机械原理课程设计报告机器马 第2页

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。
 

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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QQ3249114,本论文免费,转发请注明源于www.751com.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。

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