机械手设计及运动仿真说明书

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文哈尔滨理工大学学士学位论文-PAGEII--PAGEII-搬运机械手结构设计及运动仿真摘要机械手可谓是自动手，能够模仿手等的部分工作一些功能，根据处理对象固定的程序还是爬行，操作工具自动运行装置。机械手起到很多作用，简答来说可以能够取代人的复杂劳动，来实现生产活动的机械化及自动化，也可以在不良环境下运作，起到保护人身安全的作用，因为这方面的要求我们可以将机械手应用于机械制造中锻造方面、冶金方面、电子方面等部门，将机械手运用这些方面可以提高生产效率等。本课题要求是通常圆柱坐标系设计的搬运机械手。论文中是对对机械手的功能、分类及进行了叙述，并通过该论文设计要求，对机械手的手、腕、臂以及机身的结构方面的设计及计算和液压传动原理方面设计，使其能实现自动上料、腕部旋转、手臂伸展、机身旋转及升降等动作，并运用Pro/E对搬运机械手的工作过程进行机构运动仿真。通过运动仿真对机械手的结构设计有个比较详细的了解，能够更好让机械手广泛运用于工业方面。关键词机械手；液压传动；机械手结构设计；运动仿真HandlingRobotDesignandMotionSimulationAbstractManipulatorcanbedescribedasautomatichand,canmimicsomeofthefeatureshandsandotherpartsofthework,accordingtotheprocessingtargetfixedprocedureorcrawling,operatingtoolautomaticallyrundevices.Robotplaysmanyroles,itmaybeabletoreplaceshort-answerpeople'scomplexlabortomechanizationandautomationofproductionactivities,andcanalsooperateinadverseenvironments,protectthepersonalsafetyrolebecausethisrequirement,wecanTherobotusedinmachinerymanufacturingintermsofforging,metallurgy,electronicsandotherdepartments,therobotcanusetheseareastoimproveproductionefficiency.Therequirementsofthesubjectisgenerallycylindricalcoordinatesystemdesignedhandlingrobot.Paperisamechanicalhandfunction,classificationandhasbeendescribed,andbythepaperdesignrequirements,designandcalculationofstructuresoftherobot'shand,wrist,arm,andbodyandhydraulicdriveprincipleaspectsofthedesign,sothatitcanautomaticfeeding,wristrotation,armextension,rotationandliftingandotherbodymovements,andtheuseofPro/Eforthehandlingoftherobotmotionsimulationworkprocesses.Bymotionsimulationtodesigntherobothasamoredetailedunderstanding,betterabletomaketherobotwidelyusedinindustry.Keywordsmanipulator;hydraulictransmission;handstructuredesign;motionsimulationPAGEII---PAGEIV-目录摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII第1章绪论 11.1课题背景 11.2研究意义 21.3国内外研究现状分析 31.4研究的主要内容及方法 31.5工业机械手的分类，基本形式及组成 41.5.1工业机械手的分类 41.5.2工业机械手的基本形式 41.5.3基本组成 61.6本章小结 8第2章搬运机械手总体设计方案 92.1搬运机械手设计参数 92.2搬运机械手基本形式的选择 102.3驱动机构的选择 112.4搬运机械手的主要结构确定 112.5本章小结 12第3章搬运机械手的手部结构设计 133.1搬运机械手手部设计基本要求 133.2搬运机械手手部的设计计算 133.2.1拉紧装置原理 143.2.2手抓的受力分析 153.2.3夹紧力及驱动力的计算 163.2.4手指夹持范围计算 183.2.5弹簧的设计计算 183.3本章小结 19第4章机械手的腕部结构分析计算 204.1腕部设计的基本要求 204.2腕部结构选型 204.2.1典型的腕部结构 204.2.2腕部结构和驱动机构的选择 214.3腕部的设计计算 214.3.1腕部的驱动力矩计算 214.3.2腕部旋转液压缸的确定 234.3.3腕部旋转液压缸螺钉的计算 234.4本章小结 25第5章搬运机械手的手臂结构设计 265.1手臂设计的基本要求 265.2手臂的典型机构及选型 275.3手臂结构受力分析 275.4手臂液压缸结构尺寸的确定 295.5手臂液压缸活塞杆的强度校核 305.6本章小结 30第6章搬运机械手机身结构设计 316.1机身的整体设计 316.2机身旋转结构和升降结构的设计 326.2.1机身旋转结构的设计 326.2.2机身升降结构的设计 336.3本章小结 33第7章搬运机械手运动仿真分析 347.1运动仿真简介 347.2搬运机械手的运动仿真与分析流程 347.3机械手静态展示与局部放大展示 357.4搬运机械手工序过程展示 377.5本章小结 39结论 40致谢 41参考文献 42附录 43外文文献 44-PAGE10--PAGE73-绪论课题背景当前国内机械的应用主要是机床加工，锻造，热处理等方面，不能满足一些产品发展的需要。国外机械制造过程中，工业机械手应用很广泛，能够帮助人们完成很多产品的上下料过程。在这种国内外的发展机械手的背景下，我国要加大机械手的研究和应用。