小型四足机器人的机械设计与仿真
（单独提供的专用 MATLAB 函数集）扩展了 MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。 3.1.3.2 约束函数的性态分析 应用MATLAB 语言编程:
[ x ,y] = meshgrid(linspace (0 ,17 ,19) ,linspace (0 ,11 ,19) ) ; %根据函数的定义划分网格区域 Q = 0.14*（x+y）+0.27;
mesh (x ,y ,Q) ; %通过三维网格模拟目标函数图形 xlabel (′L1′) ; ylabel (′L2′) ;
zlabel (′Q′) ; %标注三坐标轴
title (′目标函数的图像′) %标注图形名称 运行程序可画出目标函数的三维图形,如图3.3所示：
图3.3 函数图像
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3.1.3.3 应用MATLAB软件的优化工具箱对问题的优化
A．取设计变量的初值为: x0 = [40 45]t ,首先,编写目标函数的m 文件:Objfun. m ,返回x 处的函数值f 。 function f = Objfun (x) f = 0.14*(L1+L2)+0.274
B．因设计约束含2个非线性约束,故编写一个描述非线性约束的m 文件:NonLinConstr.
function [c ,ceq] = NonLinConstr (x) c (1) = -90+x(1)+x(2) ; c (2) = 70-x(1)-x(2) ; ceq = [ ] ;
C. 设置线性约束的系数:
A = [ 0 - 1；
0 0 ] ;
b = [ -35 0 ] ;
D. 给定变量的初值,并且调用优化函数: x0=[40 45] ; A=[0 -1 ； 0 0] ; b=[-35 0] ; b1=zeros(2,1) ;
options=optimset('Display','iter','LargeScale','off') ;
[x,fval,exitflag,output]=fmincon('Objfun',x0,A,b,[],[],b1,[],'NonLinConstr',options) E. 计算结果:
具体计算结果如图3.4所示，得到：
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x =32.4632 37.5368 %最后的优化结果: fval =10.0740 %优化后的最小质量 exitflag =1 %算法退出处条件 output =
iterations: 3 %函数调用次数
funcCount: 15 %函数评价次数 stepsize: 1 %步长
algorithm: 'medium-scale: SQP, Quasi-Newton, line-search' %算法 firstorderopt: 8.0074e-008 cgiterations: []
即：L1=32.4632mm, L2=37.5368mm, Qmin=10.0740g;
图3.4 求解结果
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3.2 ANSYS验证腿部的应力与挠度
3.2.1 概述
对于机器狗腿部的优化，主要优化了机器狗腿部上下两部分的长度L1和L2，但这仅仅为结构上的优化，之前腿部铝合金片的厚度初值仅取1mm，整个结构在受力稳定性和变形上尚未研究验证，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，所以有必要对其在最大应力和最大压力载荷下的受力情况和变形情况进行研究，验证1mm的厚度是否可行。所以将使用ANSYS软件进行验证。
3.2.2 ANSYS介绍
ANSYS是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用CAE软件，其分析功能强大，有内建的建模模块，但是在处理复杂形状时，其建模功能难以胜任。SolidWorks提供强大的基于特征的实体建模功能。如将ANSYS与专业的cAD软件SolidWorks有效的结合，扬长避短。利用与SolidWorks强大的造型功能进行零部件建模、装配，再导人ANSYS之中进行相应的有限元分析，从而发挥各自的优势。大体来讲，ANSYS由以下分析功能:(1)结构静力分析(2)结构动力学分析(3)结构非线性分析(4)动力学分析(5)热分析(6)电磁场分析(7)流体动力学分析(8)声场分析(9)压电分析。这里用到的是第一个功能，结构静力学分析。
3.2.3 ANSYS与Silodworks数据接口问题
ANSYS与SolidWorks创数据交换流程如图1。在ANSYS9.0中，提供多种CAD接口，主要有:IGES、CATIA、PRO/E、UG、SAT、PARA等。这几种格式具有各自不同的特点。其中IGES和PARA是两种比较常用的传输格式。IGES是The Initial Graphics Exchange Specification的首字母的缩写，IGES是被定义于计算机
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复制设计与计算机辅助制造系统（Computer-Aided
Design(CAD)&Computer-Aided Manufacturing(CAM)Systems）不同电脑系统之间的通用ANSI信息交换标准。PARA是Parasolid的缩写，PARA提供了一个可供互相操作的数据管道，使用已经成为标准的XT文件格式，允许基于PARA的系统共享和几何数据交换，而不需要进行任何的数据转换。
对于简单的实体，将SolidWorks里画好的模型以IGS格式保存，只要在ANSYS中用import导入就可以了（下文有详说）。
3.2.4 用ANSYS求解验证过程
A.模型的导入
将在SolidWorks中画好的腿模型以IGS格式保存，然后打开ANSYS,导入模型，如图3.5与图3.6所示 ：
图3.5 ANSYS软件的import功能将三维模型导入ANSYS
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