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剪板机传动装置的设计6张CAD图,板机,传动,装置,设计,CAD
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具有鲁棒性双足自激步行机构的设计机械工程，德里印度理工学院，新德里110016，印度系发表于2004年5月25日 上传于2004年10月穆克吉文摘一种自激双足行走机构，在髋关节被连接成串联的两个腿并通过伺服电动机联动，我们联合进行了研究，以确定稳定的范围内。扭矩成正比的角度柄和垂直之间看出，以维持一个步态。每条腿有一个大腿和小腿连接在一个被动的膝关节，其具有膝止挡限制向前运动就像人的膝盖。而的转矩成正比的柄和垂直企稳之间的角度，最佳的比例常数有待确定。对于包括系统的动态数学模型冲击方程用于通过检查相位平面曲线的分析系统的稳定性。对于一个指定的比例常数，物理参数，如腿长度和腿的质量的范围内该系统是稳定的判定。使用稳定的数据，其坚固的设计已经取得进展。 关键词：双足机制;自激行走;反馈;稳定性。 1.介绍牛顿力学定律结合人体,像任何足够大而足够缓慢的。如果我们能更好地了解人类如何走,也许我们可以改善假肢的步态障碍,帮助纠正神经肌肉的不足,或建立更好的两腿步行机器人1。结果2表明,被动动态行走机器人体的力学参数(如。,长度、质量分布)更大的影响于质量比公认的步态。也就是说,需要研究力学,不仅激活和控制,要完全理解步行3。制作两足行走的机器，通过使用准静态平衡姿势消耗大量的功率。这是非常重要的提高两足行走的效率的东西。本文基于小野认为是自激走四连杆双足机制4拥有一个动髋关节和膝关节被动关节瓶塞如示意图1。 由于这个模型只使用一个驱动器，在髋关节和两条腿有被动同步摆动运动，效率要高得多。 图1。两足动物机制的示意图模型只使用一个致动器在髋关节和两条腿的一个被动同步展开运动,效率要高得多。设计一个步行机有两种方法:一是在一个控制器试图迫使系统上的运动(5-10),另一个使用给定模型的内在动力设置的参数证明,计算机仿真和物理模型建设、稳定,人类就像行走在一系列浅斜坡没有驱动和无法控制的路上(能源摩擦和碰撞损失是由重力恢复)。他只是系统的重力作用下的固有状态。本文尝试使用最低驱动取代在.摩尔的案例情况下重力的作用。对于包括冲击方程系统的动力学的数学模型被用于经审查相平面曲线的分析系统的稳定性。对于一个指定的比例常数，物理参数，如腿长度和腿部的质量的范围内的量，该系统是稳定的已确定。相平面曲线的轨迹稳定，没有分频器，而不稳定的轨迹表明交叉。这表示的恒定，存在能面稳定控制器。有因此范围调整控制器优化能耗。使用稳定的数据，其坚固的设计已经取得进展。2.两足机制在这项研究中待处理的两足机构如图1示。两足动物机制并没有突出的上半身,只由两条腿,在一系列相连通过电动机髋关节。每条腿有一个大腿和柄连接在一个被动的膝关节而它有一个膝盖塞。膝盖塞的膝盖旋转角限制像人类膝盖。腿没有脚,而柄的顶端有一个小圆。为了避免侧面推翻的机制在步行腿对它提供了更大的跨度而腿在地上。本研究的目的是使两足动物机制执行其固有的自然步行运动水平地面上。两足机制的必要条件4能够走在平地上有作为如下：1. 支撑腿的倒立摆运动必须与摆动腿同步。2.摆动腿弯曲应使针尖不接触地面。3.电机应通过碰撞产生的能量耗散膝盖和地面，以及在关节的摩擦。4.膝止挡的内部力不应该弯曲的支撑腿的膝盖。5.支撑腿的倒立摆运动和之间的同步运动摆动腿2自由度摆动运动，以及输入和输出的能量，应该有对来自所述同步运动的偏差的稳定的特性。 