机械手是一种新型的工业自动装置，主要是在机械化、自动化生产过程中发展起来，并且在以后能够有个很好的发展状况。在现代自动化、机械化生产过程中，机械手是广泛运用于自动生产线中，机械手的研究开发和生产已成为创新科技领域中，快速发展并且长期发展的一个新兴的创新技术。机械手这个技术的发展，能够使机械手能更好地把机械化、自动化充分的结合起来。机械手也是有缺点的，不能像手一样的灵活，但它能够模仿人的动作，不间歇的进行长期工作，不用像人工一样考虑一些问题，能够快速工作，提高生产效率。通过机械手能很大程度上提高劳动生产率，并能够很好的降低成本。伴随着我国工业化的生产速度加快，机械的自动化要求程度款速提高，实现工件的装卸、转向、输送或者操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已经引起人们的重视[1]。机械手从结构还有结构形式上看简单，专用性和实用性强，简单的说就是机械的上下料装置，是通过该机床的专用机械手[2]。工业技术的不断发展，造就了可以通过程序进行控制的机械手，它能够按照程序编写要求，很好的完成显示工作中的重复操作，而且它的使用范围也是相当广泛的，我们也可以称它普通机械手。因为普通机械手的价格便宜，可操作性比较高，可以运用的方面比较广。普通机械手如图1-1，图1-2图1-1工业机械手图1-2工业机械手研究意义机械手对我们现实生产作业中起到很重要的作用，能解放我们的劳动生产力，提高机械化水平，让我们的工业发展有很大的发展。根据我国机械手应用与当前的外国机械手的应用进行对比，不难得出的结论就是我们应该大力发展机械手设计这方面的水平。我们研究机械的意义有一下：首先，应用搬运机机械手有利于实现材料的传送.共建的装卸。刀具的更换以及机器的装配的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和生产本。其次，改善劳动条件，避免人身安全。人手直接操作的范围是受到各方面的制约，比方说温度过高过低，气压高低，液压高低等方面，在这种不适宜人工作的环境下用机械手就可以部分或全部代替人手的功能，从而安全的完成作业。再就是，采用这种机械手进行工作，使用的人工减少，让我们多余的劳动力来干其他的事情，可以完全提高我们工厂等方面的劳动效率，也对我们人本身就是一个很好的保护，为我们的发展提高一个从人工到机械操作的质的飞越。国内外研究现状分析简单的说，我们国家机械手的发展水平相对较低。对于工业性的生产项目没有打达到机械化水平，这就减缓了我们工业的发展速度。目前国内一些机床加工上下料，锻造，压力高低环境作业等方面都是用这样的工业机械手进行操作，但是其数量，品种，性能等多方面还不能够满足当前国家生产发展的要求，正因如此，国内的工业要像快速发展，突破这种瓶颈，就必须加大对机械范围的研究。我个人认为重点发展在一些人工操作比较麻烦费时的环境下应用机械手，通过改善这种工作的条件，来提高我我们上产的效率。我们不光要发展通用机械手，还要多研究制造一些运用于专业机械手，如果资源科技到位还可以研究制造示教式机械手，计算机控制机械手和组合式机械手等。国内对发展这种机械手新技术非常重视，在这些年来，这项技术的研究和发展一直保持着比较快速的发展势头，这种产品也是在不断的完善和修改，品种和性能也是在不断的增加，运用领域方面也在不断的扩大[9]。在国外机械制造业中，与国内有着很大的不同，像这种工业机械手运用较多，发展较快，运用的领域也是比较广泛的，也是值得我们进一步学习的。目前主要用于机床的上下料，还有铸造方面的上下料，以及点焊，喷漆等作业中，它能够很好的在比较恶劣的工作环境下进行工作，但是有些缺点就是，不能对实际情况进行反馈和传感，只是进行机械的重复操作。如发生像某些偏离时的情况，就会引起一些工件加工的损失和自身机械手的损伤。正是考虑到这方面的缺点，国外很多的工业都在加快对这种机械手传感反馈方面的研发，让工作更有保证的进行，提高了工作的正确性。研究的主要内容及方法搬运机械手的机械结构主要包括手部、腕部、臂部及机身。按照课题要求，搬运机械手采用液压驱动的方式，来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作。搬运机械手按设计要求主要实现的动过过程为：工序一，臂部液压缸工作，使手臂伸长至指定长度，准备抓取工件。工序二，手部液压缸工作，使手指夹紧工件。工序三，机身液压缸工作，使工件升高。工序四，腕部旋转液压缸工作，使工件旋转。工序五，机身旋转液压缸工作，实现机身整体旋转。工序六，手部液压缸工作，手指张开，将工件放置指定位置。工序七，机械手五个液压缸同时工作，各结构回到初始状态。工序过程共计4个自由度。为了实现工序动作，须5个液压缸，分别为：手部液压缸实现夹紧动作；腕部液压缸实现旋转动作；臂部液压缸实现伸缩动作；机身旋转液压缸实现整体转动；机身液压缸实现升降动作。查阅相关资料，了解并学习有关搬运机械手的知识。根据给定的参数，确定搬运机械手的大体设计方案。根据确定的设计方案，分析计算各部分结构的尺寸，并校核。绘制搬运机械手的装配图和零件图。对搬运机械手进行三维建模，并进行仿真。工业机械手的分类，基本形式及组成工业机械手的分类通常工业机械手的样式种类比较多。对于分类，当前在国内还没有形成统一确切的分类规定，在此可以通过按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。按使用范围可以分为：专用机械手和通用机械手两大类。前者一般附属于工作机器设备，动作程序固定，驱动系统和控制系统可以独立，亦可附属于工作机器设备。而后者是独立工作的自动化机械装置。在规格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。按驱动方式可以分为：液压传动机械手、气压传动机械手、电动传动机械手、机械传动机械手。工业机械手的基本形式机械手型式较多，按手臂的坐标型式分类，主要有四种基本型式分别是：直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式等[6]。（1）直角坐标式机械手直角坐标式机械手又称为直移型机械手，是适合于工作位置成行排列或与传送带配合使用的一种机械手。它的手臂可作伸缩、左右和上下移动，按直角坐标型式X、Y、Z三个方向的直线进行运动。其工作范围可以是一个直线运动、两个直线运动或三个直线运动。这种型式的机械手结构简单、运动直观、便于实现高精度，缺点是占据空间大，相应的工作范围较小。如图1-3图1-3直角坐标式（2）圆柱坐标式机械手圆柱坐标式机械手又称为回转型机械手，是应用最多的一种型式，它适用于搬运和测量工件。