探月机器人机械腿仿生设计

目录一、前言 31.1本设计的目的、意义 31.2本设计在国内外的发展概况及存在的问题 31.3设计方案的选择 41.4本设计应解决的主要问题 41.5小组分工 51.6设计流程 6二、机械腿设计 72.1设计原理 72.2设计综述 92.3结构设计 102.4平面连杆机构的受力分析 152.5杆件的设计 232.6零件的选用与校核 242.7机构运动分析 33三、结论 44参考文献 45谢辞 46附录 47一、前言1.1本设计的目的、意义普通的探月车在沙地环境下的运动会收到各种地形因素的干扰，如石子、路面凹凸不平、滑沙等，导致运动速度受影响，从而使工作效率降低。希望通过本设计能够改进车轮在沙地中行动不便的状况，使得探月机器人能够拥有更高的工作效率，也能够通过仿生设计，向大自然本身进行学习，从而使经历了千百万年的自然选择而筛选出的优秀结构能过为人们所用。1.2本设计在国内外的发展概况及存在的问题人们对仿生足式机器人的研究起始于20世纪60年代，直至今日，仿生足机器人依旧是人们重点研究的对象之一。其借鉴生物退结构的特点，使足式机器人本身具备的优点更加的显著。足式机器人的研究以其速度、承载力、稳定性等为其性能指标，并根据如山地、沙漠、沼泽、城市楼道等地形特点进行特定的结构设计，使得机器人在特定的环境下拥有卓越的性能。其对地面环境的高适应性使得其能够胜任许多危险工作，如行星勘探、防护灾害、抢险救援等。双足仿生机器人多以人体为原型，使其结构更加接近于人体。日本一直在双足仿生机器人的研究领域占据着领先的地位，1973年日本早稻田大学研究出了世界上的第一个双足机器人WABOT-1，其腿部结构与人类的相似，由大腿、小腿、足三部分串联而成，能够做到抓取物体与进行距离方向的测量。又如2011年由本田公司发布的ASIMO2011型机器人，能够根据指令做出相应的动作。美国也是早期进行双足机器人研究的国家之一。2008年由BostonDynamics公司研发的PetMan，最大时速为7.1Km/h，有良好的平衡稳定性，腿部拥有六个自由度，在行走的过程中能够抵御一定的外部干扰，可模仿人类的蹲起、跳跃等动作。我国对双足仿生机器人的研究始于20世纪80年代，在2000年时由国防科技大学研制出了我国的第一台双足仿生机器人“先行者”，能够实现平地静态步到动态步的转换，腿部结构也采用的串联形式。2011年浙江大学研制出的两款双足仿生机器人ZJUKONG-I及其改进型号ZJUKONG-II，运行速度分别为8Km/h、11Km/h，具有6个自由度，可实现前进、后退、转向等动作。两代机器人足部结构都为矩形，最新研发的足部加入脚跟与脚趾的自由度，可更好地适应地面行走。鸵鸟是沙漠中最大的平胸类鸟。每步距离3.5-7米，能够以每小时50-60公里的速度跑30分钟以上，冲刺时的速度超过每小时70公里。鸵鸟后肢强壮有力，具有稳健，持久和高速奔跑的能力，因此通过对鸵鸟后肢进行结构仿生能够得到在沙地进行快速行走的理想的效果。MIT开发的FastRunner机器人，是以鸵鸟为仿生原型而设计的，可模仿鸵鸟奔跑的步态，最大速度可达35.4Km/h,其腿部结构参考了鸵鸟的真实腿部结构，以弹簧代替鸵鸟后肢主要肌腱，将鸵鸟两趾简化为一个包含三节趾骨的单趾。2017年在FastRunner的基础上进行优化设计出了PlanarEllipticalRunner，其传动结构运用了椭圆轮设计，在不依靠控制系统的情况下依旧可以高速稳定的奔跑，最高时速可达16Km/h。我国2018年吉林大学也对鸵鸟腿进行了仿生设计。通过对双足仿生机器人与鸵鸟放生机器人的研究现状，可得知普通双足仿生机器人结构单一，并没有考虑到沙地行走的适应性。但通过仿照双足式机器人的被动柔性机构能够起到对足部姿态自动调整的作用，由此增加稳定性。鸵鸟式机器人融入了肌肉、肌腱等元素，踝关节等处设计有弹性缓冲结构，可缓解各类冲击。此外鸵鸟机械人结构能够对地面地面环境进行适应性的改变，沙地行走时足部可起到固沙限流的作用。因此在设计时依照现有鸵鸟机器人进行为主要原型，并取普通双足机器人的优越之处进行设计。1.3设计方案的选择在设计过程中，进行了如下的设计方案选择过程：仿生对象的方案选择在确定了仿生腿设计的大方向后，需要先拟定一个进行仿生的对象。由此列出了以下几个选择：犬类后肢、马后肢、鸵鸟后肢。首先机械犬的研究设计已十分成熟，也拥有十分优秀的机械性能，是一个不错的选项；马长久以来被人们驯化并承担代步的职责，其持久的耐力与速度长期以来被人们所认可，其腿部结构可研究性很强；鸵鸟是双足动物中奔跑速度最快的动物，其速度甚至超越了马的奔跑速度，且鸵鸟的生活环境是沙地，在沙地环境中鸵鸟的速度有着绝对的优势。因为设计环境为沙地，由此选择鸵鸟最为合适。仿生结构的方案选择在仿生机械的设计中，有开链式结构与闭链式结构可以选择。开链式结构具有结构本身简单的特点，且自由度高，可活动范围更广，运动方式也更多，使得仿生也更加精确，整体机构更加稳定。闭链式结构的结构本身更为复杂，且自由度更低，运动方式更为单一，但优势在于所需电机少，更好控制。由于小组设计中，并不进行程序编写，对电机进行控制，所以希望机构运动方式越简单越好，由此选择闭链式结构进行设计。具体设计方案的选择主动件的位置选择。在设计过程中首先遇到的具体方案选择就是主动件的选择。根据鸵鸟的结构来看，可选择主动件的位置可以在大腿，也可以在小腿。大腿为主动件好处在于机构步距更大，速度更快，且资料查得已有的鸵鸟腿仿生设计均已=以大腿为主动件；小腿为主动件好处在于机构所受冲击更小，整体更加稳定。但若以小腿为主动件则无法做到站立、蹲下等动作，由此依旧选择大腿为主动件。脚趾的设计方案选择。鸵鸟的脚趾是否需要进行仿生是遇到的又一选择。所查资料在现已有的设计中既有仿生了脚趾，又有没有仿生脚趾的设计。根据所查得鸵鸟的资料来看，鸵鸟两脚趾，一只主要受力，另一只仅起辅助作用。且鸵鸟在沙地中的运动优势主要来源于起腿部结构的修长与起其肉的分布而使得其摆腿频率更快与步距更长，脚趾的结构并非主要的原因，由此不对脚趾结构进行仿生。1.4本设计应解决的主要问题（1）如何参照鸵鸟腿的骨骼、肌肉结构等进行仿生，从而使得机构也具有鸵鸟腿的特性。（2）如何进行机构设计，拟定各个参数。（3）如何进行受力分析，选定电机、轴承标准件，并设计非标准件，进行校核。（4）如何分析其运动方式，看最终运动是否与设计初衷相符合。