机械原理课程设计报告机器马

机械原理课程设计报告机器马目    录机械原理课程设计一 设计选题………………………………………… 4
二 背景资料与现状分析…………………………… 5
三 功能结构分解…………………………………… 7
四 各部分结构设计及优化………………………… 11
五 机构尺寸的确定………………………………… 18
六 机构运动仿真与分析…………………………… 25
七 机构的可行性分析……………………………… 28
八 运动图示………………………………………… 40 
九 团队介绍和分工安排…………………………… 43
十 心得体会………………………………………… 44
十一 参考文献………………………………………… 51
十二 简要说明………………………………………… 67
机械原理课程设计报告机器马
一、设计选题
本小组设计选题为机械马。首先，我们的作品需要达到的目的有： 
机械原理课程设计 
• 作品要能基本反映马的真实骨架特征，并以同样比例的构件组成，
即要达到外形的模拟。
• 根据马的运动特性，通过设计实现机械马的运动仿真，应能完成
四腿各自运动轨迹及头部运动规律的模拟。
• 根据马的运动特性，通过设计实现机械马的运动仿真，应能达到
身体各部位较好的运动时序的模拟。
• 系统应俱备较高的稳定性和可靠性，即通过运动学、动力学分析
及构件强度校核等，使系统运动合理，各构件满足强度要求。为实现这些目的，需要以下辅助工具：
• 某些计算过程将极为繁琐，故需借助 MATLAB 和 VISUAL C++编写
相应程序进行。
• 用 UG 和 ADAMS 等图形处理和仿真模拟软件对所设计的机构进行分
析、优化及最终的运动学仿真。4 
机械原理课程设计、背景资料与现状分析
现如今，最常使用的交通工具车辆大都是机电整合的先进产物。
其主要是利用了机械能带动轮子和车体前进。但是，当车辆行驶的过
程中，一但遇到了有障碍物的情况时，除经过特别改装设计的车辆之
外，大都是难以通过的。然而，反观大多数偶蹄类动物，抑或是人类
本身，通常都可以轻易的跨越过路面上出现的很多障碍。这主要得益
于其腿部特殊的结构，使之可以以腿部的局部运动，来实现整个身体
都向前平稳运动的最终目的。受到这方面的启发，很多设计独特，功
能强大的机构开始出现，人们将其中满足一定条件而又俱备某些相似
点的机构称为步形机器。
所谓步行机器（Walking machine）可以这样定义：具有两条或
者两条以上的腿部机构，以跨步前进的方式来达到向前运动的目的的
一种机器。此外，在一些特殊的用途上，比如说在对外星球表面、极
深海底勘探、火山口地质采样或者是高山区的搬运动作等对于人类来
说比较艰巨和危险的任务方面，而且由于步行机器具备适应崎岖地形
的能力，所以它本身就有着非常大的发展潜力和优越性，应用前景极
为广阔。因此，人们对这类机器的研究越来越多，其重要性与日俱增，
而且机构越来越复杂，功能也愈发完善和多样化。
针对本次需设计的机械马，通过查阅资料及对比分析，我们对马
的具体运动规律及时序性有了以下一些基本认识。 
机械原理课程设计
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本次设计中需要准确反映的马在实际运动时的主要特征可以简单地写成以下几点： 
1. 对角线换步法. 
2. 前肢和后腿运动时的关节屈曲方向相反.   
3. 马前进时头部需要做出相应的动作与身体配合。 
下面对上述三个特征做一下具体说明：首先，对角线换步法表示
的运动规律就是，若假设马运动中首先跨出的左前腿，则其次依次运
动的腿为右后腿、右前腿和左后腿，也就是说是按照处于对角线位置
上的腿依次运动的规律前进；其次为前后腿的关节屈曲方向，这是几
乎所有具有四肢的高等动物运动时的共同特征，是自然选择的结果，
因为在前后腿关节屈曲方向相反且弯曲方向均向外的条件下可以最
大限度地增加身体的稳定性并改善腿部各关节及骨骼的承力状况；最
后是马头部分，为了更好地模拟马运动时的细节特征，马头部分必须
配合腿部的运动做出相应的周期性的运动，尤其是当其运动速度较快
的时候（实际上当马前进速度很慢时马头部分运动幅度较小，但本次
设计中对其做出合理地放大），具体规律是，当前腿抬起时马头也同
样略微抬起，当前落地时马头随即落下，如此往复。若图片无法显示请联系QQ3710167,本论文免费,转发请注明源于www.lwfree.cn
这是我们通过资料查阅和对马实际运动的观察得到的主要结论，
也是我们本次设计的最主要的指导规律和设计方向。我们期望的最终
作品即为可以反映这三条运动规律并具备运动学、动力学、材料强度
合理性及可实现性的机器马骨架系统。
机械原理课程设计报告机器马
三、功能结构分解
机械原理课程设计
根据前述对机械马功能和结构的分析，我们决定将设计分为三个
主要部分，分别予以考虑。这三个部分分别为马腿、马头以及马的主
传动系统及其组合装配。而因为马前后腿的区别，设计中也对两者也
进行了不同的参数选择以更好地实现对真实运动的模拟。
一、马腿部分
既然是步行机器的设计，那么毫无疑问，腿部结构的设计将是最
为重要同时也是最基本的一环。只有设计出性能优良的腿部结构，才
能保证后面设计的顺利进行。而我们已经知道，腿部运动应该是周期
动作，也就是说其足尖的运动轨迹应该是一个封闭的曲线，下面报告
中称其为足尖运动轨迹。通过观察我们知道，设计中可以将每条腿的
足尖运动轨迹分为两部分各自考虑：一是足尖与地面接触的区间，即
支撑段；二是其在空中运动的区间，即为跨越段。根据行走时的稳定
性要求，支撑段的时间应该至少占据整个周期时间的一半。
足尖运动轨迹曲线的确定是设计中很重要的一环。因为它直接关
系到机械马的性能和适应地形的能力。也就是说，要合成机械马的机
构杆件尺寸，首先要指定出足尖运动轨迹曲线。
我们在网上找了相关图片，如下：
7机械原理课程设计若图片无法显示请联系QQ3710167,本论文免费,转发请注明源于www.lwfree.cn经过我们实际观察，并参考相关文献资料，我们总结出了如下对
马足尖运动轨迹的要求：
1、 轨迹曲线必须是一个封闭的曲线，而且不能够有交叉点。
2、 腿部抬起的高度应在满足与实际相似的条件下越高越好，从而
可以提高跨越能力。
3、 马腿在与地面接触的时间段里，轨迹应尽量保持水平。避免上
下颠簸。
4、 水平宽度应尽可能的宽，可以增加每一步的跨越前进距离。
5、 足尖落地的瞬间，轨迹与地面的夹角不能够小，避免对腿部产
生过大的冲击。
所以，我们可以根据以上的要求和条件来设计马的腿部机构。
 