它具有直观性好，结构简单，本体占用的空间较小而动作范围较大等优点。圆柱坐标式机械手由X、Z、φ三个运动组成。它的工作范围可分为：一个旋转运动，一个直线运动，加一个不在直线运动所在平面内的旋转运动；二个直线运动加一个旋转运动。圆柱坐标式机械手的特征是在垂直导柱上装有滑动套筒，手臂装在滑动套筒上，手臂可在竖直方向上做直线运动和在水平面内做圆弧状的左右摆动。如图1-4图1-4圆柱坐标式球坐标式机械手球坐标式机械手又称为俯仰型机械手，是一种自由度较多，用途较广的机械手。球坐标式机械手的工作范围包括：一个旋转运动、两个旋转运动以及两个旋转运动加一个直线运动，与回转型机械手相比，在占有同样空间位置的情况下，其工作范围更大，还能将臂伸向地面，完成从地面提取工件的任务。不足之处是运动直观性差，结构较复杂，位置误差会随臂的伸长而放大。如图1-5图1-5球坐标式基本组成主要由手部、手腕、手臂和机身的行走机构等运动部件组成[4]。多关节机械手的优点是：动作灵活、运动惯性小、通用性强、能抓取靠近机座的工件，并能绕过机体和工作机械之间的障碍物进行工作[3]。随着生产的需要，对多关节手臂的灵活性、定位精度及作业空间等提出越来越高的要求。多关节手臂也突破了传统的概念，其关节数量可以从三个到十几个甚至更多，其外形也不局限于像人的手臂，而根据不同的场合有所变化，多关节手臂的优良性能是单关节机械手所不能比拟的。其机械手运动示意如图1-6图1-6机械手的运动示意图执行机构主要由手部、手腕、手臂和行走机构等运动部件组成[4]。（1）手部手部具有人手某种单一的动作功能。由于抓取物件的形状不同，手部有夹持式和吸附式等型式。夹持式手部是由手指和传力机构组成。手指是直接与物件接触的构件。常用的手指运动型式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛；平移型手指应用较少，其原因是结构比较复杂，但是平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。如图1-7所示图1-7手指运动形式示意图手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位（是外廓或是内孔）和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面、V形面和曲面；手指有外夹式和内撑式；指数有双指式、多指式和双手双指式等。传力机构形式较多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式等。吸附式手部有负压吸盘和电磁吸盘两类。对于轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。造成负压的方式有气流负压和真空泵压。详情见图1-8所示图1-8吸附式手部示意图对于导磁性的环类和带孔的盘类零件，以及有网孔状的板料等，通常用电磁吸盘吸料。电磁吸盘的吸力有直流电磁铁和交流电磁铁产生。用负压磁盘和电磁吸盘吸料，其吸盘的形状、数量、和吸附力的大小，根据被吸附的物件形状、尺寸和重量大小而定。此外，根据特殊需要，手部还有勺式（如浇注机械手的浇包部分）、托式（如冷挤齿轮机床上下料机械手的手部）等型式。（2）腕部腕部是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度，能做回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。如图见1-9所示图1-9手腕运动和结构示意图目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于，并且要求严格密封，否则就很难保证稳定的输出扭矩。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。（3）臂部手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。臂部运动的目的是把手部送到空间运动范围内任意一点。如果要改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现[6]。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。(4)行走机构当工业机械手需要完成比较远的距离的操作时，可以在机座上安装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。我国的行走机构正处于仿真阶段。本章小结本章主要介绍机械手的研究背景，研究意义，国内外现状，主要研究内容，及组成部分和基本形式等。我通过这样的了解，能够初步的对机械手的设计有个大致的了解，也是对我后面的设计提供了准备工作。搬运机械手总体设计方案本设计主要任务是完成机械手的结构方面设计，并进行搬运机械手的三维建模和运动仿真。在本章中对机械手的坐标形式、自由度、驱动机构等进行了确定。搬运机械手的执行机构、驱动机构的设计是此次设计的主要任务。搬运机械手设计参数基本参数要求，见表2-1：表2-1基本设计参数及要求抓重30公斤自由度数4个坐标型式圆柱坐标最大工作半径1600mm手臂最大中心高900mm手臂运动参数，见表2-2：表2-2手臂参数伸缩行程（X）800mm伸缩速度<250mm/s升降行程（Z）330mm升降速度<60mm/s回转范围（Φ）0°～210°回转速度<70°/s手腕运动参数，见表2-3：表2-3手腕运动参数回转范围（ω）0°～180°回转速度90°/s手指夹持范围φ65~φ85mm手指握力（即夹紧力）400公斤力缓冲方式用节流阀减速缓冲位置检测用电位器反馈式定位方式由电气定位系统控制电磁滑阀为“O”型机能使油缸惯性定位重复定位精度±3mm驱动方式液压控制方式采用HTL集成电路可编程序控制程序步数每循环程序步数少于32步搬运机械手基本形式的选择常见的工业机械手根据手臂的动作形态，按坐标形式大致可以分为以下4种：（1）直角坐标型机械手；（2）圆柱坐标型机械手；（3）球坐标（极坐标）型机械手；（4）多关节型机机械手[12]。其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑，定位精度较高，占地面积小，因此本设计采用圆柱坐标型，基本形式如图2-1所示。图2-1机械手基本形式示意图搬运机械手的主要结构确定在搬运机械手的基本形式和驱动方式选定后，根据设计要求，搬运机械手具有4个自由度，即手部回转、手臂伸缩、手臂回转、手臂升降。