小型四足机器人的机械设计与仿真
电源为外置），其重量保守估计MC=500g。
2.3.2 舵机
目前市面上普通小舵机重量在50g左右，如图所示，所以取Md=50g。
图2.1 普通舵机
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图2.2 16路舵机驱动器的电路板
2.3.3 腿部
腿部采用上下H型设计，其尺寸如图所示，按照其尺寸得到其体积为Vl=(27*70*1)*2+(23*27*2)=4020mm3,所以其质量为：
ML=4020mm3*0.0028g/mm3=11.256g。
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图2.3 腿部结构图1
图2.4 腿部结构图2
2.3.4 脚部
脚部采用铝合金型材，长为40mm，宽为12mm，厚度为6mm估计重量为MF=5.04g。
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2.3.5 身体骨架
同样采用了铝合金型材，分别为连接舵机的支架和横梁，尺寸分别为长55mm，
宽12mm，厚度5m和长80mm，宽12mm，厚度5mm，所以质量分别为M梁1=8.25g，M梁
2
=12g。此处为尺寸的初选与质量的估计，经优化后尺寸可能会发生变化。
2.4 机器狗的扭矩与压力的计算
2.4.1 单腿的压力计算
当机器狗行走时，实际是只有一条腿离地，假设整个模型是对称的，所以，当一条腿抬起的时候，其对角线上的那条腿是不起支撑作用的，只有两条腿起支撑作用，此时承受在两条腿上的总重量G=MC+6*Md+2*ML+4*MF+2M梁1+M梁2=771.172g，所以1关节处受到的压力F1=385.586g，F2=F1+ML+Md=446.846g。
2.4.2 单腿的扭矩计算
腿的动作有两个状态：站立与抬起。
由初选的尺寸可以得到，关节1和关节2之间的长度La=70mm， 2关节与地面之间的长度约为Lb=60mm。
当腿站立时，1关节处受扭明显小于2关节处，所以只需计算2关节处的受扭，考虑其极限位置的情况即可，即M2=F2*Lb=2.68kg.cm。
当腿抬起时，1关节处受扭明显大于2关节处，所以只需计算2关节处的受扭，考虑其极限位置的情况即可，即M1=(ML+Md+2*MF)*La=0.5kg.cm。
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综上，关节受到最大扭矩为Mmax=2.68kg.cm。
2.5 舵机的选择
舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的 IC判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。一般的伺服马达是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流经线圈时便会产生磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用力。依据物理学原理，物体的转动惯量与质量成正比，因此要转动质量愈大的物体，所需的作用力也愈大。
依照受扭矩较大处的来选择舵机，这里选择FUTUBA的舵机，列出一些不同型号的舵机，如图2.5所示，选择FUTUBA S3002的舵机，其规格见表2.1。
图2.5 FUTUBA部分舵机规格表一览
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