二、马头部分
经过观察，马头的运动规律是和腿部运动的时间有一定的关联
的。所以，我们不能单单是把马头孤立，而是应该将两个机构部分联
8 
机械原理课程设计
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系起来。我们知道，马腿运动一个周期的时间里，马头抬起一次，落
下一次。而且当马头抬到最高点和下落到最地点的时候，都有一定的
停留时间，这样的话，我们想到用简单的四杆机构是不能实现上述两
处的停留的。所以我们想到了凸轮机构中的远休止和近休止。为我们
之后的设计也奠定了一定的基础。若图片无法显示请联系QQ3710167,本论文免费,转发请注明源于www.lwfree.cn
三、马的整体组合装配
当马的腿部和头部都设计好的时候，我们就可以考虑整体装配的
问题。前面已经提到，马的四条腿运动顺序是这样的：
左前腿 → 右后腿 → 右前方 → 左后方 → 左前方……
（注：上述循环中左右方向是以观察方向面对马头时所得）
为了保证马的四条腿的周期性，我们觉得应该用一个蜗杆统一带动四
腿，以免产生周期误差。这样的话，我们初步设想将四腿的主动件由
蜗杆带动。如下简图：
9机械原理课程设计
之前已经述及马头和腿的运动有关联，所以马头部分的凸轮机构
应该由马前腿的主动件带动或者作为该运动传动链的原动件，争取实
现关联。具体的时间运动对应分析在后面将会有详细介绍。
综上所述，我们大概确定了机械马的设计方向，为了我们课程设
计奠定了坚实的基础。各个功能模块已经分解，在之后的过程中，我
们将分步骤具体设计。 
10机械原理课程设计
四、各部分结构设计及优化
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前面已经提到，我们的主体将分为三个部分进行设计：
1、 马腿的结构设计及优化
2、 马头的结构设计及优化
3、 整体结构协调的结构设计及优化
下面就按上述顺序分别介绍一下每个部分设计的分析过程。
马腿部分的优化过程
在起初，我们想到的马腿结构比较简单，因为马腿的摆动是存在
急回特性的，所以我们马上想到了四杆机构。这样的简单机构只是可
以实现马腿的前后摆动，并实现急回特性。其机构运动简图如下：
机械原理课程设计报告机器马
但是无论是在其运动特性方面还是其足尖所要求的轨迹都是不
能满足的。而且大腿和小腿应该是可以相对弯曲的。所以绝对不可以
一个四杆机构。
所以，我们放弃了启用四杆机构的方案，开始考虑用六杆机构是
否可以达到我们对马腿预期的效果。
和四杆机构相比，六杆机构的优点在于将大腿和小腿分开，用两
根连杆表示。如下图：
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在图中，我们将最上方右侧的杆件长度减少，从而其形成了曲柄。
与中间紫色杆件和左侧兰色杆件构成曲柄摇杆机构。但是，足尖的运
动轨迹和我们要求的还是相差很远的。此时，我们想到了之前提到的
一篇论文中的马腿的八连杆机构，所以，我们决定放弃六杆机构，为
了得到预期的足尖运动轨迹，考虑八连杆机构。
12 
机械原理课程设计
为了外形方面与实物更为相似，我们将表示大腿部分的杆件更换
为三角形实体。而在右侧添加了一个三角形实体，所以，右侧的两个
固结在基架上的杆件和三角形实体与基架本身构成了四杆机构，可以
满足我们需要的急回特性，而这个急回特性通过中间部分的杆件传递
给了最左边表示大腿部分和小腿部分的两个杆件上。通过利用 ADAMS
做的动态模拟进行观察，大概得到了要求的轨迹。为了得到更精确的
轨迹，我们之后要对各个杆件的尺寸长度进行确定。下面两图分别为前足尖和后足尖的大致运动轨迹。后足尖轨迹                        前足尖轨迹