因此，确定搬运机械手主要由4个大部件和5个液压缸组成：（1）手部，采用1个双作用式液压缸和一个单作用液压缸，通过机构运动实现手抓的张合。初步确定机构结构形式如图2-2所示。图2-2典型手部结构展示（2）腕部，采用一个回转液压缸实现手部回转，如图2-3所示图2-3典型旋转液压缸结构展示（3）臂部，采用直线缸来实现手臂平动。（4）机身，采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转。本章小结本章主要确定了搬运机械手的整体设计方案。明确设计的参数要求后，选定机械手的基本形式，确定机械手的主要结构，并且选择了液压驱动的方式。搬运机械手的手部结构设计搬运机械手手部设计基本要求对于手部的设计，首先要满足以下几个要求：（1）应具有适当的夹紧力和驱动力。考虑工件的重量，以及在传送或操作工程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不会产生松动。（2）手指应具有一定的开闭角，手指应该具有足够的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度）以便于抓取工件。若抓取不同直径的工件，应该按照最大直径的工件考虑。（3）要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载，使手部的中心在手腕的回转轴线上，以手腕的扭转力矩最小为佳。（4）应保证手抓的夹持精度[6]。（5）应考虑被抓对象的要求。主要考虑抓取形状，抓取部位以及抓取数量等方面。（6）考虑手指的多用性。手指是专用性强的部件，为适应小批量多品种工件的不同形状和尺寸要求，可制成组合式的手指。对于这种手指要求结构简单，安装维修方便，更换迅速和准确，以便扩大机械手的使用范围。搬运机械手手部的设计计算常用的工业机械手手部采用夹持式手指，按运动形式可分为回转型和平移型。平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动，这种手指结构简单，适于夹持平板方料，且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置，其理论夹持误差为零。若采用典型的平移型手指，驱动力需加在手指移动方向上，这样会使结构变得复杂且体积庞大，显然是不合适的，因此不选择这种类型。通过综合考虑，本设计选择二指回转型手抓，采用斜楔杠杆这种结构方式。夹紧装置选择常开式夹紧装置，它在弹簧的作用下机械手手抓闭和，在压力油作用下，弹簧被压缩，从而机械手手指张开。对于夹紧机械手，根据工件的形状为圆形棒料，因此最常采用的是外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭弹簧夹紧、松开，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。结合设计参数要求，确定手部结构如图3-1所示。图3-1手部张开示意图拉紧装置原理如图3-2所示，手部的拉紧装置为单作用液压缸和弹簧组合而成。油缸左腔停止进油时，活塞受到弹簧向左的压力，使活塞杆向左运动，活塞杆与两手指销轴连接，进而使手指夹紧工件[8]。油缸左腔进油时，活塞左侧的压力大于右侧弹簧压力，从而使活塞杆向右运动，进而使两手指张开，放开工件。图3-2拉紧装置示意图手抓的受力分析在杠杆3的作用下，销轴2向上的拉力为F，并通过销轴中心O点，两手指1的对销轴的反作用力为F1和F2其力的方向垂直于中心线OO1，并指向O点，F1和F2的延长线交OO1于A及B，如图3.3所示。由得由得由得因为h=，所以式（3-1）式中a——手指的回转支点到对称中心的距离（mm）；——工件被夹紧时手指的方向与两回转支点的夹角。由分析可知，当驱动力F一定时，角增大，则握力FN也随之增大，但过大会导致拉杆行程过大以及手部结构增大，因此最好=30o～40°。1——手指2——销轴3——杠杆图3-3斜楔杠杆式手部结构受力分析夹紧力及驱动力的计算手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。必须对大小、方向和作用点进行分析计算。一般来说，需要克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷，以便工件保持可靠的夹紧状态。手指对工件的夹紧力可按公式计算：式（3-2）式中K1——安全系数，通常取1.2〜2.0；K2——工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可近似按下式估算K2=1+，其中为重力方向的最大上升加速度。式（3-3）——运载时最大上升速度；——系统达到最高速度的时间，一般选取0.03〜0.55；K3——方位系数，根据手指与工件位置不同进行选择。计算：设a=100，b=50，10°<<40°，机械手达到最高响应时间为0.5s，求夹紧力FN和驱动力F以及驱动液压缸的尺寸。设K1=1.5带入公式可知：取=0.85选取液压缸直径D为活塞杆直径d的两倍，根据表格3-1选择液压缸的工作压力P=0.8Mpa。表3-1液压缸工作压力参数表作用在活塞上的外力F，N液压缸工作压力，Mpa作用在活塞上的外力F，N液压缸工作压力，Mpa小于50000.8至1.520000至300002.0至4.05000至100001.5至2.530000至500004.0至6.010000至200002.5至4.550000以上5.0以上根据公式式（3-4）可得结合以上计算，根据表3-2，选取液压缸内径为D=63mm，活塞杆内径为d=32mm。表3-2活塞杆直径系列（JB826-66)10121416182022252830323540455055606365707580859095手指夹持范围计算活塞运动长度为30mm，保证手指张开角度大于60度。手指长度为100mm，指间平行间距为50mm，所以最小夹持半径25mm。根据图示，可计算最大夹持半径为：式（3-5）由计算得出，机械手夹持半径为25mm至80mm。弹簧的设计计算图3-4弹簧示意图取硅锰弹簧钢，查表的切应力为800MPa，选取旋绕比C为8。所以式（3-6）选择弹簧的中径为D=42mm，则弹簧截面的直径大约为式（3-7）而根据弹簧截面公式式（3-8）可得：查取标准后选取弹簧截面半径为4mm，因此确定弹簧D=40mm，d=4mm，节距选取为6.5mm。本章小结本章为搬运机械手手部结构的相关计算。通过对手部夹持结构的受力分析，以及对手部结构夹紧力、手指夹持范围、驱动液压缸及其弹簧等计算，确定了手部结构的基本尺寸。