1.5小组分工小组所做的是探月机器人的设计，我在其中负责机械腿的设计。机械腿的设计除了应满足仿生设计的期望以外，还应考虑与机体的配合。机械腿需能够承载机体与载荷运动，还应能够做到站立于蹲下的动作，且蹲下的动作应能够使机械手触碰到地面。总体结构如图所示。图1.1机器人结构示意图1.6设计流程图1.5设计流程图二、机械腿设计2.1设计原理（1）环境分析月球上没有大气，所以整个月球处于真空的状态，而月球的表面也直接暴露于宇宙空间中，所以早晚温差巨大，日间表面温度高达127℃，夜间低至-183℃。由于没有大气层，所以也不会出现气候的变化，以及水流等。月球表面大多地势为平原，但也有山脉与低地，低地被称之为月海。地面由于在长年暴露于宇宙空间中，尽力各种小型宇宙天体物质的冲击，太阳风暴的冲击，以及温度的剧烈变化等原因，月球的地表状态为粉状的沙地。（2）步态分析鸵鸟属于两足步行动物，奔跑时是双脚前后交替运动，仅有抬腿相与落地相两个阶段，其速度主要依靠步距与摆动频率决定。但与人的步态不同，鸟类在运动时要靠头部的晃动来保持身体的平衡，一般当一只脚抬起时，鸟类的头开始向后收缩，当抬起的脚到达前与中间之间的位置时，鸟类的头摇到最后方，在前脚落地时，鸟类的头又重新随之伸到最前方。由于整体设计为探月机器人，其额外设备的安装与样本采集的量都应留有余地，且此处应由机械手摆动来控制整体平衡，由此整体的平衡变得难以控制。为规避这一难题，此处将双足式步态改为四足式步态。二者相比较而言，四足式有着运动速度较慢的弱点，但其稳定性却非常高。四足动物的步态主要有正常步态、斜对步态和侧对步态三种。正常步态是最稳定的步态，其仅有一只脚离开地面，另外三只脚均同时着地，保证质心始终投影在三角形区域内。斜对步态是成对角线的两条腿同时落地，另外两条同时抬起的步态。测对步态是单侧两腿同时落地或同时抬起的步态。在这里选用速度与稳定性兼顾的斜对步态。将其分为前腿与后腿两组，单独看每组则根双腿时的情况相似，仅有抬腿相与落地相两个阶段。将每组两条腿的主动件曲柄布置为相距180°，则在此情况下，在其中一条腿刚刚进入在抬腿相时，另一条腿正好进入落地相，且两腿有一短暂同时接触地面的时间，增加了稳定性。（3）鸵鸟后肢结构观察通过对鸵鸟后肢结构资料的收集可以观察到：鸵鸟的后肢相较于身体其他部位而言形体较大，骨骼较长。一共可以划分为四个部分，依次为大腿、小腿、脚掌、脚趾。大腿骨定位于髋关节处，相较于其他腿骨，大腿骨更短，更粗，且只能在一定范围内摆动。大腿藏匿于身体内部，使得从外部看无法直接观察到。但这却更好的将肌肉肌腱等布置于靠近身体的部位，使得大腿更加有力，鸵鸟的重心更加稳定，其后肢的下侧更加轻盈，使其奔跑速度更快。小腿骨是由外观可见的最长最健壮的部位，其相对大腿骨更细，且长度约为大腿骨的两倍，其肌腱肌肉主要集中分布于小腿骨的上半部分，下半部风肌腱肌肉较少，十分轻盈。鸵鸟的脚掌部分较大部分双足动物不同，大部分双足动物脚掌着地且有一定的宽度，而鸵鸟的脚掌却与类似于小腿是竖直的一根骨。脚掌同样较少的分布着肌腱与肌肉，整体轻盈，脚掌与小腿整体看呈一定的角度，肢踝关节完全伸直时大约呈168°，抬离地面时大约呈140°，脚掌相对小腿可向前抬起，不可向后抬起。鸵鸟的脚趾是在鸵鸟运动时接触地面的部分，鸵鸟的脚趾有两根，其中体格较大的一根是主要承重的脚趾，另一根则起辅助作用，鸵鸟的脚趾如同大多双足动物的脚掌一般，较宽较长，承重效果好。鸵鸟后肢肌肉主要集中在大腿与小腿上半部分，有肌腱与骨骼相连，另一端主要集中坐落于髋关节处，在运动中起主要作用的有骼胫肌、尾骨肌、闭孔肌、股二头肌、孔穿屈肌腓肠肌等。肌肉一段固定于髋关节处，一段分布于大腿与小腿上半部分之间，通过肌腱连接于骨骼之上，通过拉伸使之运动，由此凭借鸵鸟腿能够做到大步长，高步频的运动。图2.1鸵鸟腿结构示意图由图可以看到肌肉的分布与鸵鸟后肢与人的对比。图2.2鸵鸟腿与人腿部对比图2.2设计综述可见机构简图2.3，有杆件1、2、3构成的四杆机构为大腿部分的仿生机构，杆件1为主动件，3为大腿骨，1、2一起为大腿肌肉仿生结构，使得大腿机构运动；有杆件3、4、6构成的四杆机构为小腿部分的仿生机构，杆件4为小腿骨，杆件6为小腿肌肉仿生结构；杆件7、8、9为脚掌部分仿生机构，杆件8、9为脚掌；11为脚趾；杆件5为腿部韧带仿生。机构总体自由度为1，由此仅用一个电机即可，机构拥有唯一已知的运动方式。构件标号仿生结构杆件长度mm1大腿肌肉302大腿肌肉1803大腿腿骨1754小腿腿骨2755腿部韧带2756小腿肌肉407脚掌骨258脚掌骨2009脚掌骨20010脚掌韧带5011脚掌150×60表2.1构件尺寸以固定铰链D为原点，固定铰链A在其左下方30°处，相距90mm，固定铰链G在其正下方140mm处。传动方式：在四杆机构1、2、3中，曲柄-杆件1为主动件，当杆件1以恒定的角速度作圆周运动时，可带动大腿及摇杆-杆件3在一定角度范围内作平面转动；在四杆机构3、4、6中，摇杆-杆件3为主动件，带动小腿杆-杆件4运动，又因曲柄-杆件6，使得小腿杆-杆件4在一定范围内作平面运动；足部结构7、8、9、10、11通过两个三角形结构对其进行约束。杆件5为韧带的仿生，单独观察杆件3、4、5、6、7，有在杆件3为主动件运动的过程中，杆件4因有杆件6作为约束，其运动可视为绕杆件3在一定角度范围内的转动与随着杆件3的平移运动；又有杆件3、4、5、7构成平行四边形机构，所以杆件5的运动与杆件4的运动相同；由此杆件4、5带动整个足部机构运动，实现了抬腿、蹬地动作的仿生。此处初定使用圆柱滚子轴承，不需要成对使用，由此能量的损耗发生在各个轴承处。有传动效率η2.3结构设计首先依照鸵鸟的后肢骨架结构绘制一个开链式结构。通过观察鸵鸟腿本身肌腱位置与作用，可以得到设计思路，即通过肌肉驱动代替大腿的杆在一定角度内摆动，使得整只腿跟着摆动。虽然通常情况下是由确定的步态数据来进行结构的设计，但由于并无法通过实验去得到确切的鸵鸟生物步态数据，由此选用先进行设计，再由与一直步态进行比对，以此校核。总体的设计如图所示，计算其自由度：F=3n-2PL-PH=3x11-2x16=1图2.3机构简图具体设计过程如下：（1）大腿部分设计观察鸵鸟解剖图的大腿，发现其肌肉由大腿连接至尾部，由此联想到曲柄遥感机构。所设计的曲柄摇杆机构应满足以下条件1）大腿（摇杆）在一定角度内摆动，此处令摆角为60°。