以下两图为前后两腿的机构运动简图：
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机械原理课程设计
（注：到目前为止，我们已经得到了我们想要马腿的大概结构。但是，
马的腿有前后之分，通过观察，我们发现马的前足尖和后足尖的运动
轨迹并不是完全一致的。前腿向前跨的时候，抬起的高度在整个周期
最高点是比较高的，相比较而言，后腿的足尖轨迹虽然也要求要有一
定的高度，但是比较平坦。）至此，马腿的结构已经确定，通过 ADAMS 画出其最终模型的仿真
图及足尖运动轨迹如下：
最终模型：
后腿
前腿若图片无法显示请联系QQ3710167,本论文免费,转发请注明源于www.lwfree.cn
运动轨迹二、马头的设计及优化过程在之前已经提到过，由于马头的运动特性，我们想到了可能可以
用凸轮机构实现。 
机械原理课程设计 
从本学期前面所学到的知识分析可以知道，凸轮机构让杆件的运
动产生了远端休止和近端休止。当我们设定了相应的远休止角和近休
止角，可以利用所学的知识得到我们需要的凸轮轮廓曲线。具体的计
算过程将在之后的部分给出。由于马头在一个运动周期里面是抬起一
次然后下落一次；所以，我们不妨先假定远休止角φ1 =80°\u65292X而近休
止角φ2=50°\u12290X马头部分的构件如图：若图片无法显示请联系QQ3710167,本论文免费,转发请注明源于www.lwfree.cn
三、主轴、传动系统设计及各部分组装配合
为了实现马四条腿运动的周期性，各腿主动件的运动规律应该是
一样的，以避免由于周期时间长短不一而造成不存在的相位差。所以，
我们想到应该用一个蜗杆带动四条腿的主动件，而四对蜗杆涡轮传动
副的传动比应该是一样的，从而保证所需要的精度。
机械原理课程设计
根据腿部机构运动的最大特点—对角线换步法，最容易想到的机
构莫过于可以实现间歇运动的机构：齿轮和凸轮。而在最初设计的时
候，我们首先想到的方案也的确如此。组里第一次讨论时大家几乎一
致认为可以用不完全齿轮成功实现我们的设计要求，当时确定的方案
可概括如下：用四个不完全齿轮来实现马的四条腿的运动时间间隔，
即腿部的从动齿轮为不完全齿轮，而每个不完全齿轮均为 1/4 齿轮，
以此来保证整个腿部运动的连续性。这个方案的缺点是一但不完全齿
轮在啮合的时候被主动轮带动离开初始位置，再也没有动力使其返回
原来的位置等待下一个周期的啮合，即每个马腿只能主动运动一个周
期，这显然与本次设计的要求相差太远。经过讨论之后，为解决刚刚
提到的问题，我们又想到了令主动齿轮为四分之一齿轮，这样就可以
使得运动周期地进行下去。但是，同样的，这个方案仍然存在致命的
缺陷，那就是每条腿在运动的四分之一个周期之外是完全静止的，而
实际马腿相对于身体是一直运动的，也就是说这个方案与实际情况并
不完全相符。而随后又考虑到的凸轮同样遇到了这个问题。从另一个
方面说，用齿轮和凸轮来实现马部机构就可以被完全否定了，因为如
果用不完全齿轮或者凸轮来传动，其运动必定是间歇性的，即必定是
不满足条件的，这是由它们的原理决定的，解决这种问题显然比较困
难。所以，由于这个问题的出现，我们决定放弃通过使用全齿轮-不
完全齿轮或凸轮传动，而决定从腿部机构的设计入手，利用杆组的急
回特性成功地解决了这一问题。也就是说，在具体设计腿部结构的时
候，这一部分是为我们最后确定的机构的成型起到了很重要的指导作
用。这样以来，腿部间歇运动的实现就不再依靠传动了，而是由机构
的固有特性——急回特性确定。也就是说，传动方面其实就可以不必
再考虑运动间歇性的问题，这就使总体结构框架的设计趋于简单明
朗。
机械原理课程设计报告机器马

