一种行走机械腿机构的运动仿真研究

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-种行走机械腿机构的运动仿真研究-种行走机械腿机构的运动仿真研究
权 晨， 张海军
， 于孝洋
(南京农业大学 工学院， 江苏 南京 210031)
摘
要:基于复杂的农田对机器人运动性能的需要，提出了-种新型机器人腿部行走机构的设计方案，并通过 Pro /E机构
运动仿真与动力分析功能， 分析了该机构与地面接触点的位移、 速度和加速度，并分类讨论了其各构件尺寸变化对结构性能
的影响。
关键词:机器人;行走机械;腿部机构;仿真
中图分类号: S220 . 32
文献标识码: A
文章编号: 1001- 8581( 2010) 11- 0150- 03
A Study onMotion Simulation ofA LegMechani s m aboutW alkingMachine
QUAN Chen ， ZHANG H a i - j un
， YU X iao- yang
( College of Eng i neer i ng ， Nan ji ngAg ricu lt ural Uni versity ， Nanji ng 210031 ， Chi na)
Abstract : Ai m i ng at t he ki ne m atic per f o r mance requ irement of far m i ng robo t for the co mp licated far m， a desi gn o f the legm echa -
n i sm of far m i ng robot w as proposed ， and t hrough themo ti on si m ulati on and m oti v ity ana l ysis of t he legm echan i sm by Pro /E， t he d is -
place m ent ， ve l oc ity and accelerated velocity at the po i nt touch i ng the ground w ere ana l y zed . The i nfl uence o f the si ze o f va ri ous co m-
ponents on the perfor m ance of t he l egm echan is m was systematicall y discussed .
Key words : Robot ; W a l k i ng m achi ne ; Legm echan i sm; Si m ulati on


随着科技的发展，机器人在工业、 农业等领域的应用
研究日益受到重视，其中关于机器人机械系统的动力学
仿真分析是研究的热点和难点之-。机器人的动力学分
析是实现高精度控制与机械设计的基矗但机器人是主
动机械装置， 行走机构自由度多， 且每个关节可单独传
动。从控制理论的观点来看， 它是个复杂的动力学耦合
系统， 其数学模型具有显著的非线性和复杂性[1 ， 2]
。Are -
nz等针对移动机器人模型， 利用 ADAMS、 ANSYS和
MATLAB等软件进行动力学分析， 并针对 goliath移动机
器人的控制算法进行了研究， 最终在动力学仿真软件中
加以检验[3]
。
虽然目前机构运动仿真与动力分析技术的应用较
为广泛，但在关节型机器人的机械腿部机构分析中的应
用却很少¤助计算机可迅速识别多组拟合精度较高的
实际机构[4]
及其同源机构[ 5]
， 从而为用户提供更大的选
择余地。
本文利用 PRO /E的机构运动仿真与动力分析功
能，结合所设计的农用四足行走机器人腿部机构的实际
结构， 对该机构与地面接触点的位移、 速度和加速度进行
了测量与分析，并对其各机构长度变化对运动性能的影
响进行了阐述。
1
机器人行走腿部结构设计
该行走机构通过电动机带动连杆机构的周转副， 以
销钉作为连接部件， 将连杆、 滑块连接起来， 其具体的机
构形式如图 1所示。
图 1
机器人行走腿部结构设计


本结构特点在于其各个杆件均容易获得且造价低
廉， 足尖形成封闭光滑的轨迹， 使得关节角轨迹中没有加
速度的突变[ 6]
。通过调节各个转动块的位置， 可得到不
同的抬步和迈幅，进-步保证运动过程的稳定性。
2
机器人仿真模型的建立
机器人物理模型的创建是动力学分析的前提， 模型
的合理性直接影响到仿真数据的正确性，所以建立精确
的模型是动力学分析中最为重要的-步。
机构运动仿真分析是指在满足各个构件正常传动
的情况下， 对机构运动进行模拟的过程。在分析过程中
进行除质量和力之外其他方面特性的分析[ 7 ]
。