
1、四足步行机器人整体设计,选定合理易行的方案，设计出具体尺寸结构， 画总装图;
2、对主要零件进行结构设计，画零件图; 3、对主要零件进行强度计算;
4、撰写设计说明书，字数一万字以上； 5、英文翻译５千汉字以上。
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2 设计内容
2.1理论依据
本次设计的主要过程分为方案设计、杆件尺寸设计、绘制装配图及零件图。即先确定四足步行机器的方案原理。这一阶段主要参考了网上各种机器人的视频，比较了许多机器人方案，最终确定适合自己的做毕业设计 。而在明确了自己的方案之后尺寸设计过程是难点，因为以前四杆机构的设计我们学习的不是很深刻，参考了很多这方面的书籍。最后就是根据以前课程设计的相关知识作出整个的装配图和零件图，其中包括了直流电机选型、传动方式选择和计算、主轴及传动轴的设计、箱体的设计及结构工艺性考虑。
主要应用的理论知识有：机械设计、机械原理、机械制造技术基础、机械设计课程设计、机电一体化、机电传动控制等等。
2.2方案实施
经过长时间的搜集资料和学习四足步行机器的有关设计，分析其工作原理，特拟定了一下集中方案： A.方案一：