机械手的腕部结构分析计算腕部设计的基本要求腕部是连接手部和手臂的部件，它的作用主要是在臂部运动的基础上进一步改变或调整手部在空间的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。一般机械手手腕设有回转运动或再增加一个上下摆动即可满足工作要求，一些动作较简单的专用机械手，为简化结构，可以不设置腕部搬运工件。此外，机械手腕部具有独立的自由度，可以使机械手适应复杂的动作要求[7]。手腕运动有：绕X轴转动称为回转运动；绕Y轴转动称为上下摆动（或俯仰）；绕Z轴转动称为左右摆动；沿Y轴方向的横向移动（或沿Z轴方向的纵向移动）。因此手腕最多具有四个独立运动即四个自由度。腕部设计的基本要求可以概括为以下三点：（1）力求结构紧凑、重量轻腕部处于手臂的最前端，它连同手部的静、动载荷均由臂部承担。显然，腕部的结构、重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。（2）结构考虑，合理布局腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用，除保证力和运动的要求外，要有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部的连接。（3）必须考虑工作条件对于本设计，机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的棒料，因此不太受环境影响，没有处在高温和腐蚀性的工作介质中，所以对机械手的腕部没有太多不利因素。腕部结构选型典型的腕部结构（1）具有一个自由度的回转驱动的腕部结构。它因具有结构紧凑、灵活等优点而被广泛使用。腕部回转运动一般是通过旋转液压缸实现。回转角由动片和静片之间允许回转的角度来决定（一般小于）。（2）齿条活塞驱动的腕部结构。在要求回转角大于的情况下，可采用齿条活塞驱动的腕部结构。这种结构外形尺寸较大，一般适用于悬挂式臂部。（3）具有两个自由度的回转驱动的腕部结构。它使腕部具有水平和垂直转动的两个自由度。腕部结构和驱动机构的选择本设计要求手腕回转，综合以上的分析考虑到各种因素，腕部结构选择具有一个自由度的回转驱动腕部结构，采用液压驱动。结构形式如图4-1所示。图4-1腕部结构示意图腕部的设计计算腕部的驱动力矩计算腕部惯性力力矩为M惯，腕部摩擦力矩为M摩，腕部偏心力矩M偏，驱动力矩可表示为：式（4-1）根据参数要求，夹持工件为30kg，手部和腕部的结构可以等效为一个圆柱体，高位400mm，直径为100mm，估算其重力：式（4-2）惯性力矩公式为：式（4-3）ω为腕部旋转角速度启为1.57s-2，为启动角度0.314rad。转动惯量公式为：式（4-4）式（4-5）将上面结果带入公式4-3得：式（4-6）偏心力矩M偏，因为工件重心与腕部回转中心线重合，所以偏心力矩M偏=0。摩擦力矩M摩=0.1M驱。所以，由公式4-1可知，驱动力矩为式（4-7）解得：图4-2旋转液压缸腕部旋转液压缸的确定液压缸内径参数如表4-1表4-1液压缸的内径系列（JB826-66）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250液压缸内径参数如表4-2表4-2标准液压缸外径系列（JB1068-67）缸内径（mm）63100110125140150160180200缸外径（mm）76121133168146180184219245根据表4-2，选择旋转液压缸的内径为180mm，外径为219mm，考虑到螺栓，外径设定为226mm，旋转液压缸动片厚度设定为30mm，输出轴与手指液压缸缸体相连，设定直径为45mm，输出轴与动片用键连接，键参数b×h=14×9（mm）。回转液压缸工作压力为式（4-8）所以选择液压缸的工作压力为1.5Mpa。腕部旋转液压缸螺钉的计算螺钉间距示意如图4-3图4-3螺钉间距示意图螺钉间距t与p之间的关系如表4-3表4-3螺钉间距t与压力P关系表工作压力P(Mpa)螺钉间距t（mm）0.5至1.5小于1501.5至2.5小于1202.5至5.0小于1005.0至10.0小于80螺钉间距t，与工作压力P有关，已选定工作压力为1.5Mpa，所以旋转液压缸螺钉间距小于150mm，所以每个螺钉的危险截面承受压力为式（4-9）已知参数液压缸工作压力P=4Mpa，所以螺钉间距应小于150mm，初步拟定螺钉数为4个，则：式（4-10）141.3mm小于150mm，所以拟定的螺钉数是合理的。危险截面的面积为：式（4-11）因此，式（4-12）又因为，式（4-13）所以可以求得，式（4-14）又因为螺钉材料为Q235，式（4-15）进而求得螺钉直径为，式（4-16）因此选择螺钉的直径d=12mm。本章小结本章通过对机械手腕部力学计算，选取了旋转液压缸，确定了腕部结构尺寸，并对旋转液压缸连接螺栓进行了校核。搬运机械手的手臂结构设计手臂是机械手执行机构中的重要部件，它的作用是将被抓取的工件传送到指定的位置和方位上，因而一般机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右的回转和升降运动。手臂的回转和伸展运动是通过立柱来实现的，立柱的横向运动即为手臂的横移。手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现，因此，它不仅仅承受被抓取工件的重量，而且承受手部、腕部和手臂自身的重量[11]。臂部运动的目的是把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位)，则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部应该具备3个自由度才能满足基本要求，既手臂伸缩、左右回转、和升降运动。手臂的各种运动通常用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的静、动载荷，而且自身运动较多。因此，它的结构、工作范围、灵活性等直接影响到机械手的工作性能。手臂设计的基本要求（1）臂部应承载能力大、刚度好、自重轻。a、根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸。b、提高支撑刚度和合理选择支撑点的距离。c、合理布置作用力的位置和方向。d、注意简化结构。e、提高配合精度。（2）臂部运动速度要高，惯性要小。