2）曲柄摇杆机构需拥有急回特性，且急回特性必需体现在抬腿相，在曲柄空回时，由此，先此处令行程变化系数K=1.5。3）且需满足曲柄存在条件，即曲柄为最短杆，最短杆与最长杆长度之和小于或者等于其余两杆的长度之和。此处先令摇杆的长度为125mm。由以上给出条件应选用几何法求解所需四杆机构。1）确定摇杆。随意定位固定铰链D的位置，画出两摇杆，并使其位置相距60度，得到点C1与C2。2）计算极位夹角。由行程变化系数K=1.5，有公式极位夹脚=180x（K-1）/（K+1）。有极位夹脚为36°。3）作出辅助圆。连接C1，C2，以C1C2为底边，分别在两角做90-36=54°的角，延长两线相交于O点，及O点为辅助圆的圆心，以OC1为半径做辅助圆，则只要连接曲柄的铰链A位置在弦C1C2以下的圆上都可以。图2.4大腿杆件设计4）确定铰链A。为明确铰链A的位置还需更多信息，由此再观察鸵鸟后肢结构，发现在其尾部髋关节的两个骨架呈一个30°角。由此将图仿照鸵鸟大腿位置摆放，以C1D为基准，铰链D为圆心，在往上偏移5°的位置做一条水平辅助线1，作为鸵鸟髋关节中近似水平的骨架，再以辅助1为基准，铰链D为圆心，往下偏移30度做延长辅助线2，作为鸵鸟髋关节中倾斜的骨架，则辅助线2与辅助圆的交点则为铰链A的位置。图2.5大腿固定铰链A定位5）确定四杆机构尺寸。通过A连接摇杆C1、C2，得到四杆机构的两死点位置。有可测得数据AC1=210，AC2=150，AD=90，由AB=（AC1-AC2）/2=30，BC=（AC1+AC2）/2=180。由此连杆机构的数据为：曲柄=30mm，连杆=180mm，摇杆=125mm，机架=90mm，机架的两个铰链，以连接摇杆的铰链为原点，另一铰链在其左下方30度的位置上。图2.6大腿曲柄摇杆机构设计6）检验四杆机构。根据两四点位置可量取极为夹角为36°，与通过K值计算的相符合。有最短杆为曲柄，30+180<125+90即有最长杆与最短杆长度只和小于另外两杆长度之和，曲柄存在。有急回特性发生在抬腿相。由于主动件为曲柄，所以死点不会出现。（2）小腿部分设计（1）曲柄摇杆机构设计观察鸵鸟后肢解剖图，与鸵鸟奔跑的动作，可发现鸵鸟在奔跑时其小腿有一个明显抬起得动作，且除大面积分布在小腿上半部分的肌肉以外，还有一个骼胫肌明显直接从小腿连回大腿，这可使得鸵鸟能够更好的抬腿。由此又想到曲柄摇杆机构，不同于大腿的是，此处的曲柄摇杆机构主动件为大腿（摇杆）。于是可以对于此曲柄摇杆机构提出以下要求：1）此处令大腿（摇杆）为150mm，且摆角为60°。2）有急回特性，由于此处摇杆为主动件，而两机构共用同一摇杆，所以摇杆运动的两行程速度固定，即两机构行程变化系数相同有K=1.5。3）此处于曲柄相连的铰链应远离大腿结构的铰链，以避免在运动过程中相碰撞。4）由于此处主要仿真肌腱肌肉，通过参考鸵鸟结构可知，此处小腿（连杆）的长度应与大腿（摇杆）的长度相近。设计过程：由于数据与大腿结构的相似，且两机构有一共用杆，还需保证两机构间不发生碰撞，所以需以大腿四杆机构的设计为基础，在其上面继续进行设计。已知大腿结构的摇杆长度为30mm，在之前的铰链A处以30为半径做一个圆，以代表大腿的四杆机构摇杆运动范围。确定摇杆。将之前的曲柄延长至150mm，得到新的点E1与E2。作辅助圆。连接E1E2，由之前可知，K=1.5有极位夹角为36°，以E1E2为底边，在两脚处分别作90°-36°=54°的角，延长两线交与新的O点，以OC为半径，O点为圆心作辅助圆。确定铰链F。有在弦E1E2以下的长弧上选取的点都符合行程变化系数K。但因需要保证两机构的摇杆不相撞，所以铰链G应在铰链D的下方，此处索性选取铰链D的正下方为铰链G。确定四杆机构尺寸。可以通过测量得到GE1=190，GE2=60，DG=140有曲柄GF=（GF1-GF2）/2=40，连杆FE=（GF1+GF2）/2=125。由此有四杆机构数据曲柄=40mm，连杆=125mm，摇杆=150mm，机架=140mm。连接曲柄的铰链G在连接摇杆的铰链D的正下方。检验四杆机构。以80为半径，铰链F为圆心做圆，代表此处曲柄运动范围，可见与之前所得大腿四杆机构的曲柄圆并没有相交，所以两曲柄在运动过程中始终不会相撞，方案可行。可量得极位夹角为36°，与K值所计算极位夹角相等。最短杆为曲柄，且有40+150<125+140即最长杆长度加最短杆长度小于其余两杆长度之和，由此曲柄存在。由于此处为摇杆作为主动件，所以会遇到死点，死点在此处并没有益处，虽然在下面连接的有足部机构，但还是需要有避免死点的措施。为避免死点的产生在大腿与小腿之间加入弹簧，使得弹簧在抬腿相收到压缩，在落地相拉伸。由于弹簧在此处为非重要元件，所以不在刚性机构中表示。图2.7小腿曲柄摇杆机构设计在仿生机械设计中，需设计者本着简单、便捷、取其精华，去其糟粕的原则进行设计。此处为使小腿抬起的设计虽然能够避免机器人在运动过程中被部分小障碍碰倒，但其抬腿的幅度并无法达到鸵鸟本身那样近似水平，由此这个设计看似没有太大的必要。但在整体的机构中，这个机构却给整体机构添加了约束，使得整体机构的自由度为1。在机器人设计中，四肢机构的自由度通常都在3以上，自由度越高意味着所能运动的范围越广，所能做到的动作也越多，但机构也变得更加的难以控制。由于在组内并没有进行程序控制的分工，所以个人在设计的时候应尽量避免过多电机的选用，使机构的运动越为确定越好，而自由度为1的机构仅有且仅有唯一确定的运动方式，所以此设计在此有着重要的意义。双曲柄机构设计鸵鸟后肢踝关节完全伸直时大约呈168°，抬离地面时大约呈140°，根据所查阅的资料可知，完成这一动作的主要是韧带。在小腿下连接的是足部构件，则小腿与大腿结构应当对足部构件起到约束作用，也就是需要仿生韧带，于是延长大腿，作双曲柄机构，这样足部机构便受到腿部机构的约束，能够随着腿部机构的运动而运动。而在双曲柄机构中，特殊的是平行四边形机构，平行四边形机构的特点之一是相对杆始终保持平行﹐且两连杆的角位移﹑角速度和角加速度也始终相等，适合用在此处。于是在此设计平行四边形机构，两摇杆的长度为小腿杆的长度定为275mm，机架与连杆的长度设置为25mm。在此处平行四边形机构相对与大腿杆做运动，所以可将大腿杆视为机架静止不动，此处的主动件便成为了小腿杆，也就是曲柄，其仅在一定角度内摆动，另一曲柄由于平行四边形机构的性质，也跟着在同样大小的角度内摆动。