小型四足机器人的机械设计与仿真
型号 尺寸mm(长*宽*高) 扭矩kg.cm S3002 31*16*30.2 3.3 0.25 35 速度sec/60 重量g 表2.1 所选舵机的主要参数表
2.6 本章小结
本章主要研究了四组机器狗的本体设计，包括： (1)选择主体结构的材料 (2)初定结构尺寸与质量 (3)机器狗的扭矩与压力的计算 (4)舵机的选择
walking dog的单腿设置髋关节和踝关节两自由度，能在一个平面内自由运动（见图2.6）。采用舵机作为机器狗的关节驱动器，其单腿结构图2.7见
图2.6 四足机器狗模型
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图2.7 单腿结构
作为整个结构的重要部位，对其的优化与结构稳定性的验证机器及其重要，如果腿部受力变形，将对之后研究的步态行走的稳定性和准确性产生影响，所以对其的研究很重要，将在下一章详细介绍。
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第三章 对腿部结构的优化及应力绕度的验证
3.1 采用Matlab 软件进行优化分析 3.1.1 问题描述
现有一机器狗单腿，如图3.1所示，腿分上下两部分，长度分别为L1和L2，图中圆洞处与舵机相连，受到最大的扭矩为2.68kg. cm，最大的压力为4.4N,要求腿部最高不得超过90mm，最低不得低于70mm，腿部其他参数见下表3.1，于研究对象为小型四足机器狗，所受的扭矩与力都不大，所选材料铝合金完全可以承受，所以这里只研究腿尺寸的长短对质量的影响，先要求设计腿部的长度，再满足要求的前提下，使整条腿的质量最轻。
部位 跨度 宽度 上高度 下高度 两边厚度 中间厚度 大小（mm） 49 25 L1=40 L2=45 1 2 表3.1腿部参数表
图3.1 腿部三维模型简图
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3.1.2 建立数学模型
优化设计追求的指标为腿部质量Q最轻，Q 的计算式为: Q(X)=Q(x1,x2)
=ρ*V
=(((2*L1+49)*25*1)+((2*L2+49)*25*1))*2.8*10E-3 =0.14(L1+L2)+0.274
式中:设计变量X = [ x 1 , x 2 ] T = [ L1 , L2 ] T。 显然, L1 、L2 越小, Q 值越小。
但L1与L2受整体尺寸要求的影响，将上述要求约束整理后 得：
A．
最大尺寸限制 L1+L2≤90 B. 最小尺寸限制
L1+L2≥70 C 腿上部长度限制 L2≥35
据此,可写出优化设计的数学模型为:
min Q ( X) = 0.14*(L1+L2)+0.274
X = [ x 1 , x 2 ]T = [ d , l ] T s. t 90-L1-L2≥0 L1+L2-70≥0 L2≥35
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3.1.3 采用MATLAB 软件对优化问题的分析
3.1.3.1 对软件的了解和熟悉
由于第一次使用MATLAB,所以对这款软件进行了一定的了解和熟悉，图3.2为matlab的主工作界面。
图3.2 Matlab的主工作界面
MATLAB 可以用来进行以下各种工作： ● 数值分析 ● 数值和符号计算 ● 工程与科学绘图 ● 控制系统的设计与仿真 ● 数字图像处理 技术 ● 数字信号处理 技术 ● 通讯系统设计与仿真 ● 财务与金融工程
MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱
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