摆动腿的运动，能够满足必要条件（2）和（3）由施加负反馈施加自励控制产生4从柄接头角度H3O输入转矩的Tat大腿关节。这使得系统的刚度矩阵不对称，改变摇摆运动，使得所述柄运动的延迟在约90度从大腿运动。通过这种反馈，它还预期摆动腿增大动能和该反作用转矩（T）将使支撑脚旋转在前进方向的区域3. 分析模型双足运动的数学模型，这里提出从差的一个方面的基本方程，一步法可分为两个阶段4图2所示1.从摆动腿的运动到膝盖碰撞的开始。2.从触摸直摆动腿下膝盖相撞。我们假定支撑腿的摆动腿的变化瞬间发生，并且该端部第二阶段是第一阶段的开始。自激反馈仅适用在第一阶段。还支承腿被保持直立因为内部反应转矩膝盖。因此，与直支承立柱的假设两足可以被建模为一个三自由度链路系统如图3所示。粘性阻尼施加到摆动腿的膝关节。该系统的运动方程和管理的影响的公式如下推导。3.1运动的第一阶段方程的推导在第一阶段，两足步行器有三个自由度。力平衡方程的链接3：图2.两足运动的阶段 图3.三自由度系统3.2方程式管理的影响3.2.1冲击与地面在第二阶段结束时第一阶段结束之后，当所述柄开始与大腿线发生碰撞。该中的柄和大腿的角速度成为冲击后相同。能源的方法被用来推导出冲击等式14。选择广义坐标BEX，Y，H1，H2，h3as显示如图4。冲击方程是：图4两足步行器显示已推广X，Y，H1，H2，H3。图5。两足动物沃克显示广义1、h2和h3。3.3。对膝盖的影响在第二阶段,两足动物系统可以被视为一个两自由度的链接广义坐标ash1,h2andh3as 如图5所示，影响方程:其中，M之前给出类似的方程已被用于Ono等人4，但方程报道的第一阶段在尺寸上不正确。这里介绍的推导是完整的，包括一些附加条款4中失踪的方程。4。设计问题上面的方程是不同参数值即编码和执行的质量链接,链接长度和反馈增益足够设计一个稳定的两足动物机制稳步行走的两足机构,运动方程的解决方案必须定期或极限环。如果相平面的图是一个封闭的循环,这意味着当两足动物后一个周期达到相同的角配置比它的角速率也会和以前的周期一样。解决方案被认为是敏感的时间步长,所以时间步逐步减少直至解决方案停止改变进一步减少。一个示例显示了一条腿相 图6所示。实线代表了膝盖运动的影响,为第二阶段的差距是由于相平面图碰撞在膝盖和地面所造成的。碰撞的影响在另一条腿传播不显著。所以只有两个重要的冲突出现在故事情节。才能稳定在后续步骤中检查周期变化的条件开始,直到一个稳定的步态才是是获得了周期。只有当循环连续步骤关闭,系统可以被称为稳定。我们从图7中看到密度越低稳定范围越大。铝被选为链接的设计材料,因为它是最轻的材料之一。然而镁基合金和塑料是更合适的我们加工原料。图7。范围材料的密度不同。图6。相平面插图的步行周期图8。范围柄长度变化对铝材料(密度= 2770公斤/米3)。图9。基于上面的研究模型。图8显示了对于一个给定的材料存在一个最优的柄长度。在这种情况下最优柄长度是150毫米(铝)。这已经被选为设计的基础。图9显示了模型建立在以上研究的基础之上。两足动物的高度(从脚臀部)300毫米。对称的矢状面已经介绍是为了防止侧下降散步。一条腿的横截面是40毫米10毫米，它的总重量大约4公斤5。稳定性调查从不同的初始条件看收敛到稳定的周期在连续的步骤跟踪。这是发现初始点的方法上的稳定周期无关地阶段在连续步骤的示意图 如图10所示。实线是部分稳定的周期。折线从右到左显示收敛的方向。对不同的初始条件相同但获得稳定的周期相同。这表明稳定周期是独一无二的,尽管我们没有证据。前面所提到的,一个稳定的周期得到一系列。