轮腿式车轮设计与仿真毕业设计(4)

(2)轮腿式移动机器人的组成：

A 轮腿式移动机器人的 驱动装置，B轮腿式移动机器人的导向装置，C 轮腿式移动机器人的换向装置 D，轮腿式移动机器人的制动装置。

轮腿式移动机器人的驱动装置是一种复合移动系统，结合轮式和腿两种移

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轮腿式车轮设计与仿真分析

动方式的特点，世界各国均投入了大量研究。课题对机器人腿式和轮式移动原理进行了解和掌握，在此基础上对两种移动方式进行综合，设计出一种适合野外非结构环境下的移动机器人驱动装置，在机构上有所创新，机器人能够在复杂路面上行走、具有较强的越障能力。在机械CAD环境下设计驱动装置的总体方案和结构，各种机电元件进行选型设计，并对机器人越障行为进行分析与研究。

1.4本章小结

本课题研究的主要难点是整体结构尺寸优化过程中，对于空间体积求解存在误差，无法得到最优方案。机体的设计首先要考虑两个因素：一是避免腿部之间发生碰撞，扩大腿部的活动范围；二是增加机体的稳定性。轮腿式移动机器人的驱动装置是一种复合移动系统，结合轮式和腿两种移动方式的特点，世界各国均投入了大量研究。课题对机器人腿式和轮式移动原理进行了解和掌握，在此基础上对两种移动方式进行综合，设计出一种适合野外非结构环境下的移动机器人驱动装置，在机构上有所创新，机器人能够在复杂路面上行走、具有较强的越障能力。

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第2章 虚拟样机技术

2.1虚拟样机技术的发展

2.1.1发展背景

从传统的设计过程来看，一个新产品的设计需经方案论证、概念设计（加之经验设计）之后进行产品的细节设计，为了验证设计的正确性以及功能实现与否，往往需要制造物理样机进行性能测试。如果测试结果满意则投入生产，反之，则将对设计内容进行修改，再次制造物理样机测试，直至测试结果满意为止。在大多数情况下，样机的试制并不是一两次就能达到设计要求的，往往需要经过多次反复。因此，传统的设计方法存在很多弊端。

（1）物理样机的生产制造需要大量的时间和费用，所以设计成本高、周期长。

（2）在某些情况下，物理样机的试验是破坏性的，甚至非常危险，比如飞行员的安全性试验和汽车的碰撞试验等。

（3）传统的设计过程大都采用传统的计算方法，计算速度慢、精度低，难以进行多种方案的分析对比。

虚拟样机技术是一门综合多学科的技术，它的核心部分是多体系统运动学与动力学建模理论及其技术实现。CAD/FEA技术的发展为虚拟样机技术的应用提供了技术环境和技术支撑。虚拟样机技术改变了传统的设计思想，将分散的零部件设计和分析技术集成于一体，提供了一个全新的研发机械产品的设计方法。虚拟样机技术设计流程见图2。

图2-1 虚拟样机技术设计流程

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从图中可以看到，虚拟样机代替物理样机完成了整个设计流程中样机的测试。因此，虚拟样机技术具备许多传统设计方法无可比拟的优点。

（1）在相同的时间里可以“试验”多种设计方案。

（2）虚拟样机代替物理样机进行多种危险性或破坏性试验。

（3）避免了物理样机的试制环节，降低了设计费用，缩短了产品开发周期。

（4）缩短了产品开发后期的设计更改。

另外，一些企业为了避免物理样机试制的繁琐以及费用方面的问题而省略样机测试这个环节，或者偷工减料、敷衍了事，这势必会降低产品的性能,甚至满足不了设计的要求。在市场竞争日益激烈的今天，为了达到Time、Quality、Cost、Service和En-vironment的要求，我们必须以最短的时间、最好的质量和最低的价格推出产品。谁早推出产品，谁就会占有市场；谁产品性能可靠、价格合理，谁的产品就会受到用户的亲睐。那么，有没有一种方法既可以减少样机的试制，又可以实现测试流程的需要呢？在这样一种情况下，虚拟样机代替物理样机出现，虚拟样机技术也就应运而生了。

2.1.2虚拟样机技术的发展

虚拟样机从其发展的历程来看，大致分为2个阶段。第1阶段是分析型虚拟样机(Analytical Vir-tual Prototyping)，这类虚拟样机主要依赖键盘、鼠标、显示器等常规计算机输入输出设备，进行分析和仿真。这类虚拟样机给设计者提供如动力学分析曲线、FEA分析数据等非感性信息和3D模型等半感性信息。目前比较成熟的软件是MSC.Software公司的ADAMS和CADSI公司的DADS。但是分析型虚拟样机侧重于零部件的分析，对整体结构的分析能力不足。

虚拟样机发展的第2阶段是沉浸型虚拟样机(Immersive Virtual Prototyping)，这类虚拟样机依赖于计算机硬件技术的发展，利用实时渲染及模拟操纵等人机交互技术，并配备数据手套、头盔等设备，使得设计者能够身临其境地感受到产品的真实存在，在虚拟环境下对产品进行分析和处理。虚拟现实技术的发展为虚拟样机技术提供了这种新的人机交互方式。数据手套、数据头盔等的出现给虚拟样机技术的发展带来了机遇。在虚拟现实的条件下，对虚拟样机技术设计的产品进行测试和评估将是今后虚拟样机技术的主要发展方向，简言之，就是在虚拟现实环境下的虚拟样机技术。

2.1.3虚拟样机分类

虚拟样机按照实现功能的不同可分为结构虚拟样机、功能虚拟样机和结构与功能虚拟样机。

结构虚拟样机主要用来评价产品的外观、形状和装配。新产品设计首先表

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现出来的就是产品的外观形状是否满意，其次，零部件能否按要求顺利安装,能否满足配合要求，这些都是在产品的虚拟样机中得到检验和评价的。

功能虚拟样机主要用于验证产品的工作原理，如机构运动学仿真和动力学仿真。新产品在满足了外观形状的要求以后，就要检验产品整体上是否符合基于物理学的功能原理。这一过程往往要求能实时仿真,但基于物理学功能分析，计算量很大，与实时性要求经常冲突。

结构与功能虚拟样机主要用来综合检查新产品试制或生产过程中潜在的各种问题。这是将结构虚拟样机和功能虚拟样机结合在一起的一种完备型的虚拟样机。它将结构检验目标和功能检验目标有机结合在一起，提供全方位的产品组装测试和检验评价，实现真正意义上的虚拟样机系统。这种完备型虚拟样机是目前虚拟样机领域研究的主要方向。

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