减少惯量具体有3个途径：减少手臂运动件的重量，采用铝合金材料；减少臂部运动件的轮廓尺寸；减少回转半径，再安排机械手动作顺序时，先缩后回转（或先回转后伸缩），尽可能在较小的前伸位置下进行回转动作。（3）手臂动作应该灵活。为减少手臂运动之间的摩擦阻力，尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦。对于悬臂式的机械手，其传动件、导向件和定位件布置合理，使手臂运动尽可能平衡，以减少对升降支撑轴线的偏心力矩，特别要防止发生机构卡死（自锁现象）。为此，必须计算使之满足不自锁的条件。手臂的典型机构及选型常见的手臂伸缩机构有以下几种：（1）导杆手臂伸缩机构手臂的典型运动形式有：直线运动，如手臂的伸缩，升降和横向移动；回转运动，如手臂的左右摆动，上下摆动；符合运动，如直线运动和回转运动组合，两直线运动的双层液压缸空心结构。（2）双活塞杆液压缸结构（3）活塞杆和齿轮齿条机构结合设计要求，综合考虑，本设计选择单导杆伸缩机构，驱动方式选择液压驱动，液压缸选取双作用液压缸。基本机构形式如图5-1所示：图5-1典型手臂机构手臂结构受力分析在液压缸直线运动的过程中需要克服摩擦、惯性等几个方面阻力，因此确定液压缸所需驱动力，公式如下：式（5-1）直线运动须导向支撑装置，在此选择单导向杆，导向杆相关计算涉及到的公式下，如表5-1所示：表5-1导向杆计算公式式（5-2）式（5-3）式（5-4）式（5-5）式（5-6）式（5-7）式（5-8）式（5-9）G总——工件及结构总重（N）L——总重心到导向杆前段的距离（m）A——导向杆长度（m）——当量摩擦系数导杆结构如图5-2所示：图5-2导杆结构示意图导向杆选取材料为钢，支撑件材料选取材料为铸铁，因此，确定当量摩擦系数为0.3，在此，估算工件与机构总重为1000N，导向杆长度a为1185mm，总重心到导向支撑前段距离L为62.5mm。根据这些参数值，可以分别求得摩擦力阻力、手臂惯性力、密封装置摩擦阻力，进而求得液压缸的驱动力。（1）摩擦阻力的计算将数据带入公式得到摩擦力为：式（5-10）（2）手臂惯性力的计算根据设计要求，本机械手臂直线伸缩的速度为V=5m/min，惯性力的计算需要启动时间，在此设定启动时间为0.2s。因此，式（5-11）（3）密封装置摩擦阻力的计算本机械手臂的密封圈均采用O型密封圈，根据设计要求，因为液压缸的工作压力小于10Mpa，因此密封装置的总摩擦阻力可以近似估算为式（5-12）（4）液压缸的驱动力计算根据以上数据，可以得出此液压缸的驱动力为式（5-13）解得驱动力为12080N，因此选择液压缸的工作压力为4Mpa。手臂液压缸结构尺寸的确定由以上计算和分析得出，搬运机械手的臂部结构采用双作用液压缸，液压缸的相关计算如下：无杆腔：式（5-14）有杆腔：式（5-15）因此，有杆腔内有式（5-16）无杆腔内有式（5-17）由已知数据：F驱=12080N，P=4Mpa，机械效率为0.95。所以，式（5-18）根据表选择标准液压缸内径，D=65mm。壁厚须大7mm，在此选择液压缸外径为85mm，活塞杆直径选择为30mm，根据行程要求，活塞杆长度L取938mm。手臂液压缸活塞杆的强度校核搬运机械手手臂液压缸活塞杆的长度L大于活塞杆直径d的15倍以上，查取相关资料得，其强度计算应该满足以下公式：式（5-19）活塞杆的材料为碳钢，因此取100×106，将已知参数带入公式5-19得：式（5-20）因此，活塞杆的强度是达到要求的。本章小结本章主要设计搬运机械手的手臂部分。结合设计要求，确定了手臂的机构形式，通过力学计算，对臂部液压缸进行了选型，并确定了其结构尺寸。搬运机械手机身结构设计机械手的机身结构是整体结构的支撑和驱动部分。一般实现手臂的回转和升降运动，这些运动的传动机构都安装在机身上，或者直接构成机身的躯干与底座相连。因此，臂部的运动越多，机身的机构和受力情况就越复杂。机身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空轨道运动。机身的整体设计按照设计要求，机械手要实现手臂的回转运动，实现手臂的回转运动机构一般设计在机身处。为了设计出合理的运动机构，就要综合考虑分析。机身承载着手臂，做回转和升降运动，是机械手的重要组成部分。常用的机身结构有以下几种：（1）回转缸置于升降之下的结构。这种结构优点是能承受较大偏重力矩。其缺点是回转运动传动路线长，花键轴的变形对回转精度的影响较大。（2）回转缸置于升降之上的结构。这种结构采用单缸活塞杆，内部导向，结构紧凑。但回转缸与臂部一起升降，运动部件较大。（3）活塞缸和齿条齿轮机构。手臂的回转运动是通过齿条齿轮机构来实现：齿条的往复运动带动与手臂连接的齿轮作往复回转，从而使手臂左右摆动。经过综合考虑，本设计选用回转缸置于升降缸之上的结构。本设计机身包括两个运动，机身的回转和升降。如下图所示，回转机构置于升降缸之上的机身结构。手臂部件与回转缸的转轴连接，回转缸的动片与转轴连接，由动片带动手臂回转运动。回转缸的底盖与升降缸的活塞杆连接。具体结构见图6-1。驱动机构是液压驱动，回转缸通过两个油孔，一个进油孔，一个排油孔，分别通向回转叶片的两侧来实现叶片回转。回转角度一般靠机械挡块来决定，对于本设计就是考虑两个叶片之间可以转动的角度，为满足设计要求，设计中动片和静片之间可以回转。图6-1机身结构设计示意图机身旋转结构和升降结构的设计机身旋转结构的设计根据已知条件分析，手臂回转缸的驱动力矩计算公式如下式（6-1）惯性力矩计算公式为式（6-2）公式中，各个参数分别代表：——回转缸动片的角速度变化量（rad/s）——启动时间（s）J0——手臂结构及工件对回转轴线的转动惯量（N.m.s2）回转部件可以等效为一个长为1800mm，直径为80mm的圆柱体，其质量约200kg，设定启动角速度为180°，则启动角速度为0.314rad/s，启动时间设定为1s。因此回转零件的重心的转动惯量为式（6-3）手臂结构及工件对回转轴线的转动惯量为式（6-4）回转驱动力矩为式（6-5）因为采用O型密封圈，所以摩擦阻力矩可以估算为式（6-6）由以上可得回转驱动力矩为5150.52N.m.s2通过对旋转液压缸的力矩和参数要求，进行类似于腕部旋转液压缸的分析计算，确定回转缸的输出轴径d=50mm，旋转液压缸的内径为150mm，外径为230mm，螺钉为M20，动片厚度为60mm，动片和输出轴之间为键连接，键参数b×h×L=14×9×56。机身升降结构的设计根据参数要求，机械手的升降行程为330mm，升降速度小于60m/s。通过分析计算（过程类似机械手臂液压缸分析计算过程），并结合相关数据查取表格得出，升降液压缸外径为110mm，内径为90mm，活塞杆直径为50mm。