（3）足部设计观察鸵鸟的足部结构，鸵鸟的足部在运动过程中仅有脚趾接触地面，其脚掌是直立的。脚掌与腿骨一般，且与小腿骨相比粗细相同，长度比小腿骨稍短一点。但此处设计过长使得速度与加速度都过大，导致机构强度、精度不够，不稳定。所以令脚掌杆长100mm。在观察机械腿运功过程中，找到某一确定点进行观察会更为方便和明了，与将脚掌的另一段与平行四边形机构连杆的另一段相连接，这样所构成的三角形的顶端便可作为观察点。在此处作等腰三角形，所以另一杆的长度也为100mm。鸵鸟的脚趾如大部分双足动物的脚掌一般，有一定的宽度，在运动中起主要作用的是长度较长的脚趾，另外一根较短的脚趾仅起到辅助的作用，鸵鸟的脚趾底部粗糙，抓地能力起强，且底部有较厚的一层脂肪，能够起到一定的减震效果，提高稳定性。由此，模仿鸵鸟后肢长度比例制作鸵鸟的脚趾，在此仅作一根脚趾即可，并在其底部安装橡胶底，刻上波纹形纹路，以起到防滑与减震的效果。将脚趾连接在等腰三角形顶点处，并用一根杆连接脚趾与等腰三角形，以对脚趾进行约束。这里令脚趾结构为长150mm，宽60mm的一块板。2.4平面连杆机构的受力分析通过分析机构的受力来进行主动件电机的选用。在整体机构运动过程中，仅在落地相的过程中才会接触地面，而抬腿相不会，由此四只腿应只有两只腿接触地面，而总的合力力也应由着两条腿分担。已知月球的环境为表面粉状土构成的沙地，且月球重力为地球的1/6，则有摩擦因数为μ=0.4。在运动过程中，单只腿所受到的力仅有来自地面的支撑力与摩擦力，其合力Fr为工作阻力。将腿部各构件的重力理想化，此处用图解法来进行力的分析更为简便。机构简化首先观察机构，由于自整个机构踝关节H以下都是固定的机构，构件与构件之间相互静止，地面所给的工作阻力Fr作用于脚趾构件11上，集中分给两个点L与M，具体所分力的大小占且不知，由此构件11可不进行分析，并设两个未知数FrL与FrM来表示点L与点M所受的力。为保证运行，自重数值设置偏大,M=60Kg。自身重力G=1/6xMg=98N因运动过程中重力由两只腿承担，有N=1/2G=49N有此时的摩擦力为f=Nμ=49x0.4=19.6N图2.8工作阻力示意图由L点开始分析，L点的受力为地面支撑力与摩擦力的合力，有地面支撑力与1/2G大小相等方向相反，摩擦力方向延地面与运动方向相反，两力呈90°。可作力多边形abc，选取比例尺μ可求得工作阻力Fr=图2.9工作阻力力的合成计算图于是得到了工作阻力Fr的大小与方向，则有FrL与FrM方向与Fr相同，在力的大小上有FrL+FrM=Fr图2.10脚趾部分受力示意图以构件10作为分离体有构件10仅连接构件11与构件9，所以构件10为二力构件。又已知构件10上点M处有已知力FrM，则构件10上点K处由构件9作用在构件10上的力FK910与FrM大小相等方向相反，即FK910=FrM，由于都是未知数，所以将FK910以FrM进行表示。图2.11杆件10受力示意图以构件9作为分离体在构件9上已知有在点K处构件10作用于构件9上的力FK109与FK910大小相等，方向相反，且依旧都为未知数，则FK109也以FrM表示。又有在点L处有力FrL，但在点L处受力FrL作用的有构件9与构件8，则设构件9上L点的受力为FrL9，构件8上分得的力为FrL8，于是有FrL9+FrL8=FrL。于是在构件9上，有在点K与点L处分别有两力平行且方向相同。由力系平衡可知，点J处的力必与点K与点L处的两力平行，且方向相反，令此力为FJ。有FJ为构件7在点J处作用于构件9上的力与构件5在点J处作用于构件9上的力的合力，且FJ=FrM+FrL9。图2.12杆件9受力示意图图2.13杆件8受力示意图以构件8为分离体有构件8在点L处受已知方向的力FrL8，由力系平衡原则可只，在点H处必受一个与FrL8平行，且大小相等方向相反的力FH，而FH为构件7在点H处作用于构件8上的力与构件4在点H处作用于构件8上的力的合力，有FH=FrL8。由上几个式子可见有FH+FJ=FrL8+FrM+FrL9=FrL+FrM=Fr。图2.14杆件8、9受力示意图所以机构的踝关节即点H与点J所受力的合力与工作阻力Fr相等，且方向相反，又有机构5点I的受力由点J处的受力决定，机构E处的受力由H点的受力和F点的受力决定。若将整个平行四边形机构视为一个构件，即点J重合于点H，点I重合于点E，有点H处力的大小改变，则点E处力的大小也会改变，其力为原点E与点I处力的合力。由此在分析力的过程中，可将整个仿真韧带的机构即机构IJKM去除掉。简化后的机构如图所示图2.15简化后机构简图以构件5为分离体构件5为二力构件，已知大小和方向的工作阻力在点L处，于是有踝关节点H处的力应与Fr大小相等，方向相反，形成力偶矩，于是有构件4作用于构件5上点H处的力FH45=Fr=51.254N，力的方向如图所示。图2.16构件5受力示意图图2.17构件4受力示意图以构件4为分离体构件4链接了三个构件，所以构件4上也应有三个力。由已经求得的构件5可知，构件5作用于构件4上点H处的力FH54与FH45大小相等方向相反，有FH54=Fr=51.254N。有构件6是二力构件，在图示位置处有力沿着杆件的轴线方向，有构件6作用于构件4上点F处的力FF64与已知FH54相交于一点，根据平衡体力的交汇原则，有构件3作用于构件4上点E处的力FE34也必定相交于此点，可知此力方向向下。为保持力的平衡，可知FF64的方向向右，如图所示。作出力的多边形efg。图2.18构件4力的合成计算图选取比例尺μF=FH54/fg=51.254/12.14=4.222有FF64=μFxgf=5.41x4.222=22.841NFE34=μFxge=15.24x4.222=64.343N以构件6为分离体构件6为而力构件，已知力的方向延构件6的轴线方向。则构件4对构件6在F点的作用力FF46与FF64大小相等方向相反，有FF46=FF64=22.841N。则在G点处，构件7对构件6的作用力FG76与FF46也大小相等方向相反，即FG76=FF46=FF64=22.841N。图2.18构件7受力示意图以构件3为分离体由于构件3是四杆机构DEFG与四杆机构ABCD共用的摇杆，所以在此处将两机构分开来进行分析，则先考虑四杆机构DEFG，有构件4作用在构件3上点E处的力FE43与已知力FE34大小相等方向相反，FE43=FE34=64.343N。