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· 电气技术与 自动化 · 张澈，等 ·一种仿牛机械足的设计与分析 一 种仿牛机械足的设计与分析 张澈，陈浩，张群 (北京航空航天大学 机械工程与 自动化学院，北京 100191) 摘 要：基于仿生学，设计了一种仿牛机械足，可应用于四足步行机器人。首先介绍了四足机 器人的总体设计方案。然后根据牛足在泥地、软土地行走的功能特点，设计 出仿牛机械足，运 用Solidworks对仿牛机械足进行建模 ，分析仿牛足的功能，并通过Solidworks静力学仿真模块对 关键零件进行仿真分析。仿真结果表明仿生机械足可以很好地模拟牛足的功能并保证结构安 全可靠。 关键词 ：机器人 ；四足；仿生 中图分类号：TH12；TP241 文献标志码：A 文章编号：1671—5276(2013)O1—0140—03 ResearchonMechanicalBionicFootofCattle ZHANGChe，CHENHao，ZHANGQun (SchoolofMechanicalEngineenngandAutomation，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China) Abstract：Basedonthebionics，akindofmechanicalbionicfootofcattleisdesigned．Thegeneraldesignof quadrupedrobotisintro- duced．Accordingtothewalkingfunctionandfeaturesof cattlefootinmudandsoftsoil，thebionicfootof cableisdesigned．Thebionic foo tismodeledbySolidworks，itsfunctionisanalyzed，anditskeypartissimulatedbySolidworks’statics simulationmodule．Th esimula· tionresultshowsthatthebionicfootcanachievetheexpectedgoalwell，whilethesafetyandreliabiliytof itsconstructionisensurde ． Keywords：robot；quadruped；bionics 0 引言 机器人已经广泛应用于生产、生活中的各个领域，传统 的移动机器人可分为轮式机器人与腿式机器人。腿式机器 人相对于轮式机器人，能够采用不同步态及与地面不同接触 方式，具有很好的避障越障能力，可适应于复杂地貌环境下 行走。其中，腿式机器人与地面的不同接触方式通过不同的 图 1 四足机器人机构示意图 机械足来实现。传统机械足一般为简单平面足…、曲面 足 J，并辅以弹簧等减震装置。此类机械足结构与功能简 12个 自由度均摊在四条腿中，每条腿 3个 自由度 ，其 单，适合在冈生『平整地面上行走，但在复杂路面上行走效果 中胯关节两个 自由度，包括外摆 自由度和弯曲自由度 ；膝 较差，如传统机械足在泥地、软土地行走时，会产生下陷过深、 关节包含一个弯曲 自由度。用 Solidworks绘制了四足机 支撑点打滑、推动力不足、出足困难等现象。 器人的样机模型示意图，如图2所示。该机器人包括车身 目前国内外对具有特殊地貌适应性的机械足研究甚 与四条腿，每条腿包括胯关节、大腿、膝关节、小腿和足，可 少，不能满足步行机器人的实际应用需求，需要进一步发 模拟骆驼等动物的步态进行行走，足与小腿固连，在与机 掘研究。因此 ，本文考虑到四足机器人在泥地、软土地等 器人行走过程中支撑机器人并提供机器人前进的反力。 地面行走的问题 ，以牛为生物原型，研制了一种用于四足 机器人的仿牛机械足，并进行了有仿真分析验证。 四足机器人结构组成