本章小结本章为搬运机械手机身结构的设计。主要包括机身旋转结构和机身升降结构。根据设计要求，对机械手机身进行力学分析，确定了旋转结构的旋转液压缸的基本尺寸以及升降结构液压缸的基本尺寸。搬运机械手运动仿真分析运动仿真简介机构运动仿真技术就是通过对机构添加运动副、驱动器，使其运动起来，实现机构的运动模拟。机构运动仿真可以在任意时刻查看各个组成部件的位置、速度、加速度、轨迹、位移、运动干涉等参数并加以分析，根据结果调整模型设计，以达到最优的零件机构配置。机构仿真还可以分析力与运动之间的关系，分析运动量以及运动副之间的相互关系，关键部件的受力分析情况，实时测量指定部分的各种参数并绘制相应曲线、图表，可直观了解运动主体上某点的运动轨迹。总体方案设计主要是利用已知条件及目的，进行机械的全局设计。建立运动模型是指进行机械各部分的具体设计，并在计算机上进行二维绘图和三维实体造型，然后通过装配模块完成各零件的组装，形成整机。设置运动环境是定义机械系统运动所必需的各种条件如：动力源，初始位置和状态等，分析运动机构是定义要分析的属性。在PRO/E中包括装配分析、速度分析、静态分析、运动分析等多种分析结果是将分析的结果通过可视化的方法表现出来，主要包括运动回收，可分析干涉检验，运动包络等，还可测量系统中需要跟踪参数，并将其变化趋势通过图形的形式直观的表现出来。搬运机械手的运动仿真与分析流程搬运机械手的Pro/E机构运动学仿真分为以下几个步骤[13]：（1）创建模型。除了要建立可运动的装配模型外，还应设置运动轴的位置、运动限制等内容，对于含有凸轮、齿轮副等的机构，海英建立凸轮、齿轮副等特殊连接。（2）检测模型。创建模型后，应通过“拖动”等方法验证其运动，用于检验定义的连接是否能产生预期的运动。还可以在拖动的同时创建机构位置的快照，用于以后定义运动分析的起点。（3）添加伺服电动机。伺服电动机用于定义机构所需的绝对运动，将其运用到运动轴或几何图元中，可指定机构元件或元件上点的位置、速度或加速度。（4）准备分析。进行运动分析前，定义机构的初始位置快照以及创建测量。如果希望运动分析从元件上指定是位置开始，可使用2中“拖动”过程中建立的快照；若要在运动分析中测量机构的位置，则应在此步骤中创建测量。（5）分析模型。此步骤是运动学仿真的关键内容，可进行机构的运动学分析或位置分析，并模拟机构运动过程。（6）查看分析结果。运行位置分析或运动学分析后，可回访运动的结果查看数据、创建轨迹曲线、创建运动包络等多种操作来使用分析结果。基于以上有关Pro/E机构运动学仿真与分析的相关步骤，结合本设计的工序动作要求，对其进行动画仿真，实现工序：手臂伸长——夹紧工件——升高工件——腕部旋转——肩部旋转——放开工件——回到初始状态。机械手静态展示与局部放大展示如图7-1所示，为搬运机械手初始状态，在初始状态手指为张开状态。图7-1机械手初始状态展示如图7-2所示为搬运机械手的手部腕部结构放大展示，手部拉紧装置由一个液压缸和弹簧组合而成，腕部旋转装置为一个旋转液压缸。图7-2手部腕部放大展示如图7-3所示，为电机插入状态展示，通过电机的插入，使搬运机械手得以实现连贯动作。图7-3伺服电机插入展示搬运机械手工序过程展示工序一：臂部液压缸工作，使手臂伸长至指定长度，准备抓取工件。图7-4工序一工序二：手部液压缸工作，使手指夹紧工件。图7-5工序二工序三：机身液压缸工作，使工件升高。图7-6工序三工序四：腕部旋转液压缸工作，使工件旋转。图7-7工序四工序五：机身旋转液压缸工作，实现机身整体旋转。图7-8工序五工序六：手部液压缸工作，手指张开，将工件放置指定位置。图7-9工序六工序七：机械手五个液压缸同时工作，各结构回到初始状态。图7-10工序七本章小结本章为搬运机械手设计的机构运动仿真部分。利用三维建模软件Pro/E，对已设计好的搬运机械手进行建模和运动仿真。通过仿真分析可知，所设计的搬运机械手的功能是可以实现的。结论通过此次毕业设计，使我了解到机械手的很多相关知识。让我对当前国内外在此方面的一些先进生产和制造技术有了一定的认识。在搬运机械手的设计过程中，让我掌握了一定的机械设计方面的基础，为以后的工作学习奠定了一定的基础。搬运机械手设计，相对于通用机械手而言，其动作固定，结构简单，同时成本低廉，专用性比较高，可实现车间内的一些搬运装卸工作。搬运机械手的驱动系统采用液压传动，液压系统驱动力比较大，传动平稳、结构紧凑、动作灵敏，并且可与电液伺服机构结合。本设计手部采用二手指滑槽杠杆式机构，腕部和肩部采用旋转液压缸实现旋转动作。机械手的夹持件为棒形工件，对于其他尺寸或形状的工件，可通过更改夹持范围或者更换机械手等方式实现。在设计对搬运机械手的手部结构，腕部结构和臂部结构和做了系统的计算设计，设计中没有涉及到机械手液压系统油路的设计，对此方面知识，需要在以后的工作学习中了解和掌握。由于经验知识水平的局限，设计难免有不到之处，望读者指正。致谢紧张而充实的毕业设计已经接近尾声，经过王老师的悉心指导和同组同学的帮助，使得各项任务顺利的完成，在此，首先对王老师付出的辛劳表示衷心的感谢。感谢王老师对我的论文题目及图纸，还有仔细的进行指导给我指明方向；感谢你对各位同学的精心指导和耐心的讲解。当我迷茫于众多的资料时，你为我提纲挈领，梳理脉络，使我确立了文本的框架。论文写作中，每周都得到王老师的亲自指点。从框架的完善，到内容的扩充；从行文的用语，到格式的规范，王老师都严格的要求，力求完美。在这次毕业设计的过程中，当理论和实践相结合时，我深刻的认识到，仅仅靠积累的课本知识是远远不够的。尤其对于自身而言，知识的零碎、有限都给我的设计带来了很大的困难，从这些困难我意识到我应该马上加倍努力学习，进而提高自身的技术水平和专业知识修养，在今后的工作中不断提高自己，充实自己。在本次设计中，同学之间互相帮助，互相学习，充分发挥了各自的才能。大家一起讨论问题，一起虚心的请教指导老师，将一个个难题逐步攻克，才使得毕业设计最终能够成功的完成。这次的设计对我而言，是我在大学四年中做的最有意义、最能体现综合能力、最具有挑战性的一个学习内容。依我来看，我的设计是可行的，若有不足之处，还请老师加以指正。我将在今后的工作中更加努力，认真的学习。最后，我要十分的感谢指导老师不倦的教诲和同学们的热心帮助。祝老师们工作顺利，身体健康。祝同学们前途似锦！参考文献[1]史国生.机械手步进控制中的应用[J].中国工控信息网，2005.6[2]李超.气动通用上下料机械手的研究与开发[M].陕西科技大学，2003.14[3]范印越.机器人技术[M].北京:电子工业出版社，1988.13[4]刘明保，吕春红等.机械手的组成机构及技术指标的确定[J].