在四杆机构DEFG中有构件3仅连接固定铰链D与构件4，所以为二力构件，于是可假设有点D处的力FD方向与FE43相反，形成力偶矩，由于此时没有考虑构件2作用在构件3上的力，所以FD力的大小待求。图2.19构件3假设E点受力示意图将四杆机构ABCD独立出来，由此时的摇杆构件3仅连接固定铰链D与构件2，为二力构件，已知点D处的力FD的方向，可假设构件2作用于构件3上点C处的力Fc23与FD方向相反，形成力偶矩。图2.20构件3假设C点受力示意图已知杆件3上DCE三点的位置，固定铰链的位置，三力的方向，且其中力FE43=64.343N，可求得力Fc23与FD的大小。如图所示：图2.21假设构件3受力示意图在点X处建立直角坐标系，则力FD可分解为FDX与FDY，Fc23可分解为FC23X与FC23Y，FE43可分解为FE43X与FE43Y。有FE43Y=FE43xsin49°=48.560NFC23Y=Fc23xsin49°FDY=FDxsin49°可建立平衡力偶矩方程FE43YxCE+FDYxCD=FC23Y即48.560x25+FDYx125=FC23Y又有力的平衡方程FE43Y+FC23Y=FDY即48.560+FC23Y=FDY联立两方程可解得FDY=-10.182N，FC23Y=-58.742N。此处“-”说明之前对力的方向的假设是错误的，力的方向应与假设的方向相反，即FcE43的方向应与FD的方向相同，且均与FC23的方向相反。有FD=13.491N，FC23=77.834N，FE43=64.343N，力的方向如图所示。图2.22构件3真实受力示意图以构件2为分离体有构件2仅与构件1和构件3相连接，所以构件2为二力构件。已知构件2对构件3在点C处作用力FC23=77.834N，所以构件3对构件2作用力FC32应与力FC23大小相等，方向相反，有FC32=FC23=77.834N。则构件1对构件2在点B处的作用力FB12与力FC32也应大小相等，方向相反，有FB12=FC32=77.834N。力的方向如图所示。图2.23构件2受力示意图以构件1为分离体有构件1仅与固定铰链A和构件2相连，所以构件1为二力构件。已知构件1对构件2在点B处的作用力FB12=77.834N，所以构件2对构件1在点B处的作用力FB21与力FB12大小相等，方向相反，有FB21=FB12=77.834N。则构件1在点A处的作用力FA与力FB21也应大小相等，方向相反，有FA图2.24构件1受力示意图由此平面连杆机构受力分析完成，构件1为主动件，有其输出的力为FB21=51.454N，在点B处建立直角坐标系，可将力FB21分解为FB21X与FB21Y，有FB21Y才为有效力，FB21X并无作用。所以主动件的力矩应由FB21Y来求得。图2.25构件1力矩计算示意图有FB21Y=FB21xsin49°=58.742N于是有力矩T=FB21YxAB=58.742x30x10-3=1.762Nm所以所选伺服电机的力矩应大于1.762Nm。2.5杆件的设计将杆件设计为两金属片，且轴与金属片为一体，与之相结合的金属片与轴端盖为一体，这样的好处在于使得结构更加简便，在轴上虽有两构件在转动，但仅需一只轴承即可，且有效解决了轴上零件的定位问题。有杆件横截面为42mmx5mm。螺栓距离杆件端点处45mm，两螺栓竖直排列，相距20mm。由于螺栓仅起定位作用，仅受预紧力作用，并不承载载荷，所以不对螺栓进行校核。两板件组合为一根杆，令两板相距50mm,为杆件的宽度，选用螺栓M2进行连接。图2.6杆件结构示意图2.6零件的选用与校核（1）电机的选用有此处电机需直接驱动主动件运动，在电机中应选用DD电机进行驱动，DD电机一体化结构优势在于可将负载直接连接于电机上，不需要有减速装置进行过度，且可以做到止转，从而增加了设计精度，也减少了能量的损耗。而DD电机力矩过大，会导致对所连接的构件材料强度要求过高，由此，选用中空旋转平台与直接与伺服电机相连接而代替DD电机。空中旋转平台的优势在于拥有DD电机的优势，且是与其他电机直接连接使用，由此也具有了伺服电机的优势，且DD电机价格较高，由此可降低成本。根据以求得的主动件力矩，选择伺服电机，由于中空旋转平台需与AC系列的伺服电机相配合，由此选择伺服电机型号为ACSM80-G01330LZ。其额定功率为0.75KW，额定转速为3000r/min，额定力矩为2.4Nm。这里根据伺服电机功率0.75KW，选用型号为PA200的中空旋转平台，有额定输出转速为n=200r/min。（2）轴的设计有在C点处的应力最大，以C点处的轴为标准进行校核计算。这里轴所受力矩为弯矩的作用，为心轴。由于整个机构中仅有主动件A处轴承受转矩，虽然在使用了空中旋转平台后该轴并不需要进行计算，但可以根据该轴的受力来对机构中的轴进行设计。由于占不知道轴的长度，所以，以扭转强度对轴的直径进行估算。τ又有对于实心圆轴有W所以有轴的直径d≥35(9550×这里由于杆件与轴为同一工件，所以所选轴的材料同时也为所选杆件的材料。于是选择较为常见的材料45钢。有选取轴的许用扭转应力，τT=30，于是d≥107×30.75200=16.481QUOTEd≥110由于在此处轴上的工件仅有轴承，所以轴的长度由轴承来决定，轴的校核也占不进行计算。具体校核计算见本小节（4）。（3）轴承的选用与校核分析轴的受力，有径向视图与轴向视图，如图所示。图2.27轴受力径向视图图2.28轴受力轴向视图由轴的受力图可知，轴在此处受力偶矩，轴承在轴上几乎不会产生移动。又有机构在运动过程中分为抬腿相与落地相两个阶段，在落地相得过程中，轴所受的力来自抵抗机器人自身重力与地面所给的摩擦力的合力，在抬腿相的过程中，仅受机械腿结构的自身重力，所以，轴所受的应力为非对称循环应力。由此，选用可承受较大径向载荷与较大转速的N系圆柱滚子轴承。根据所初定的轴内径可初设轴承型号为NU203，其内径为17mm，外径为40mm，宽度为12mm，Cr=7.98KN，Cor=5.5KN，与轴的配合为H7/r6。校核轴承由于轴承为径向接触轴承，所以其基本额定动载荷为Cr。令其预期寿命为Lh'有其当量动载荷P=XFr+YFa因只承受纯径向力，所以有P=Fr，根据其工作情况引入载荷系数fp，有此处取fp=1.2，根据所受应力最大点进行计算，有C点处Fr=77.834N。P=fpFr=1.2x77.834=93.401N由于是滚动轴承所以取ε=10/3有基本额定动载荷

