探究液壓驅(qū)動四足機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

張華鋒

【摘要】液壓驅(qū)動四足機器人屬于一種人類仿生機械設(shè)備，并且機器人的關(guān)節(jié)相對較多，其結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜，主要是采用仿生的方式，展開液壓驅(qū)動四足機器人的總體設(shè)計。同時，液壓驅(qū)動四足機器人的出現(xiàn)，為很多相關(guān)工作的展開，提供了相對便利的條件。因此，本文對液壓驅(qū)動四足機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，展開了分析和闡述。

關(guān)鍵詞：液壓驅(qū)動;四足機器人;機械結(jié)構(gòu);

先進技術(shù)的不斷發(fā)展，機器人在很多行業(yè)領(lǐng)域中，得到了廣泛的應(yīng)用，然而液壓驅(qū)動四足機器人主要危險性不確定的情況，有著良好的適應(yīng)能力，并且可以很好的完成各項任務(wù)，。但是，要想保證液壓驅(qū)動四足機器人使用的穩(wěn)定性，需要對其機械機構(gòu)進行一定的明確，并且對自身的運行狀態(tài)進行協(xié)調(diào)和控制，實現(xiàn)液壓驅(qū)動四足機器人在工作中的穩(wěn)定性。可靠性以及實時性、開放性等有點，這樣對其相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，也是非常有利的。

1、液壓驅(qū)動四足機器人分析

一般情況下在靜止的狀態(tài)下，液壓驅(qū)動四足機器人具有冗余自由度，并且前面的兩條腿，與后面的兩條腿呈現(xiàn)的對稱彎曲的狀態(tài)，圖1為液壓驅(qū)動四足機器人機械結(jié)構(gòu)簡圖。其實，液壓驅(qū)動四足機器人主要是由軀體和4條腿組成，并且每條腿有3個關(guān)節(jié)，其中與軀體連接的髖關(guān)節(jié)擁有兩個自由度，其自由度程度相互垂直的狀態(tài)，并且膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)各擁有一個自由度【1】外，液壓驅(qū)動四足機器人中的驅(qū)動關(guān)節(jié)呈現(xiàn)一個平面四連桿機構(gòu)，將液壓缸為驅(qū)動的原動力，并且用過利用液壓缸活塞桿的伸縮，可以在一定程度上改變環(huán)節(jié)活動的角度，以此保證液壓驅(qū)動四足機器人的靈活性，為相關(guān)生產(chǎn)工作綜合效益的提升，給予了一定的支持和保障。

2、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

液壓驅(qū)動四足機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是從總體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、人機體設(shè)計等方面展開，下面就針對這點內(nèi)容展開了分析和闡述。

2.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

總體結(jié)構(gòu)設(shè)計所包括的內(nèi)容有很多，例如：腿模塊自由度選擇、腿結(jié)構(gòu)形式、安裝等方面，具體的內(nèi)容如下。

2.1.1腿模塊自由度選擇。腿機構(gòu)可以控制的自由度越多，其靈活性就會相對較好，但是每一個可以控制的自由度需要設(shè)置一套驅(qū)動系統(tǒng)和一套傳動機構(gòu)，這樣每一個自由度的重量就會有所增加【2】。因此，在該方面設(shè)計的時候，在滿足自由活動的條件下，自由度越少越好，避免給液壓驅(qū)動四足機器人的活動造成一定的影響。

2.1.2腿機構(gòu)。在設(shè)計的時候，需要對關(guān)節(jié)式腿機構(gòu)結(jié)構(gòu)進行綜合性的考慮，一定要保證其簡單性、靈活性，主要是采用關(guān)節(jié)式連桿機構(gòu)作為機器人的腿機構(gòu)形式，并且用過利用液壓缸作為驅(qū)動，實現(xiàn)其預(yù)期的設(shè)計效果。

2.1.3安裝。安裝是總體設(shè)計的一項重要內(nèi)容，一般情況下將其分為：把腿安裝在機體側(cè)面的仿昆蟲類、把腿安裝在機體底部的仿哺乳動物類等。在設(shè)計的時候，不僅需要保證機器人具有良好的行走功能，還可以作為液壓操作臂模，很好的完成各項工作，全面展現(xiàn)出液壓驅(qū)動四足機器人的優(yōu)勢。

2.2機械結(jié)構(gòu)參數(shù)

機械結(jié)構(gòu)參數(shù)是液壓驅(qū)動四足機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的一項重點內(nèi)容，主要是從以下幾個方面展開。

2.2.1腿節(jié)長度設(shè)計。圖2所示，L1、L2、L3為單腿髖關(guān)節(jié)腿節(jié)的大、小腿節(jié)長度，α為髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角、β為大腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角、γ為小腿關(guān)節(jié)角度等方面，這樣看來液壓驅(qū)動四足機器人腿節(jié)相對較多，這樣主要是保證其運動的靈活性【3】。同時，在設(shè)計的時候，各個腿節(jié)的長度關(guān)系對腿部的靈活性，有著直接性的影響，因此單腿總長度的優(yōu)化，一定要滿足液壓驅(qū)動四足機器人靈活運行需求。

2.2.2運動速度。腿節(jié)長度對運動速度也是有著一定影響的，假設(shè)腿機構(gòu)運行到某一點的位置，足端點C的運行軌跡方程，其公式為：，其中：，，根據(jù)各項公式可以得出：，可以作為足行程以及腿跨距R，并且根據(jù)以上的公式可以得出：。根據(jù)各項公式，可以知道機器人的腿跨距R對桿長相對較為敏感，可以對機器人的運動速度造成較大的影響。因此，在設(shè)計的時候，若是的取值較大，機器人的步調(diào)速度就會越快，充分保證了液壓驅(qū)動四足機器人運動的靈活性。

2.3人機體

人機體是液壓驅(qū)動四足機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的一項重要內(nèi)容，需要對角度的規(guī)劃、機構(gòu)的穩(wěn)定性作為重點考慮的對象。因此，在設(shè)計的過程中，需要注意腿部髖關(guān)節(jié)的擺動角度進行設(shè)置，若是角度較小就會影響液壓驅(qū)動四足機器人運動的靈活性，但是若是較大的話，機器人前后兩腿就會產(chǎn)生干涉。為了避免這樣現(xiàn)象的發(fā)生，需要根據(jù)實際情況對人體機進行加長，滿足對液壓驅(qū)動四足機器人的使用需求【4】。另外，在設(shè)計的時候，一定要確定人體機長寬的比例，一般情況下在0.75，這樣主要是避免長、寬設(shè)計不合理，液壓驅(qū)動四足機器人中心發(fā)生偏移，產(chǎn)生傾翻的現(xiàn)象，影響液壓驅(qū)動四足機器人機的使用性。

結(jié)束語：

綜上所述，本文簡要明確液壓驅(qū)動四足機器人的相關(guān)內(nèi)容，并且從不同角度和方向，對液壓驅(qū)動四足機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，展開了分析和闡述，其目的就是保證液壓驅(qū)動四足機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，提升機器人運動的靈活性以及使用性、穩(wěn)定性等方面，為相關(guān)生產(chǎn)綜合效益的提升，帶來了巨大的支持，更促使相關(guān)行業(yè)得到更好的發(fā)展。

參考文獻：

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