经过上面的分析和腿部机构的最终确定，我们最后决定使用最为
 
方便的涡轮蜗杆传动，即让各个腿部结构的主动件固结在四个全齿轮
 
上，然后利用涡轮蜗杆副实现转动的垂直方向传动。
 
选择涡轮蜗杆传动的另一个重要原因是涡轮蜗杆副可以实现自
 
锁的功能。因为涡轮蜗杆的传动比非常大，所以主轴的小角度转动对
 
于腿部运动产生的影响就很小。也就是说，当马在需要静止的时候，
 
不会有蜗轮带动蜗杆的运动使得马出现不希望的移动而不能够自行
 
站立。
 
至此，主轴及整体结构传动部分设计及优化也完成了，接下来将
 
介绍一下各部分具体参数的计算和调试过程。 

 
 
 
五、机构尺寸确定

机械原理课程设计

 
 
 
 
 
一、 马头部分凸轮理论轮廓线的设计和计算
 
 
 
因为马头在抬起和低下的时候在最值位置（马头抬起最高点和落
 
下最低点）都要适当的停留一段时间。我们设定的相应的远休止角和
 
近休止角为φ1           =80°\u20197X及φ2                   =50°\u12290X我们通过观看ADAMS软件的模拟
 
分析，可以大概确定在两段圆弧之间的转动时间内，马头的摆杆运动
 
是符合正弦规律的。
 
根据课程中所学知识，在求摆动平底从动件盘型凸轮的轮廓曲线
 
时，可以遵循下列公式：
 
x a sin ϕ − −(l b)sin(ϕ ψ ψ+      )

0
ϕ ψ ψ

y a
− −
cosϕ   (l b) cos(
0
+
)

 
其中，a和ψ0是已知的。另外，
 
 
ψ ψ )
a cos(

 
 
 
+

 
 
 
ψ
a cos(

 
 
 
 
0

 
 
 
+

 
 
5
18

 
 
 
ϕ

 
 
 
)

b a cosψ
0
−
1+
0
dψ
dϕ
= a cosψ
0
−
23
18

l a=  sinψ0
 
又根据圆周 360°\u65292X除去其中的远休止角和近休止角，我们可以知道，
 
当摆杆从最低点运动到最高点，凸轮转过了 115°\u12290X而在这个过程中，

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18



 
 
 
 
摆杆的正弦规律运动进行了 1/4 个周期，也就是凸轮转过了φ=π/2。           
 
根据以上分析可以得到下面的关系：

机械原理课程设计

 
 
ϕ ψ+ =

ϕ

5
0 →ψ =      ϕ →

dψ

5

115
0×90
18
d
ϕ=18

 
将上述各个量代入方程得：

23

ϕ ψ

x a
− −
sin ϕ  (l b) sin(
18
+
0
)

y a
− −
cosϕ   (l b) cos(
23
18
ϕ ψ

0
)