C=有验算轴承寿命L所以轴承可用。（4）轴的校核由于轴承已经选出，由此轴的直径为轴承的内径，轴的长度为轴承的宽度，有d=17mm，l=12mm。有材料为45号钢，经调制处理，有材料可查得σb=640MPa，σs=355MPa，σ-1=275MPa，τ-1=155MPa，[σ-1]b=60MPa,此处应选用危险截面安全系数进行校核，由于材料均匀所以取许用安全系数[S]=1.5.根据公式，查表可得Kσ=2.52Kτ=1.89，εσ=0.91ετ=0.89，β=0.95，φσ=0.1φτ=0.05有σ-1，τ-1——对称循环应力时材料的弯曲、剪切疲劳极限，Kσ，Kτ——受弯、剪力时轴的有效应力集中系数，εσ=0.91ετ=0.89——受弯、剪力时轴的绝对尺寸系数，β——轴的表面质量系数，φσ，φτ——受弯、剪力时平均应力折合为应力幅的系数，σa，τa——受弯、剪力时的应力幅，σm，τm——受弯、剪力时的平均应力。考虑到载荷波动的情况，此处按脉动循环考虑，且仅有弯矩没有扭矩。则且W=于是有σa有计算安全系数为受弯矩时安全系数有S计算可得Se（5）弹簧的选用此处选用弹簧的目的在于帮助机构通过死点位置，由此弹簧的内应较小，仅为杆件在死点位置时提供非轴向的力，而不对杆件运动本身造成影响。以受压弹簧进行计算。此处取弹簧材料为碳素钢丝65Mn，载荷性质为I类，其直径d=1mm，中径D2=3mm，有转绕比C=D内径D外径D=节距P=0.5有效圈数n=4自由高度H总圈数n轴向间距δ螺旋升角α展开长度L=π考虑弹簧的位置，有两次死点位置时，弹簧应分别受拉与受压，初步将弹簧的一端放置在大腿杆上，另一端放置在小腿杆上。有其自由高度为8mm，则弹簧不受力时的自由高度应出现在两杆件相互运动过程中的中点处。有小腿杆相对于大腿杆由27°运动到51°，则在两杆相聚39°时，弹簧不受力。有等腰三角形，弹簧两端应放置在离E点12mm处。（6）杆件校核