河南高等专科学校学报，2004.25[5]李明.单臂回转机械手设计[M].制造技术与机床，2004.6[6]张铁谢存禧.机器人学.广州：华南理工大学出版社，2000.36[7]金茂青，曲忠萍，张桂华.国外工业机械人发展的态势分析[J].机械人技术与应用，2001.41[8]蔡自兴.机器人原理及其应用[M].湖南:中南工业大学出版社，1988.30[9]蔡自兴.机械人学的发展趋势和发展战略[J].机械人技术，2001.4[10]齐秀丽，陈修龙.机械原理[M].北京：中国电力出版社，2010.8[11]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].第八版.北京：高等教育出版社,2006.5[12]天津大学《工业机械手设计基础》编写组.工业机械手设计基础[M].天津：天津科学技术出版社，1980.10[13]丁淑辉，孟晓军，边炳传.工业产品类CAD技能二、三级（三维几何建模与处理）Pro/Engineer培训教程[M].北京：清华大学出版社，2010.9[14]董玉红，徐丽萍．机械控制工程基础．北京：机械工业出版社，2006.16[15]丁树模主编，机械工程学.[M]北京：机械工业出版社，2007.23[16]C.S.G.Lee.OntheControlofMechanicalManipulators[J].Proc.SixthIFACConf.EstimationandParameterIdentification，1982.[17]S.Kajita,O.MatsumotoandM.Saigo，Real-time3Dwalkingpatterngenerationforabipedrobotwithtelescopiclegs[J].Proc.IEEEInt.Conf.RoboticsandAutomation，2001.[18]KozaJR.GeneticProgramming,ontheProgrammingofComputersbyMeansofNaturalSelection，2003[19]B.M.KimY.B.KimC.H.Oh.Astudyontheconvergenceofgeneticalgorithms.ComputersandIndustrialEngineering，1997[20]NicolN.Schraudolph,RichardK.Belew.DynamicParameterEncodingforGeneticAlgorithms.MachineLearning，2002附录外文文献TOWARDSEFFICIENTIMPLEMENTATIONOFQUADRUPEDGAITSWITHDUTYFACTOROF0.75VincentHUGELandPierreBLAZEVICLaboratoiredeRobotiquedeParis10，12avenuedel'Europe,78140VELIZYFrancee-mail：{hugel,blazevic}@robot.uvsq.frAbstract：thisworkdealswiththeimplementationofanefficientwalkingpatternforquadrupedrobots.Themainobjectiveistogivetherobottheabilitytowalkineverydirectionasquicklyaspossible.Notonlyforwardmotion,butalsobackwardmotion,turninggaitsofvariablecurvatureincludingrotationaroundthebodyplatformcenterofgravity(COG)areconsideredseparately.Forthispurposethewellknowncrawlgaitwithdutyfactorof%representsthestartingpointoftheexperimentalstudy.Fromthispointtheregularsymmetricgaitisimprovedthankstosidewaysmotion,turninggaitsareadaptedfromtheforwardcrawlgaitandaspecialrotationmotionisdesigned.Alltransitionsbetweenforward,backward,leftandrightturningandrotationmotionsaredetailed.ExperimentshavebeencarriedoutusingtheSonyquadruped"petrobot"prototypewhichtookpartintheParisRobocup-98leggedrobotexhibition.1.IntroductionImplementingeffectivewalkingpatternsonexistingprototypesisarealchallenge.Emphasisismadeonincreasingmotionspeed,keepingbalanceandlinkingailpossibletransitionsbetweenforward,backwardanddifferentturninggaits.ThestudyisbasedonthefundamentaltheoryofleggedlocomotionproposedbyMcGee[1]inthelatesixties.Inhisworktheauthorgivesthedefinitionofregularandsymmetricgaits.McGeedefinedamathematicaltheorybaseduponfinitestateprinciples.Thisapproachhelpsclassifythedifferentpossiblegaitsaccordingtodutyfactorandphaseshiftbetweenconsecutiveandoppositelegs.Sincethen,agaitisusuallyrepresentedinadiagrambythesuccessivelegstatesduringawalkingcycle,giventhatalegcanbeonthegroundpushingbackwardorintheairphasemovingforward,thelegs