这个阶段电机之间没有交叉循环(碰撞期间除外)如图11所示。两足动物的连续步骤2中,没有稳定的周期被发现,被绘制。现在连续周期显示跨界车与稳定阶段电机的跨界车只有碰撞(图12)。这表明存在持续的能源表面为每个稳定控制器设计15。对于大型价值观,两腿之间的角度不断增加,直到机制最终失败了。如图13，我们有叠加相位点开始和结束碰撞的不同。中间的连续曲线对应于稳定k=8。我们看到膝盖的影响逐步开始在更高的速度里。建议：图10。收敛到稳定的周期。图11。稳定相平面情节(Nm / rad)图12。连续周期(= 2海里/ rad)显示交叉。图13。相平面图显示的开始和结束的碰撞不同(= 3、8、13、18日23海里/ rad)。较大的能量损失。为进一步增加，长度变得非常大,和机制崩溃。调查的模式功耗的两足动物KE和PE的变化的功率由电动机提供与时间策划(如图14和15)。我们发现这里的区段，其中电机消除了供给机械能来自系统代替它由负电源输入指示（图15）。约80的能量输入进入克服在膝关节由于冲击损失和摩擦。有可能以通过使用不同的控制器增益减少能量输入到系统中。图14。柯和PE的两足动物机制的变化周期叉= 6 Nm / rad。图15。电动机的输入功率。6。结论一种自激双足行走机构，在被连接成串联的两个腿通过一个伺服马达的髋关节进行了研究，以确定在稳定的范围内。数学模型包括冲击方程的系统的动态特性，被用来通过检查相位平面曲线的分析系统的稳定性。对于一个指定的比例常数，物理参数，如腿长度和腿部的质量等范围内的量，系统是稳定的核心。相平面曲线的轨迹稳定，没有交叉，而不稳定的轨迹显示交叉。这表明恒定能量的表面存在对于稳定控制器有很大的作用。有因而余地调谐控制器，以获得最佳的能量消耗。使用稳定的数据，其坚固的设计已经取得进展。7. 参考文献1 B.E.麦科恩-麦克林蒂克，GD莫斯科维茨，两足行走步态不规则地形的行为，该机器人研究17国际期刊（1）（1998）43-55。2 T. 摩尔，被动动态行走，机器人研究9的国际期刊（2）（1990）62-81。3 M.格拉西亚，A.查特吉，A.瑞纳，M.科尔曼，最简单的行走模式：稳定性，复杂性和缩放，杂志生物力学工程（120）（1998）281-288。4 K.大野，高桥河，岛田吨，自激行走的两足动物的机制，国际杂志机器人研究20（12）（2001）953-966。5 J.古庄，美格拉亚，稳步行走，杂志的动力双足运动系统的控制动力系统，测量和控制108（2）（1986）111-118。6 S.朱音，小林A.一个双足机器人与潜在的能源节约型轨道，杂志的动态步行控制SICE 23（3）（1987）281-287。7 T.加藤A. 塔开尼斯，G.内藤，一加藤，准动态行走的两足行走的实现该机在：国际研讨会的理论与实践和机械臂，诉讼，1981年，第341-351。8 T.美达，T. 亚米里加，T. 克里斯托，T.濑，采用现代控制高速双足的实现理论上讲，控制40国际杂志（1）（1984）107-119。9 F.宫崎县，有本S.，在动力双足运动控制理论研究，期刊动态系统，测量和控制102（4）（1980）233-239。10 A.佐野，J.古庄，双足机器人的3D动态行走通过控制角动量，杂志的SICE 26（4）（1990）459-466。11 S.H.柯林斯M.维斯，A.瑞纳，A 3-D被动动态行走的机器人有两条腿和膝盖，在机器人研究20国际期刊（7）（2001）607-615。12 A.哥斯瓦米，B. Es
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