[41]。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，一般包括系統(tǒng)的模態(tài)分析和振動(dòng)響應(yīng)分析。在四足機(jī)器人中，腿部的運(yùn)動(dòng)性能直接影響到整機(jī)的工作性能，因此，我們選擇主要受力部件腿部連接桿進(jìn)行分析，以確保系統(tǒng)具有預(yù)期的工作性能。模態(tài)分析表4.1腿部連接桿的前6階固有頻率階次123456固有頻率/Hz1611.81645.61833.73544.736714708表4.1腿部連接桿的前6階固有頻率的大小，這給在振源頻率的選擇上提供了參考。振源強(qiáng)度、振源頻率和結(jié)構(gòu)頻率的接近程度等因素均會(huì)影響結(jié)構(gòu)共振的效果，此外，還可以在四足機(jī)器人腿部安裝減震器或調(diào)整腿部結(jié)構(gòu)減輕結(jié)構(gòu)共振的效果，提高機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。材料選擇為保證四足機(jī)器人的高強(qiáng)度的同時(shí)減輕自身慣量，四足機(jī)器人部分零件多選用密度低、強(qiáng)度好的材料。此外，為提高機(jī)械系統(tǒng)的減震性，四足機(jī)器人腿部零件生產(chǎn)采用鑄造工藝。材料如下表所示：表4.2材料選擇名稱選擇材料彈性模量/GPa泊松比密度kg/m3屈服強(qiáng)度MPa小腿鋁合金71.70.332810255足端橡膠0.007840.47930320髖關(guān)節(jié)鋁合金71.70.332810255十字軸40Cr2110.37850785模型整機(jī)搭建根據(jù)前面對(duì)模型關(guān)鍵零部件和部分連接方案的設(shè)計(jì)，進(jìn)行模型整機(jī)的搭建，這里主要采用模塊化設(shè)計(jì)的思想，前后腿結(jié)構(gòu)相同，模型整機(jī)樣式如圖所示。 圖4.7四足機(jī)器人整機(jī)模型四足機(jī)器人模型整機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：高度1300mm，長(zhǎng)度1690mm，寬度為575mm，雙腿間距529mm，總質(zhì)量約為125kg，具有4個(gè)主動(dòng)自由度。本章小結(jié)本章首先對(duì)四足機(jī)器人關(guān)鍵零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了具有剛?cè)狁詈闲?yīng)的小腿，較大運(yùn)動(dòng)范圍的中腰部分和穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的機(jī)體。接著選擇主要受力部件如腿部關(guān)節(jié)連接桿、頂板和十字軸等進(jìn)行強(qiáng)度校核和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。根據(jù)零部件FEA分析和模態(tài)分析的結(jié)果優(yōu)化結(jié)構(gòu)。最后組裝完成整機(jī)結(jié)構(gòu)模型，得到整體結(jié)構(gòu)參數(shù)。

參考文獻(xiàn)袁閃閃,吉愛紅.四足動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)行為和力學(xué)[J].機(jī)電一體化,2017,23(03):15-22+47.譚民,王碩.機(jī)器人技術(shù)研究進(jìn)展[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào),2013,39(7):963-972.史洪敏.高速重載步行機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析及步態(tài)規(guī)劃[D].燕山大學(xué),2017.熊蓉.仿生腿足式機(jī)器人的發(fā)展——浙江大學(xué)控制學(xué)院機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室熊蓉教授談國(guó)內(nèi)外腿足式機(jī)器人研究情況[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2017(02):29-36.朱強(qiáng),周良生.軍用仿生足式機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀[J].山東工業(yè)技術(shù),2018(01):184+132.尹曉,劉瑞元,王少坤.仿生四足爬坡機(jī)器人的設(shè)計(jì)及分析[J].電子世界,2020(11):149-150+153.KitanoS,HiroseS,HorigomeA,etal.TITAN-Ⅷ:sprawling-typequadrupedrobotwithabilityoffastandenergy-efficientwalking[J].ROBOMECHJournal,2016:20-33.何淑壘.四足移動(dòng)機(jī)器人的球面并聯(lián)腿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)性能研究[D].山東大學(xué),2019:1-9.王曉磊,金振林,李曉丹,劉祥.串并混聯(lián)四足仿生機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模與分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2019,50(04):401-412.胡偉.欠驅(qū)動(dòng)六足步行移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與分析[D].上海工程技術(shù)大學(xué),2015HutterM,GehringC,JudD,etal.ANYmal-AhighlymobileanddynamicquadrupedalRobot[C]//IEEE/RSJInternationalConferenceonIntelligentRobots&System.IEEE,2016:38-44.HutterM,GehringC,LauberA,etal.ANYmal-towardleggedrobotsforharshenvironments[J],AdvancedRobotics,2017:1-14.