而其他尺寸可以在 ADAMS 软件上量取，得：
 
a=337.25mm   Ψ0=52.25°
 
至此，所需的数据已经全部得到。所以，取φ从 25°\u24320X始，到
 
140°\u32467X束；每搁 5°\u35745X算一次。再从 220°\u24320X始，到 335°\u32467X束；也
 
是每搁 5°\u35745X算一次。因为从-25°\u21040X 25°\u30340X凸轮轮廓和从 140°\u21040X
 
220°\u30340X凸轮轮廓是圆弧；所以，并不是计算确定的重点。
 
于是，首先要根据之前求得的公式计算 b 的值：

 
 
 
 
凸轮转角φ
 
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70

 
 
 
b 值
 
71.49
77.07
82.73
88.47
94.27
100.14
106.08
112.08
118.12
124.23

 
 
 
凸轮转角φ
 
220
225
230
235
240
245
250
255
260
265

 
 
 
b 值
 
13.7843
351.5606
448.477
143.6459
-56.893
179.768
460.7561
319.6126
-9.35509
19.96109
 
19



 
 
 
 
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140

 
 
 
 
130.39
136.6
142.83
149.11
155.42
161.76
168.13
174.53
180.93
187.36
193.8
200.25
206.7
213.15

 
 
 
 
270
275
280
285
290
295
300
305
310
315
320
325
330
335

机械原理课程设计
 
 
358.8943
444.7932
135.0599
-56.1279
188.6141
462.9981
311.5286
-14.345
26.34879
366.0557
440.8399
126.5547
-55.0658
197.4803

 
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再计算各点的坐标值，如下： 25

30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
71.49
77.07
82.73
88.47
94.27
100.14
106.08
112.08
118.12
124.23
130.39
136.6
142.83
150.3739
-383.753
-305.077
372.1337
382.4685
-244.88
-355.061
50.49523
225.9926
143.6358
-29.3857
-273.625
-179.133
492.184
216.3163
-136.576
-55.2693
345.9582
491.162
168.0797
-167.539
-44.5944
348.6996
434.848
74.74706
-232.61720

 
 
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90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
 
 
 
凸轮转角φ
220
225
230
235
240
245
250
255
260
265
270
275
280
285
290
295
300
305
310

 
 
 
 
149.11
155.42
161.76
168.13
174.53
180.93
187.36
193.8
200.25
206.7
213.15 292.96
 
 
 
b 值
13.7843
351.5606
448.477
143.6459
-56.893
179.768
460.7561
319.6126
-9.35509
19.96109
358.8943
444.7932
135.0599
-56.1279
188.6141
462.9981
311.5286
-14.345
26.34879若图片无法显示请联系QQ3710167,本论文免费,转发请注明源于www.lwfree.cn

 
 
 
 
299.4241
338.9264
-217.127
-402.891
59.08524
352.1546
117.6019
-202.206
-250.576
-1.61015
 
 
 
 
 
X
-57.4556
-276.153
-110.642
119.4458
92.40404
-81.9573
-165.447
-123.813
-26.6628
63.52013
31.62355
-157.372
-262.265
-57.9375
203.4193
80.43515
-297.256
-323.817
100.7013

机械原理课程设计
 
 
-64.7208
319.5858
351.2602
-33.3077
-300.824
-84.804
289.6434
271.8662
-125.226
-343.478
-79.0162
 
 
 
Y
98.57498
200.0204
-111.972
-371.063
-121.267
281.6046
188.3318
-266.431
-346.813
85.97086
346.8097
47.16647
-304.287
-163.557
209.8472
250.7499
-27.8779
-171.793
-25.2855

 
 
 
 
315
320
325
330
335

 
 
 
 
366.0557
440.8399
126.5547
-55.0658
197.4803

 
 
 
 
321.237
-35.5445
-408.786
-188.595
283.6241

机械原理课程设计
 
 
154.328
168.8241
65.98766
-46.5379
-72.8349

 
（注：以上得出坐标都是以凸轮的转动中心为坐标原点的。）
 
 
 
 
二、马腿及身体各构件尺寸的确定
 
 
 
