仿狗机器人腿部结构设计

根据仿生学的研究结果可知，仿狗机器人的腿部结构应设计为三自由度。经过分析与借鉴，现将仿狗机器人的腿部自由度设置为如图2-11与图2-12所示的两种类型。

图2-11　三自由度腿部结构类型一

图2-12　三自由度腿部结构类型二

考虑到零件加工工艺性、设计周期、加工时间、器件性能、制作成本等因素，本书为仿狗机器人设计的三自由度腿部结构在腿节比例与转动副布置上并未完全按四足动物的真实情况进行一一对应的仿生设计，而是根据机器人实际运动所需特性来设计其腿部的相关结构，并采用模块化的思想来设计具有结构对称性的机器人四肢。

1.小腿组件的设计与组装

小腿组件是机器人与地面直接接触的部件，由于四足机器人一条腿与地面接触时属于点接触，为改善受力状况和运动效果，特地为仿狗机器人的每条腿设计了一个减震轮作为小腿组件最下端的部件，上部通过几块小的构件经拼插后作为小腿主体，顶端与大腿部分的舵机相连，转动副构成腿部的一个自由度。参与小腿组件组装的零部件如图2-13所示（其中小腿关节驱动舵机也根据具体型号进行了三维实体造型设计），而组装后的小腿组件则如图2-14所示。

2.大腿组件的设计与组装

为增大仿狗机器人的承载能力，同时也为了更好地布置相应部件，将大腿组件设计成一个长方体，内部装有相同型号、且输出轴相互垂直的两个舵机，构成仿狗机器人腿部的两个转动自由度。需要说明的是，将舵机集中布置的好处是可以使机器人腿部重量集中并靠近躯干，有利于提升仿狗机器人行走时的稳定性。参与大腿组件组装的零部件如图2-15所示（其中大腿关节驱动舵机也根据具体型号进行了三维实体造型设计），而组装后的大腿组件则如图2-16所示。

图2-13　小腿组件的零部件

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图2-14　组装好的小腿组件

图2-15　大腿组件的零部件

3.髋关节组件的设计与组装

髋关节组件（见图2-17）的上部与固定于机器人身体部分的舵机相连，完成腿部前后摆的动作；下端与大腿关节相连，完成腿部内外摆的动作。

图2-16　仿狗机器人大腿组件

图2-17　仿狗机器人髋关节组件

将上述三个组件通过转动副、舵机舵盘连接和装配起来，最后得到单腿装配结果如图2-18所示。

图2-18　仿狗机器人不同视角下的单腿装配效果