八足机器人的足部结构特性分析(5)
2.3.3 大腿伸缩结构设计
机器人腿部长度调节主要发生在大腿上，考虑以内外套筒形式组成大腿部，以螺母螺杆传动的方式实现内外套筒的相对运动，从而达到调节腿部伸出长度的要求。螺旋传动是通过螺杆和螺母的旋合传递运动和动力。它主要是将旋转运动变为直线运动，以较小的转矩得到很大的推力，或者用以调整零件的相对位置。当旋转不自锁时，也可以将直线运动变成旋转运动。
根据螺纹副摩擦性质的不同，可分为滑动螺旋传动，滚动螺旋传动和静压螺旋传动。根据其工作性质的不同，可分为以传递动力为主的传力螺旋（如螺旋压力机、千斤顶螺旋），以传递运动为主，并要求有较高传动精度的传动螺旋（如金属切削机床的进给螺旋）和调整零件相互位置的调整螺旋[14]。
本机器人的大足部分采用螺杆螺母传递运动，同时承受一定的轴向力。这里采用滑动螺旋传动，该种螺旋传动具有以下特点：
1.摩擦阻力大，传动效率低(通常为30%~60%)
2.结构简单，加工方便
3.易于自锁
4.运转平稳，但低速和微调是可能出现爬行
5.螺纹有侧向间隙，反向时有空行程，定位精度和轴向刚度较差（采用消隙机构可提高定位精度）
6.磨损快
机身初步设计的长度约为2米，考虑整体的协调性，初步设计机器人的大腿伸长后最长为400mm，大腿最短为300mm，即大腿的伸缩距离约为100mm。以此为依据，初步设计了大腿的内外套筒，其结构尺寸如下图2-5和图2-6所示。
图2-5 外套筒三视图
图2-6 内套筒的三视图
初步设计之后，还要对内外套筒的结构尺寸进行必要的强度校核。已知机器人行走时，一组腿支撑机身，考虑一种极限情况，同一时刻机器人只有三只足支撑机身，腿部伸至最长，此时腿部受力是最大的，内外套筒主要受弯矩作用，如图2-7所示：
图2-7 机器人大腿受力示意图
内外套筒选材为普通碳钢，
根据公式 ，其中M为纯弯曲梁横截面的内力弯矩，I为惯性矩。
令 ，其中W为横截面对中性轴Z的弯曲截面系数，得：
对于圆环形截面经推理得：
D是外径，a为内外径之比， ,则： ，
所以结构尺寸符合强度要求。
机器人大腿部分伸长时依靠螺杆螺母传动，螺母与内套筒固结，螺杆由大腿外部的电机通过齿轮组驱动，大腿部分的三文模型如图2-8所示。
图2-8 机器人大腿的三文模型
驱动螺杆的齿轮组受载不大，大小齿轮参数如下：
， ， ， ,
机器人小腿与大腿之间以小腿关节连接，关节允许小腿的摆动角度为30°。
2.3.4 关节转动设计
要求：小足要能以垂直面为界向内或向外摆动15°，转动中心为小足关节中心。
初步决定小足关节以齿轮方式啮合，由安装在小足里的电机驱动。小足电机将运动传递给锥齿轮组，从而将运动传递给一组行星轮系，最后带动小足摆动。如图2-9所示：
图2-9 小腿关节
为防止小足转动角度过大，又兼顾关节处的强度问题，决定在上下关节处加上限位装置。初步决定以摆杆配合滑块的形式。如图2-10所示：
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