 
因为是八杆机构，精确计算比较困难，所以本次设计中腿部
 
各构件的长度主要通过试值法确定。具体的设计过程上一部分已经较
 
为明确地介绍了，下面主要讲一下杆长、倾角等参数的优化过程。最
 
终确定的机构简图如右图所示，其中：
马腿杆件及运动轨迹图
 
①马腿原动件（输入）
 
②小三角板
①输入
③摆杆
 
④大三角板——大腿
 
⑤大腿带动杆
 
⑥小腿带动杆
 
⑦小腿（输出） 
⑦输出

机械原理课程设计报告机器马①、②、③为输入杆带动的曲柄摇杆机构，经过设计，急回特性系数
为 2，而对于马腿的优化则是对于其它杆件的调整，其主要原则如下：
 马腿与地面接触段尽量平滑
 落地时间充分——底部曲线足够长
 马腿落地动作迅速，即从抬起段到落地段过渡要干脆
 抬起动作有足够高度，便于跨越障碍
 在改动后输出杆的急回特性的改变尽可能小
 
具体的调整步骤如下：
 
• 先适当调整小三角板②的直角边，使其与输入杆件①的长度大致
向等。这样调整的好处是，在杆件从推程到回程或回程到推程之
间过渡时，由于两杆长度几乎相等，对其它杆做小幅度改动，输
出杆⑦不会再左右摆动，而只作近似的垂直运动。这样一来在改
动其它杆件时，就可以基本保证急回特性不变，为后续调整工作
带来了方便。
• 改变大小腿带动杆⑤、⑥ ，通过同时改变大小腿带动杆的长度，
可以控制马腿运动轨迹曲线的左右平移，最终使运动轨迹大致落
在机构的正下方。
（注：改变后，轨迹会有所变化，比如说，加长⑤、⑥，前部曲
线会太高，所以要适当增加大小腿杆长以作补偿） 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
23 
机械原理课程设计
 
 
• 改变大腿三角板④三条边的长度比，控制抬起段与落地段的高度
差。
 
 
 
抬起高度 
 
 
落地段 抬起段 
• 适当调整摆杆③，与大小腿④、⑦之间的比例，可以改变后退的
抬起高度。
• 整体改动③、④、⑦的长度可以逐步调整抬起段到落地段的过渡，
使其尽量干脆，太大圆弧会使落地动作过于缓慢而显得冗余。
 
后腿设计的步骤可如法炮制，但它在功能上与前腿有区别，不同
点在于：
 抬起高度变低
 抬起段与落地段高度差变小
功能上的这些区别也决定了其在结构上与前腿有一定不同。最终
确定的前后腿图示可以参见上一部分的模型图。  若图片无法显示请联系QQ3710167,本论文免费,转发请注明源于www.lwfree.cn
机械原理课程设计
六、机构的运动仿真与分析
一、运动仿真截图：
 
Adams 建模完成后的八连杆机械马
（注：着地的四杆分别为右前腿 part_7,左前腿 part_10,左后腿 part_42,右后腿 part_43）
二、运动学分析与检验：
马右前腿角速度曲线   
马左前腿角速度曲线
马左后腿角速度曲线 
机械原理课程设计
马右后腿角速度曲线 
机械原理课程设计 
从上面四个图示可以得到四腿的运动角速度及相应时序关系
为下图所示：若图片无法显示请联系QQ3710167,本论文免费,转发请注明源于www.lwfree.cn
      四条腿的角速度对比图
分析：通过这个对比图可以看出，这个机械马的行走基本符合“交叉步伐”。因为角速度的最大点和最小点基本可以认为是马对应腿的
顶端点达到同一个相对位置。故我们认为只要比较角速度最大值（或
最小值）的相对位置就可以判断马四腿的时序性。
机械原理课程设计报告机器马七、机构可行性分析与参数选择
 
在运动学分析已经结束且证明各几何参数满足既定条件的情况
下，机械结构的可行性分析即转化为机构的稳定性分析和材料力学性
能的分析。下面就从这两个方面来分析一样机构的可实现性及包括加
工材料和电机功率等选择（后期制作时需要）。
 
