实验10 轮腿式机器人的原理方案虚拟创新设计及仿真实验

1、月球车设计制作通过月球车项目实践使学生具备机械装备总体方案设计能力；通过月球车的详细设计掌握工程设计及机械零件设计的具体过程；掌握机械零件制造加工及装配能力培养学生综合应用所学知识独立展开工程实践及团队协作的能力。1.Pro/Engineer操作软件 AutoCAD3.工培中心加工设备工培中心加工设备参考已有空间探测车，创意设计各种适合在月球表面应用的月球车，如工程月球车、载人月球车、探测月球车、运输月球车、变形月球车、资源开发月球车、维护与维修月球车、可拆卸与重构月球车等。 月球车整体设计； 月球车详细设计和工程设计，出工程图并完成相应的零件加工及装配； 针对所设计月球车，设计控制方案及相应

2、的硬件和软件系统，并完成硬件部分的制作和软件系统架构； 针对月球车运动要求，规划机构运动路径并设计相应的算法，通过传感器检测周围环境，编程实现月球车的反馈控制。 完成月球车整体设计； 完成月球车详细设计和工程设计，出工程图并完成相应的零件加工及装配； 完成月球车控制方案设计及相应的硬件和软件系统，并完成硬件部分的制作和软件系统架构； 针对月球车运动要求，规划机构运动路径并设计相应的算法，通过传感器检测周围环境，编程实现月球车的反馈控制。 原理设计：完成月球车基本结构的设计和论证，并画出结构原理图； 原型设计：在三维建模软件中绘制出整个月球车详细的结构设计，并用仿真软件进行结构分析； 工程设计对

3、常用件进行选型，绘制出其余各个零件的二维工程图，并制作出相应的零件实物完成样机组装。 根据所设计工程图进行零件的加工和装配 根据机器人控制系统需要确定控制方式 对主、从控制芯片选型； 确定机器人控制系统的通信方式； 对机器人控制系统所需传感器选型； 设计控制系统电路； 制作控制系统电路板。 根据机器人运动要求规划机器人运动轨迹； 实现机器人的手动遥控功能； 根据地形规划机器人运动路径总功能总功能（较好的的机动性能，较好的的机动性能，时刻保持车身平稳）时刻保持车身平稳）车的功能车的功能腿的功能腿的功能轮的功能轮的功能功能元功能元功能元功能元功能元功能元图图 3.1 3.1 结构为(a)型的轮腿式

4、月球车 图图 3.2 3.2 结构为(b)型的轮腿式月球车 图图 3.3 3.3 结构为(c)型的轮腿式月球车 要实现腿的功能，有多种方案可供选择。 以大腿根部为坐标原点O，建立如图3.4所示的轮腿坐标系来求解Rolling-Wolf的运动学模型。 图图 3.4 3.4 轮腿式月球车的运动学坐标系 图图 3.5 3.5 (a)型结构的轮腿式月球车轮心的包络图 图图 3.6 3.6 (b)型结构的轮腿式月球车轮心的包络图 图图 3.7 3.7 (c)型结构的轮腿式月球车轮心的包络图 如何实现机器人小腿的运动？应用平面连杆机构应用凸轮机构应用齿轮机构从概念设计实 际零件的过渡与弹簧减震器7连接的小腿5绕旋转副的旋转运动，从而实现了腿部的运动功能。驱动电机1旋转。丝杠8的运动，滑块沿着丝杠左右运动。带动带动1.1.驱动电机驱动电机 2.2.大腿大腿 3.3.丝杠滑块丝杠滑块 4.4.角度传感器角度传感器 5.5.小腿小腿 6.6.车轮车轮 7. 7. 弹簧减震器弹簧减震器 8.8.丝杠丝杠 9.9.联轴器联轴器 图3.8 轮腿三维模型 n 由于丝杠滑块的结构复杂，要保证足够的强度和易切削性等，选择45钢；n 由于不是直接的运动接触表面，因此表面的