ADAMS5足仿生机器人机构设计与运动学分析(3)
本课题研究的主要目的在于设计一种可以在各种复杂的陆地环境下进行探索，具有轻量机身及转向快捷等特点的结构-----五足仿生爬行机器人。主要研究如下：
（1）五足仿生爬行机器人的机构建模。依据生物仿生学原理，并参考国内外已有的四足和优尔足机器人设计特点，大胆创新，使用SolidWorks三文绘图软件进行五足机器人的三文模型建造。
（2）对五足机器人的三文模型进行运动学分析。构建机器人的运动学模型。为五足爬行机器人腿部的轨迹规划打下基础。
（3）仿真分析。根据设计的机器人三文模型和运动学分析的结果，规划五足机器人单脚的运动轨迹，导入到运动仿真软件ADAMS中建立仿真模型，对其进行仿真分析。
（4）对所设计的机器人零件机构进行强度分析，将主要零件逐个导入到SolidWorks中，利用软件自带功能SolidWorks simulation，分析机器人机构强度是否满足实际需要。
2 五足机器人机械机构设计
2.1 引言
足式移动方式的机器人可以相对较易地跨过比较大的障碍(如沟、坎等),而且机器人的脚所具备的大量的自由度可以使机器人的活动倍加矫健,对于凹凸不平的地形的适应能力也更强。正是足式机器人不同于其他轮式、带式等移动机器人，凭借极强的地形适应能力和稳定能力得到越来越多的应用。
为设计一种重量轻、转向快捷，并且又能保证足部支撑下躯干稳定运行的五足机器人，使其能够在坡度较大和凸凹不平、砂砾遍布的地面上稳定行走。因此该机器人最佳设计方式是足式爬行机器人，而且该机器人运动灵活、转向快速，才能满足各种地形下的正常运动。设计五足机器人时要考虑到以下几条：
（1）创新性。在进行五足机器人的机构设计时，应当与已有的机器人结构区别开来，对新型机构想象并付诸实际，大胆创新。
（2）经济性。新型五足爬行机器人的设计该当具备布局简略，轻量化，成本低的特色。同时防止大功率器件的过度使用，进而减少电源负荷。
（3）可靠性。对所设计机器人中的关键位置要着重考虑，分析其可靠性[15]。机器人所选材料满足其使用刚度，使得机器人能够稳定运动[16]。
（4）可文护性。机器人装配时使用的零件，应该用标准件，以便于安装和拆卸[17]。并且，这样还能够提高机器人的控制精度，减少误差。躯干中央电路用模块化编程，便于检测[18]。
（5）可扩展性。设计完成的五足机器人需要进一步完善，使其功能增加以满足更多的需求，机器人能够兼容其他器件。
2.2 腿部结构的仿生学原理
2.2.1 多足昆虫的腿部结构
通过对生物行为学理论和昆虫解剖学的阅读可知，昆虫的单腿模型，如图 2.1 所示。腿部有三个杆状结构，分别是髋节、膝节和足节。这三个结构绕着髋关节、膝关节、足关节做旋转运动[19]。经过仔细分析后我们可知，昆虫单腿是一个“RRR”型的开链机构。