小型四足机器人的机械设计与仿真
第四章 三维模型的建立
4.1 四足机器狗的本体结构的建立
为了快速准确地建立其模型，并方便日后的修改和计算，运用三维实体造型软件sofidworks软件，建立四足机器狗各个部件的三维实体模型，并根据系统中各个部件的相对位置关系，组装成装配体。
4.1.1 SolidworkS软件的介绍
相比传统的ZD绘图，三维实体造型不仅可以提供几何拓扑信息，而且可包含模型的材料、质量、质心位置和转动惯量等物理信息，因此三维实体造型件己经成为现代设计师钟爱的使用工具。目前市面上流行的三维实体造型软件SolldworkS，Pro/e，UG，Ideas，它们都带有功能相当完善的实体建模模块，可以快速准确的完成复杂系统的实体建模。相比其它造型软件，Solidworks价格低廉，易学易用，并且支持Iges，Parasolid，Step，Dxf，Dwf等数据传输标准，这样保证了跟其它CAD/CAE软件比如Ansys，ADAMS，Pro/e，Ideas等软件之间进行数据传递。
Solidworks是一套基于特征的参数化机械设计自动化软件，它采用了大家所熟悉的MicrosoftWindows图形用户界面。使用这套简单易学的工具，机械设计工程师能快速、方便地按照其设计思想绘制出草图及三维实体模型;在设计过程中，可应用特征、尺寸及约束功能，准确制作设计模型，并绘制出详细的工程图;根据各零件间的相互装配关系，可快速实现零部件的装配，完成总体设计任务。
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4.1.2 四足机器狗本体结构的三维模型
经过上一章的优化之后，腿部尺寸发生了变化，所以整个尺寸也将进行调整。四足哺乳类动物的每条腿由五段组成，通过与躯干的连接构成五个关节，每个关节至少有一个自由度，这种超冗余自由度使动物的运动极其灵活。但是，在四足机器狗的结构设计中，为了降低控制的复杂程度，它的腿部不可能像动物那样具有五段和超冗余自由度。从而，在力求达到机器狗运动的灵活性的前提下，对机器狗的肢体结构进行合理简化，每条腿具有2个关节，每个关节设计一个自由度。
根据以上原则设计对机器狗主要零部件的尺寸进行修改，如图4.1、图4.2和图4.3所示，其余机械参数具体如表4.1所示，机器狗的总体机械结构如图4.3和图4.4所示：
图4.1 舵机壳的零件图
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图4.2 上腿部的零件图
图4.3 下腿部的零件图
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部位 连接梁 横梁 脚部 上腿部 下腿部 长/mm 50 75 25 41 41 宽/mm 12 12 16 25 25 高/mm 5 5 5 32.5 37.5 质量/g 3.85 5.84 1.81 6.52 7.22 表4.1 各部位的机械参数
图4.4 机器狗总体结构1
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图4.5 机器狗总体结构2
4.1.3 四足机器人的简化模型
对于一个机械系统，通常要建立数十个甚至上百个三维实体零件或子体。电机、轴承座、轴承、传动机构等很多附加零件，进行运动学、动力学仿真的时候不必考虑这些附加零件的外形，只需要考虑它们的重量、重心、转动惯量等物理参数。为了减少仿真的困难，本文根据各个部件的实际情况，对一些附加零件进行简化，简化为由数个刚体组成的刚体模型，同时注意尽量保持跟实物相近的几何外观。简化这些附加零件的办法是在用solidworks软件建立好的完整模型中加入各种零件的材料密度或重心、转动惯量等物理参数，再根据刚体的实体体积，折算出相应的密度。最后将这些物理参数加到简化后的模型上，简化后的模型如图4.6所示。
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