这里为便于计算，将最大力与最小力分别取整，进行校核。有杆件所受最大拉力Fmax=70N，最小拉力Fmin=20N.查得影响系数Kσ=1.2，εσ=0.85，βσ=0.95.材料性能为σb=640MPa，σs=550MPa，σ-1=275MPa，σ0=500N/mm2.设寿命系数KN=1.2；许用安全系数[s]=2，对该零件进行校核。有所设定的横截面积为A=42x5=210mm2有该零件的各应力σmax有σmin有应力幅σa有平均应力σ有循环特性r=又因（KψΨσ为平均应力折合为应力幅的等效系数KN为寿命系数（Kσ）D为综合影响系数作应力图，有简化疲劳极限曲线中ABS有在需用疲劳极限曲线中ABS于是可以选取比例尺μ=10，作许用疲劳极限应力图图2.29许用疲劳极限应力图由此处的工作应力点C可得到图2.30工作应力点于是得到c'σ用图解法可量取得到Sσ所以杆件的设计方案可用。（7）螺栓组排列方式的选用与校核腿部机构与机器人机体的链接为铰制孔螺栓组链接，考虑到机器人自重与采集作业后增加在和，以及承载样品位置在机体的尾部，需对此处的螺栓组进行校核。首先选用6个铰制孔螺栓一起使用，初步拟定3钟排列方式进行选择，有每个螺栓间距25mm，螺栓组收到因机体自重带来的剪切力，与拟定机体尾部承载带来的扭转力矩。图2.31螺栓组排列方式1图2.32螺栓组排列方式2图2.33螺栓排列方式3有在其几何中心集中有受到自重带来的工作阻力Fr=51.254N，这里取Fr=60N又有因机体尾部承载物体带来的旋转力矩，虽然拟定的承载重量仅为500g，且应使用月球的重力系数，但为避免超载的现象，此处直接令承载重量为F=10N。于是有T=F×因为此处螺栓受剪切力，径向仅受预紧力，所以直接选用铰制孔螺栓，有45钢的螺栓许用切应力τ=135N/计算受力最大螺栓的横向工作载荷FR作用:FT作用：r1外有r有r3外FFFFF可见有力矩传递给螺栓组的力，在三角形分布中，三个端点处受力最大，圆形分布各螺栓受力均匀，矩形分布中，四个端点受力最大。有分别受最大力：有在三角形分布中，右侧端点处受力最大，且两力程30°分布。F在圆形中，有两力重合处力最大，及右侧水平点。F在矩形分布中，有四端点处的力相同，都为最大，有两力程30°分布。F可见圆形分布受力最小，为最佳方案，FS2已知τ=135N/d由此选择使用M2的螺栓更为合适。零件名称零件参数/代号轴d=17mm，l=12mm，45钢轴承NU203弹簧碳素钢丝65Mn，d=1mm，D2=3mm螺栓M2杆件42mmx5mm表2.2零件明细表2.7机构运动分析在机构运动的过程中，有抬腿相与落地相两个状态，此处以急回特性进行区分，有抬腿相为曲柄空回状态。以大腿的四杆机构ABCD如下图的运动状态，进行落地相时的分析。图2.34四杆机构ABCD落地相状态示意有运动角度为α回此时的摇杆运动β回有在落地相的过程中，曲柄为负载状态，有运动角度为α去此时的摇杆运动β去=60有已知主动件曲柄AB，转速n=200r/min，所以有角速度ωBA=2又因为A点为固定点，有B点的加速度aB又A点固定，AB做匀速圆周运动有aB有B点的速度vB=于是有抬腿相时长t回落地相时长t去=于是有摇杆CD回程的角速度ωDC回去的角速度ωDC去有C点回程速度vC=C点去使得速度vC=选取长度比例尺μ=2有C点的速度vC用图解法求解，有任取极点p，作线段pb⊥AB，pb代表速度VB,过b点作BC的垂线，代表Vcb的方向，过p点作CD的垂线，交点为c，于是线段pc代表速度Vc，线段bc代表速度VCB。有pc=图2.35C点回程时速度合成矢量运算有回程时有vCB图2.36C点去程时速度合成矢量运算去程时vCB于是可得回程时ωCB去程时ωCB有C点的加速度，法向与切向有acn有去程时ωCD有ac去n选取加速度比例尺μ=1000，图2.37C点去程时加速度矢量计算用图解法做矢量加法，过程如下：1）任意选择极点p’，作p’b’//AB，则p’b’代表aBn；2）过b’作b’b”//BC,则b’b”代表aCBn；3）过p’作p’c”//DC,有p’c”代表acn；4）过c”作DC的垂线，代表act的方向，过b”作BC的垂线，代表aCBt的方向；5）延长两垂线交于点于是有ac去有ac去又以四杆机构ABCD以下状态作为抬腿相进行研究。图2.38四杆机构ABCD抬腿相状态示意依旧有a于是ω有ac回n=依旧选取加速度比例尺μ=1000图2.39C点回程时加速度矢量运算矢量加法的过程同上，有ac且ac回又因为E点与C点在同一杆件上，所以有相同的角速度ωEC于是E点有回程的速度vE回E点的去程vE去单独分析CE部分，有点C与点E在同一杆件上，拥有相同的运动方式，由此点E相对于点C静止不动。有aE已知aEC所以aEn以E点为基准对机构剩余的点的速度进行计算。有、由上同理有aII点的回程速度vI回I点的去程速度vI去在机构DEFG中，已知D点与G点固定，E点的速度与加速度已知，可以求得F点的速度与加速度。以下图所示机构状态为抬腿相进行研究。图2.40四杆机构DEFG抬腿相示意图有已知vE回且aE回n=1666.633m/s选取速度比例尺μ=10，有速度的矢量加法同上图2.41F点回程速度矢量计算于是vEF回=2.1×10=21m/所以ωFG回=v图2.42F点回程加速度矢量计算作矢量计算过程同上，选取加速度比例尺μ=1000，于是aF回=70260m/有aEFn=38520m/所以ωEFn以下图所示机构状态为落地相进行研究。图2.43四杆机构DEFG落地相状态示意图选取比例尺速度μ=10，有矢量加法方式同上，图2.44F点回程速度矢量计算有vEF去=53.2m/s,于是ωFG去=v去加速度比例尺μ=1000，矢量加法同上。图2.45F点去程时加速度矢量计算有aF去=40550m/有aEFn=32790m/s所以ωEFn又因为在杆件4上，点F与点H均在此杆上，由此两点相对静止，有H点的加速度与F点相同，相对于E点转动的角速度也相同，所以有H点的速度为H点相对E点圆周运动的速度与跟着点E平动速度的合成。于是vH回且vH回有根据矢量加法，取μ=10，图2.46H点回程速度矢量计算有vH同理有vH去且vH去作矢量加法，取比例尺μ=10有图2.47H点去程矢量计算有vH以四杆机构EIHJ进行分析，有其中EIH点的速度与加速度都已知，则可求得J点的速度与加速度。又因为EIHJ为平行四边形机构，将大腿杆看做不动时，单看杆件IJ，IJ的运动与EH的运动完全相同，由此J点与H点有完全相同的速度，角速度，加速度。及vJn又有J的速度也为J相对于I点的转动与I点的平动相结合而成。于是有在回程时取比例尺μ=10，图2.48J点回程速度矢量计算有vJ回在负载去程时有取比例尺μ=10.图2.49J点去程速度矢量计算有vJ去有加速度可视为径向加速度与法相加速度的矢量和，法向加速度的方向为杆件IJ绕I点转动的方向，将大腿杆视为机架时，由平行四边形机构的性质可得aJ又有径向加速度为向心加速度，有a同理有a图2.50J点回程加速度矢量计算2.51J点去程加速度矢量计算有aJ有a由此有在三角形机构HJL中，L点为所求，已知H点与J点的速度与加速度，可求解。用影像法求解L点的速度。取速度比例尺μ=10图2.52L点回程速度矢量计算于是有vL回负载时有图2.53L点去程速度矢量计算于是vL对于加速度也可使用影像法进行设计，步骤同上。有aL回同理有a考虑传动效率有vL回=401.7m/saL回=256585m/三、结论综上所述，机构有急回特性，且落地相的加速度远大于抬腿相的加速度。通过机构使得其拥有较大的步距与高频率的转动。在结构上总体设计修长，脚趾接触地面面积适中，拥有较好的机动性能，在沙地环境下作业并不会对整体机构运动造成影响。腿部修长，主动件连接大腿杆件，整个大腿结构靠近机体，其余部分并无过多杆件，下肢轻盈、修长，适合在沙地环境下作业，并拥有高频率的大腿摆动和较高的步距，使得其运动速度十分可观。零件拥有较高的需用应力，能够承受机体的重量与运动过程中的冲击。机构总体自由度为1，有唯一确定的运动方式，将双足式改进为四足式，稳定性较高，运动单一，控制简单。选用空中旋转平台，能够做到精准的角度定位与止动，能够完成起立与蹲下的动作，使得机器人整体的功能得到实现。以月球大环境作为计算基准，满足设计要求。设计过程中电机的选用出现问题，虽然已经将伺服电机的转速减速至200r/min，即使此转速已远远低于原本转速，但运用在此处依旧转速过高，由此可选用减速比更高的中空旋转平台和转速更低的伺服电机来进行改进。总体而言此结构设计初步满足设计初衷，能改进现有的探月机器人的运动方式，使得机器人整体效率的到有效的提升。参考文献1]付宜丽等.沙地环境移动机器人驱动轮的发展概况综述[J].机器人技术与应用，2004（4）：22-29[2]赵波.沙丘环境下仿生六足机器人设计与动力分析[D].吉林大学，2012.[3]陆怀民等.防风固沙草方格铺设机器人沙漠通过性研究.[J].中国工程机械学报，2006,4（4）：389-393.[4]万海金.基于鸵鸟足部生物组装特征的越沙机械腿足部仿生研究[D].吉林大学，2019[5]何远.仿鸵鸟后肢节能见证机械腿研究[6]王国彪，陈殿生，陈科位，等.仿生机器人的研究现状与发展趋势[J].机械工程学报，2015,51（13）：27-44.[7]李秀梅，双足机器人仿生足部运动机构研究[D],杭州电子科技大学，2011.[8]朱彦防，四足机器人控制方法及节能腿的设计与分析[D].山东大学，2015.[9]马国威，仿生机器人足端与地面相互作用机制及实验研究[D].中国科学技术大学，2015.[10]杨明明.基于鸵鸟足底形态特征的火星巡视器车轮仿生研究[D].吉林大学，2015[11]张四华.沙地环境车辆仿鸵鸟足步行机构的研究[D].吉林大学，2013[12]SmithNC,WilsonAM,JespersKJ,etal.Musclearchitectureandfunctionalanatomyofthepelviclimboftheostrich(Struthiocamelus)[J].VeterinaryResearchCommunications,2012,36(2):129-138[13]NieH,SunR,GuoC,etal.Innovativedesignandperformanceevolutionofahigh-speedbionicmechanicalleg[J].JurnalofBionicEngineering,2005,12(3):352-360.[14]DingL,GaoH,DengZ,etal.Foot-terraininteractionmechanicsforleggedrobots:modelingandexperimentalvalidation[J].TheInternationalJournalofRoboticsResearch,2013,32(13):1585-1606.[15]ZhangG,LuN,CheR.Dynamicanalysisonrigid-flexiblemulti-bodysystemwithafewflexiblecomponents[C]//InternationalConferenceonQuality.IEEE,2011[16]GuoX,YaoX,FengY,etal.Researchandsimulationonuprisingdynamicsofaspecialoverheadcranesystem[C]//AsiaSimulationConference-internationalConferenceonSystemsimulation&ScientificComputing.IEEE,2008谢辞时长数月的毕业设计即将结束了，我在北京理工大学珠海学院的大学生涯也即将结束。在毕业设计的过程中，我了解到自身依旧还有许多的不足，对平日所学习到的知识还未能熟练的进行运用。但总体而言，设计的过程是十分充实与快乐的，这要感谢同学的帮助与老师的指导，使得当我在设计中遇到困难时能够得到及时的帮助，在我感到怠慢时能够得到鞭策与鼓励，正是如此才使得我能够完成毕业设计。在此也感谢四年来的校园生活，老师平日的悉心教导，同学们日常的友好相处，这都将成为人生的一笔宝贵的财富。此次毕业设计，虽然有些许的不满意，但这是我本科期间所做的最大的以此设计，从中我除了认识到了自身的不足以外，更多的是学习到了许多经验与技巧，相信自己对知识的掌握会越来越熟练，在今后的生活中会继续钻研与学习。附录英文摘要一篇摘要中文翻译一篇二维装配图一张二维杆件零件图两张