臧紅彬,沈連婠.TheoJansen仿生腿研究及其機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2017,53(15):101-108.王鑫.類豹型四足機(jī)器人高速運(yùn)動(dòng)及其控制方法研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2013.WoodenD,MalchanoM,BlankespoorK,etal.AutonomousnavigationforBigDog[C].IEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation(ICRA).Anchorage,AK,USA.2010:4736-4741.AnanthanarayananA,AzadiM,KimS.Towardsabio-inspiredlegdesignforhigh-speedrunning[J].Bioinspiration&biomimetics,2012,7(4):46005.楊超峰.液壓四足機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃研究[D].北京理工大學(xué),2015.ParkJ,Kyung-sooKim&SoohyunKim.Designofacat-inspiredroboticslegforfastrunning[J].AdvancedRobotics,Vol.28,No.23,2014:1587-1598.SeminiC,BarasuolV,GoldsmithJ,etal.DesignoftheHydraulically-Actuated,Torque-ControlledQuadrupedRobotHyQ2Max[J].TransactionsonMechatronics,2016:1-12.趙朋.串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力學(xué)模型及其特性分析[D].哈爾濱工程大學(xué),2012:1-20.HutterM,GehringC,BloeschM,etal.StarlETH:Acompliantquadrupedalrobotforfast,efficient,andversatilelocomotion[C]//InternationalConferenceonClimbingandWalkingRobots,2012.HutterM,HoepflingerM,GehringC,etal.HybridOperationalSpaceControlforCompliantLeggedSystems[C]//Robotics:ScienceandSystems,2012.張秀麗,鄭浩峻,段廣洪.動(dòng)物運(yùn)動(dòng)控制機(jī)理及對(duì)機(jī)器人控制的啟示[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2002(05):24-26.張國(guó)英.仿山羊坡地行走機(jī)構(gòu)的研究[D].河南科技大學(xué),2011.田為軍,叢茜,金敬福.德國(guó)牧羊犬關(guān)節(jié)角及其地反力研究[N].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2009,39(Sup1):227-231.TIANWJ,CONGQ,etal.KinematicsAnalysisofGermanShepherdDogBasedonKaneEquation[C].Proceedingsofthe2ndInternationalConferenceofBionicEngineering-ICBE＇08:199-202.田為軍.德國(guó)牧羊犬運(yùn)動(dòng)特性及其運(yùn)動(dòng)模型研究[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué),2011.LutzGJ,RomeLC.BuiltforJumping:TheDesignoftheFrogMuscularSystem[J].Science,1994,263(5145):370-372.賈蘊(yùn)琪,曹致中,王赟文等.基于數(shù)字影像處理技術(shù)的結(jié)縷草秋季枯黃動(dòng)態(tài)分析研究[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2009,18(3):94-101.袁振宇.仿貓?zhí)S機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真分析[D].沈陽工業(yè)大學(xué),2020.李華.內(nèi)膝肘式四足機(jī)器人步態(tài)仿真[D].山東大學(xué),2012.陳耀,周建軍,胡濤.單自由度腿部機(jī)構(gòu)的四足機(jī)器人穩(wěn)定性研究[J].機(jī)械與電子,2015(02):65-69.方珂匯.四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[D].杭州電子科技大學(xué),2015.夏任司.四足機(jī)器人步態(tài)與路徑規(guī)劃[D].武漢:華中科技大學(xué),2013.CristinaTavolieri,etal.Analysisanddesignofa1-DOFlegforwalkingmachines[J].UniversityofCassino.2013.32(8):932-950.肖曉萍,李自勝.契貝謝夫四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2011(09):63-65.黨群.柔性腿四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與步態(tài)仿真[D].東北石油大學(xué),2019.何廣平,陸震,王鳳翔.柔性欠驅(qū)動(dòng)機(jī)