基于Adams的六足直立式步行机器人运动仿真分析

基于 Adams 的六足直立式步行机器人运动仿真分析

摘要：

本文分析了一种以双电机为驱动力、以曲柄连杆机构为传动系统的六足直立式步行机器人的工作原理。首先，运用矢量解析法建立了步行腿机构的相应运动数学模型，并进行分析；然后，借助虚拟样机分析软件 Adams 对单侧步行腿机构的运动轨迹进行了建模仿真分析；最后，通过搭建实物样机验证了工作原理、方案设计、虚拟仿真结果的正确性和可行性。

通过仿真分析，步行腿机构的运动特性能够满足六足直立式步行机器人的工作要求，设计方案可行，为后续的动力学分析及优化设计提供了理论基础。




关键词：


Adams 六足步行机器人 四连杆机构 运动学分析


引言：

曲柄连杆机构是连杆足式步行机器人的核心技术，对于实现步行腿步行动作至关重要。步行腿机构的曲柄连杆设计及其运动特性直接影响了机器人的行走性能和运动行为。本文以张久雷设计的六足直立式步行机器人为研究对象，通过解析分解出的简单平面四连杆机构，建立步行腿机构运动数学模型，并利用虚拟样机技术进行仿真讨论，验证了不同关节的运动配合和运动轨迹不存在干涉现象；进一步探究了从动件步行腿的运动速度、加速度规律是否符合步行动作要求。通过搭建实物样机，进一步证实了设计方案的正确性与可行性，为后续的动力学分析及优化制造提供了依据。

1 步行机器人的工作原理


1.1 步行原理

研究分析的六足直立式步行机器人由双电机驱动，通过曲柄连杆传动系统驱动6条步行腿实现三角形步态行走。该机器人分为两组相同的步行腿机构，每一边各有一个电机提供动力，两电机联合控制步行腿的运动。

1.2 步行腿机构分解

将步行腿机构分解为三个简单平面四连杆机构，包括曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构与平行四边形双摇杆机构。通过解析这些机构，可以分别分析中间步行腿与斜向步行腿的运动特性，简化复杂的多连杆机构分析。

2 步行机构运动学方程建立与仿真分析


2.1 建立步行腿机构的数学模型

利用矢量法建立步行腿机构的位置方程，分析运动规律。首先设定直角坐标系，定义各连杆长度和角度，接着基于矢量的封闭多边形性质，得到关于角度的矢量方程。通过对其进行数学求解，推导得到角速度和角加速度方程，为后续运动仿真提供了基础。

2.2 步行腿机构的运动学仿真与分析

使用 Adams 软件构建仿真模型，设置参数并进行运动仿真。通过测量获取各关节的角度、角速度、角加速度随时间的变化曲线，并对比理论分析结果，验证仿真模型的准确性与可靠性。这一步骤对于确保机器人设计符合预期步行动态至关重要。

3 后步行腿机构运动学方程建立与仿真分析

类似于对前步行腿的分析，对后步行腿机构进行相似的数学模型构建与仿真。通过理论推导与仿真测试，检查后步行腿的运动特性一致、连续平滑，确保整体步行机制协调工作。

4 原型样机搭建及行走试验

基于仿真模型，搭建六足直立式步行机器人的等比例实物样机。通过行走试验，展现机器人的三角步态前进、后退能力及其原地掉头动作，验证方案设计的有效性和虚拟仿真结果的可靠性，为后续动力学分析与优化设计奠定基础。