设计一种手足复用四足机器人机构，对结构进行正、逆运动学求解，基于虚拟机仿真，通过对四足机器人各种姿态得仿真，验证结构的可行性，确定各个部件的具体参数；由仿真得到各关节的运动曲线和扭矩曲线，可以确定电机选型。最后，通过实物对上述研究进行验证。

2004年，Hornby等人利用进化算法在Sony的两个小型四足机器人——110和OPEN-R上实现了直线行走的步幅步态和小跑步态。两人腿部均有三个自由度，臀部两个自由度，膝盖[4]一个自由度。2011年，Wang等人在一个简单的四足机器人中实现了约束步态，该机器人有四条被动腿和连接身体前后的脊柱[5]。每个髋关节只配备一个驱动器。与四足机器人相比，上述研究中使用的四足机器人模型在腿部结构和自由度上都进行了简化。由于这个原因，这种基于模型的控制算法对复杂道路的限制很少。2008年，Ma等人通过数值计算[6]证明了四足机器人能够在不动点的初始条件下实现束缚步态。然而，这一结论还没有在仿真平台上得到实现。

传统机器人大多数是采用轮式和履带式，具有结构简单、运行速度快、易于控制和稳定能力强等优点。相比较下，足式机器人具有较好的适应性和灵活性。且四足机器人具有较好的综合性能，与双足机器人相比其稳定性和负载能力更好，与六足和八足机器人相比其移动速度更快、控制更简单。

技术路线：一、机械结构设计

（1）机架：机器人机架考虑到不仅要确保了强度和刚度，还要降低了部件的质量和惯性，拟采用3D打印机制作出来，材料为PLA。考虑四足机器人的对称性，机架形状为圆形，为降低部件质量，机架中间掏空。机架与大腿采用连接件连接，因此机架要留有连接件固定螺纹孔。

（2）行走机构：行走机构一共包括胯关节、大腿和小腿。胯关节直接有两个连接件连接构成，为节约材料和减小质量，小腿和大腿将中间掏空。胯关节、大腿和小腿通过连接与各个舵机相连形成整条腿。

（3）足端机构：首先，为增强机器人的稳定性和减小对电机的损伤，在足端与小腿连接之间添加一个弹簧，减小来自地面的冲击力，构成减震机构。然后，在四个足端的相对两边各增加一个电机来驱动支架，通过支架机器人可以实现双足站立。

（4）关节连接件：连接件起到把两个部件连接或者部件与电机连接的作用。采用三维建模后，用3D打印机打印出来，材料为PLA。一些重要的连接件为了保证强度和刚度，用钢板切割制造出来，加强结构的稳定性。

二、虚拟机仿真

（1）MATLAB计算：根据各部件的参数，构造机构简图，再根据D-H参数法建立机器人运动学模型，在MATLAB中求解四足机器人各个关节的随时间运动的运动函数和足端工作空间。

（2）ADAMS仿真：首先，将三维图导入ADAMS中，修改各项参数，再添加运动副和驱动，添加重力，运行ADAMS验证是否可行，记录数据。如流程图1（左半边）。

拟解决的问题：（1）因为要完成站立和抓放物块姿态，对机器人身体、大腿、小腿之间的比例有较严格的要求，因此可能先通过简图的仿真来确定具体参数。

（2）由于四足对称机器人结构特点，对其足端轨迹规划可能要在三维空间研究。

（3）在ADAMS仿真中，减震机构的弹簧参数需要比较得出较优弹簧，足端与地面接触力的参数设置。

预期成果： 

1、完成开题报告一份；

2、完成手足复用四足机器人机械结构设计图纸一套（包括二维零件图和三维装配图）;

3、完成手足复用四足机器人Adams运动学仿真和分析；

4、完成手足复用四足机器人控制系统设计；

1.机械结构设计

 （1）机架

 （2）行走机构

 （3）足端机构

 （4）关节连接件

2.虚拟机仿真

 （1）MATLAB计算

 （2）ADAMS仿真

 （3）ADAMS与MATLAB联合仿真

3.实验验证

 （1）控制系统硬件设计

 （2）程序设计

 （3）实物搭建

 （4）验证姿态