一、 稳定性与构件安全性分析
在本设计中，稳定性分析可简单地看作是重心位置的分析，只要
满足重心位置时刻位于四只脚（运动中为三只）在地面上形成的四边
形（三角形）内，机构即为稳定的。故只需计算出机构重心位置并结
合步长等运动中的长度特征分析即可得到机构的稳定性。
因为设计中构件数目众多，尺寸各不相同，所以计算重心位置是
比较繁琐的。本次设计的重心计算采用 Visual C++编写程序来实现，
且计算中将各构件恰当地分组并应用 C++中结构体的概念，较大地减
轻了计算量和计算过程。具体的编程思想是：将各个构件按形状或位
置分为四类，分别为三角形构件、矩形构件、圆柱形构件和主轴及头
颈部构件。其中，后腿部分的上段部分可看作由一个三角形构件和一
个矩形构件组成。这样分类还有一个优点，那就是将多个构件的各部
分密度及几何参数集中表示，大大减小了在进行材料参数的选择、修 
机械原理课程设计
改和系统的优化计算工作时的计算量，也就提高了效率，降低了出错
的可能性。
下面为计算过程的具体 C++程序：
#include#include#includeusing namespace std;
struct triangle            /*定义结构体，同时规定以下计算时均取一侧进行计算，例如取左侧，并把后腿看作一个长方形和三角形构件的和，故有四个三角形构件（实际为八个）*/{  double fix[3];           //三角形三个顶点的横坐标//  double thk;              //构件的厚度  double den;              //构件密度  double len[3];              double mass;  double px;               //重心横坐标}tri[4]={{{0.10,0.40,0.40},0.04,7200,{0.3187,0.1659,0.2757}},{{0.75,1.00,1.00},0.04,7200,{0.5905,0.4432,0.9若图片无法显示请联系QQ3710167,本论文免费,转发请注明源于www.lwfree.cnstruct circle      //取一侧，中间与主轴相连的齿轮取左侧一半，方便后续计算{  double fix;               //构件的圆心横坐标  double thk;  double den;  double mass;  double px; 若图片无法显示请联系QQ3710167,本论文免费,转发请注明源于www.lwfree.cn
机械原理课程设计 }cir[6]={{0.225,0.08,7200,0.075},{-0.275,0.08,7200,0.075},{0.225,0.01,7200,0.175},{-0.275,0.01,7200,0.175},{0.225,0.7,7200,0.02},{-0.275,0.7,7200,0.02}};
struct rectangle{  double fix[2];            //杆件两端点横坐标  double thk;  double den;  double len;  double wid;  double mass;  double px;}rec[9]={{{0.4,0.75},0.02,7200,0.415,0.05},{{0.525,0.3},0.02,7200,0.49,0.05},{{0.3,1},0.04,7200,0.83,0.075},{{1,1},0.04,7200,1.06,0.1},{{-0.7,-1.05},0.02,7200,若图片无法显示请联系QQ3710167,本论文免费,转发请注明源于www.lwfree.cn0.15}};
int main()                  {  int i,j;  double density_a,density_b; cout<<" 请 输 入 腿 部 和 躯 干 构 件 的 材 料 密 度 density_a ："<>density_a;  cout<<" 请 输 入 颈 部 及 头 部 构 件 的 材 料 密 度 density_b:"<>density_b;

 

机械原理课程设计报告机器马
/以下为三角形构件参数的计算 double mtri=0,ptri=0;  double s; 
机械原理课程设计 
//若给定参数为三个顶点坐标，则首先用下述公式计算各边长/*for(i=0;i<=2;i++)        {tri[i].len[0]=sqrt(pow((tri[i].fix[0][0]-tri[i].fix[1][0]),2)+pow((tri[i].fix[0][1]-tri[i].fix[1][1]),2));
tri[i].len[1]=sqrt(pow((tri[i].fix[1][0]-tri[i].fix[2][0]),2)+pow((tri[i].fix[1][1]-tri[i].fix[2][1]),2));
tri[i].len[2]=sqrt(pow((tri[i].fix[2][0]-tri[i].fix[0][0]),2)+pow((tri[i].fix[2][1]-tri[i].fix[0][1]),2));}*/  //因为 ADAMS 可以方便地量出三角形边长，所以可直接用下式计算for(i=0;i<=3;i++)        {      tri[i].den= density_a;  //选择材料密度，机构优化时参数修改及材料选择使用s=(tri[i].len[0]+tri[i].len[1]+tri[i].len[2])/2;               //海伦公式求三角形体积tri[i].mass=sqrt(s*(s-tri[i].len[0])*(s-tri[i].len[1])*(s-tri[i].len[2]))*tri[i].thk*tri[i].den;tri[i].px=(tri[i].fix[0]+tri[i].fix[1]+tri[i].fix[2])/3;          //求三角形重心横坐标  }   cout<  }  
机械原理课程设计   cout<<"各三角形杆件的质量为："<