HYPERLINK如何给电脑重做系统给电脑重做系统，自己学学，可少花钱，哈哈[图]

一、准备工作:

如何重装电脑系统

首先，在启动电脑的时候按住DELETE键进入BIOS，选择AdvancedBIOSFeatures选项，按Enter键进入设置程序。选择FirstBootDevice选项，然后按键盘上的PageUp或PageDown键将该项设置为CD-ROM，这样就可以把系统改为光盘启动。

其次，退回到主菜单，保存BIOS设置。（保存方法是按下F10，然后再按Y键即可）

1.准备好WindowsXPProfessional简体中文版安装光盘,并检查光驱是否支持自启动。

2.可能的情况下，在运行安装程序前用磁盘扫描程序扫描所有硬盘检查硬盘错误并进行修复，否则安装程序运行时如检查到有硬盘错误即会很麻烦。

3.用纸张记录安装文件的产品密匙(安装序列号)。

4.可能的情况下，用驱动程序备份工具(如:驱动精灵2004V1.9Beta.exe)将原WindowsXP下的所有驱动程序备份到硬盘上(如∶F:Drive)。最好能记下主板、网卡、显卡等主要硬件的型号及生产厂家，预先下载驱动程序备用。

5.如果你想在安装过程中格式化C盘或D盘(建议安装过程中格式化C盘)，请备份C盘或D盘有用的数据。

二、用光盘启动系统:

(如果你已经知道方法请转到下一步),重新启动系统并把光驱设为第一启动盘,保存设置并重启。将XP安装光盘放入光驱,重新启动电脑。刚启动时，当出现如下图所示时快速按下回车键，否则不能启动XP系统光盘安装。如果你不知道具体做法请参考与这相同的-->如何进入纯DOS系统:

光盘自启动后,如无意外即可见到安装界面,将出现如下图1所示

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全中文提示,“要现在安装WindowsXP,请按ENTER”，按回车键后,出现如下图2所示

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许可协议,这里没有选择的余地，按“F8”后如下图3

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这里用“向下或向上”方向键选择安装系统所用的分区，如果你已格式化C盘请选择C分区，选择好分区后按“Enter”键回车，出现下图4所示

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这里对所选分区可以进行格式化,从而转换文件系统格,或保存现有文件系统,有多种选择的余地,但要注意的是NTFS格式可节约磁盘空间提高安全性和减小磁盘碎片但同时存在很多问题MacOS和98/Me下看不到NTFS格式的分区,在这里选“用FAT文件系统格式化磁盘分区(快),按“Enter”键回车，出现下图5所示

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格式化C盘的警告,按F键将准备格式化c盘,出现下图6所示

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由于所选分区C的空间大于2048M(即2G),FAT文件系统不支持大于2048M的磁盘分区,所以安装程序会用FAT32文件系统格式对C盘进行格式化,按“Enter”键回车，出现下图7所示

查看原图图7中正在格式化C分区;只有用光盘启动或安装启动软盘启动XP安装程序,才能在安装过程中提供格式化分区选项；如果用MS-DOS启动盘启动进入DOS下,运行i386\winnt进行安装XP时,安装XP时没有格式化分区选项。格式化C分区完成后,出现下图8所示

被过滤广告

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图8中开始复制文件,文件复制完后，安装程序开始初始化Windows配置。然后系统将会自动在15秒后重新启动。重新启动后,出现下图9所示

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9

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过5分钟后，当提示还需33分钟时将出现如下图10

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区域和语言设置选用默认值就可以了，直接点“下一步”按钮，出现如下图11

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这里输入你想好的姓名和单位，这里的姓名是你以后注册的用户名，点“下一步”按钮，出现如下图12

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如果你没有预先记下产品密钥（安装序列号）就大件事啦！这里输入安装序列号，点“下一步”按钮，出现如下图13

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安装程序自动为你创建又长又难看的计算机名称,自己可任意更改，输入两次系统管理员密码，请记住这个密码，Administrator系统管理员在系统中具有最高权限，平时登陆系统不需要这个帐号。接着点“下一步”出现如下图14

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日期和时间设置不用讲,选北京时间，点“下一步”出现如下图15

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开始安装,复制系统文件、安装网络系统，很快出现如下图16

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让你选择网络安装所用的方式，选典型设置点“下一步”出现如下图17

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点“下一步”出现如下图18

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继续安装，到这里后就不用你参与了，安装程序会自动完成全过程。安装完成后自动重新启动，出现启动画面，如下图19

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第一次启动需要较长时间，请耐心等候，接下来是欢迎使用画面，提示设置系统，如下图20

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点击右下角的“下一步”按钮，出现设置上网连接画面，如下图21所示

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点击右下角的“下一步”按钮，出现设置上网连接画面，如下图21所示

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这里建立的宽带拨号连接,不会在桌面上建立拨号连接快捷方式,且默认的拨号连接名称为“我的ISP”(自定义除外);进入桌面后通过连接向导建立的宽带拨号连接,在桌面上会建立拨号连接快捷方式,且默认的拨号连接名称为“宽带连接”(自定义除外)。如果你不想在这里建立宽带拨号连接,请点击“跳过”按钮。

在这里我先创建一个宽带连接,选第一项“数字用户线(ADSL)或电缆调制解调器”,点击“下一步”按钮，如下图22所示

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目前使用的电信或联通(ADSL)住宅用户都有帐号和密码的,所以我选“是,我使用用户名和密码连接”,点击“下一步”按钮，如下图23所示

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输入电信或联通提供的帐号和密码,在“你的ISP的服务名”处输入你喜欢的名称,该名称作为拨号连接快捷菜单的名称,如果留空系统会自动创建名为“我的ISP”作为该连接的名称,点击“下一步”按钮，如下图24所示

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已经建立了拨号连接,微软当然想你现在就激活XP啦,不过即使不激活也有30天的试用期,又何必急呢?选择“否,请等候几天提醒我”,点击“下一步”按钮，如下图25所示

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输入一个你平时用来登陆计算机的用户名，点下一步出现如下图26

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点击完成，就结束安装。系统将注销并重新以新用户身份登陆。登陆桌面后如下图27

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六、找回常见的图标

在桌面上点开始-->连接到-->宽带连接，如下图32

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左键点“宽带连接”不放手，将其拖到桌面空白处,可见到桌面上多了一个“宽带连接”快捷方式。结果如下图33

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然后，右键在桌面空白处点击，在弹出的菜单中选“属性”，即打开显示“属性窗口”如下图34

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在图中单击“桌面”选项卡，出现如下图35

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在图中的左下部点击“自定义桌面”按钮，出现如下图36

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在图中的上部，将“我的文档”、“我的电脑”、“网上邻居”和“InternetExplorer”四个项目前面的空格上打钩，然后点“确定”，再“确定”，你将会看到桌面上多了你想要的图标。如下图37

键盘上每个键作用!!!

F1帮助

F2改名

F3搜索

F4地址

F5刷新

F6切换

F10菜单

CTRL+A全选

CTRL+C复制

CTRL+X剪切

CTRL+V粘贴

CTRL+Z撤消

CTRL+O打开

SHIFT+DELETE永久删除

DELETE删除

ALT+ENTER属性

ALT+F4关闭

CTRL+F4关闭

ALT+TAB切换

ALT+ESC切换

ALT+空格键窗口菜单

CTRL+ESC开始菜单

拖动某一项时按CTRL复制所选项目

拖动某一项时按CTRL+SHIFT创建快捷方式

将光盘插入到CD-ROM驱动器时按SHIFT键阻止光盘自动播放

Ctrl+1,2,3...切换到从左边数起第1,2,3...个标签

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Ctrl+O打开“打开”面版(可以在当前页面打开Iternet地址或其他文件...)

Ctrl+P打开“打印”面板(可以打印网页,图片什么的...)

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Ctrl+Z撤消刚才动作(一般只用于文本操作)

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