机械原理课程设计报告机器马 第10页

十、心得体会

机械原理课程设计

 

整整六个星期，多少个几乎不眠的夜晚，一厚叠的草稿，好多的方案被不忍

地舍弃，在这个总结和这份报告写完之后将全部结束。六个星期之中，我们组从

刚开始的“迷茫”到最后几乎每个人都能独立从头至尾做完全部设计和模拟，大

家都吃了很多苦，也真的有好多收获,相信组里每个人都深有体会。就我个人来

说，首先一点收获，那就是对机械原理课上学到的知识都有了更系统的理解，并

且能够较为熟练地应用到实际设计中去，这或许就是这次设计课程所希望我们能

达到的目标吧。其实，不仅仅深入理解了机械原理方面的内容，对很多知识也能

达到应用的层次了，不管是以前学过的抑或是全新的：仿真过程和各数值的取得

时使用 ADAMS；做计算编写程序时候的 VC++；动力学、运动学分析时候应用到理

论力学知识；材料选择与强度校核时的材料力学；电机启动方法选择时用到的电

工电子学……这就是课程设计的精妙之处，你必须熟练地掌握各种相关知识才能

有更广阔的思路，才能做出更优秀的设计，才能最终做出合格的产品。

当然，上面说的只是知识方面的掌握，其实，此次课程设计之后我最大的感

触就是，好的伙伴对于一个人是多么重要，而且我相信组里其它的人一定也是同

样的感受。很幸运能和这三位优秀的同学同组，大家都特别努力，也特别配合，

因为每个人都希望能够做出最优秀的作品，不仅仅是为了最后的成绩，更重要的，

这将是对我们的学习能力和知识掌握水平的一个考验，我们要证明自己可以把书

本上学到的知识成功地应用到实际设计中去。整个过程我们都合作地非常愉快，

尽管经常会有特别激烈的争论，甚至每个人都会争地面红耳赤，哪怕是对设计中

极为细微的一个环节。正是因为这样，我们的设计才得以按时完成。因为只有每

个人都有了不同的意见才能发现问题，解决问题，才能使我们的设计更合理更出

色。而且这也充分说明大家是真的用心去考虑了，只有这样才使课程设计发挥它

应有的作用，我们也才能有更大收获。

下面简单说一下我在完成这次设计之后的一些收获。首先，在进行一个项目

之前必须要查阅大量的资料，否则项目不可能顺利展开的。这次我们就在这里浪

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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机械原理课程设计

 

 

费了好多时间。选题完毕后，我们立刻就开始马腿部结构的设计，结果最后发现

初始设计出的齿轮及凸轮的结构都与实际马腿的运动规律不符，因为最后才发现

其实马腿的间歇运动是不同于运动-静止循环的。也就是说，前面一周多的努力

基本上属于无用功。这个从我交给老师的进度报告中您应该也可以看得出，那就

是我们前两周的设计方案到最后几乎全部更改。其次，在设计过程中，可以从最

简单的机构出发，不断派生出新机构。不能刚上来就想得到最终最好的结果。比

如，还是在马腿的设计过程中，我们在否定了不完全齿轮和凸轮这两个结构之后

便转入了杆件的设计中。首先开始分析的是四杆机构，这是最简单的机构，其急

回特性也最容易计算。虽然我们知道四杆机构根本不可能被采用，因为很明显其

结构太简单，与马腿不符，但我们仍然从它开始，并在其基础上根据所学知识慢

慢修改。后来的结果证明了我们从四杆机构出发是正确的，因为即使是我们最终

的八杆机构，其设计蹄尖运动轨迹时所需要的急回特性的计算也是用最初的四杆

机构急回特性来近似的。第三，就是上面提到的，设计中近似处理方面的合理应

用。在工程应用中，其实有些时候是不必采用过于精确的计算数据的，只要能满

足使用要求，达到预期目标即可。过于精确的数据计算反而会减少在机构设计这

样的主要部分投入的精力，可能会得不偿失。而且，有时候定性分析得到的结果

未必就会很差。像本次设计中电机功率的选择和材料强度校核这两个部分。显然，

如果要严格计算这两个参数的话那将是极为庞大的工作量，耗时耗力。如果像前

面在报告中提到的，根据设计的特点，避免过多的计算，转为定性地考虑这些问

题也是不错的方法。

上面说到的只是自己一些概括性的想法，更多的感受其实是在具体的设计过

程中所体会到的，有些只是一些细节的东西。而设计过程我在报告中已经说地比

较详细，这里就不再赘述了。

最后，感谢郭老师本学期带给我的新知识和不断的进步，也非常高兴自己能

从这次课程设计中收获如此之多。相信这一切都将会是我今后学习、工作和生活

中宝贵的财富。

 

 

（二）  陈晓明 

 

对于机械马的感触颇多，从对一个软件(ADAMS)的全然无知的直到实体的最

终确立经历了种种挫折与欣喜…… 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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总的来说，我的心得体会是里写了许多对于当时我们做的不够完善，或者没

有实现的一些想法

从一开始我们就遇到了很多问题。比如，每条腿的相位差与速度的关系却很

难建模定量分析，只能大致估计。这就决定了我们组在做腿的时候，建立的是某

一恒定速度状态下的运动规律。另一方面，如果要做一个能够变速跑动的仿真马，

机构也需要根据变速电机提供测速反馈来自我调整马腿之间的相位差，而且对于

动态平衡的建立分析也是一个难点，基于以上两方面，我们最终放弃了机械马变

速跑动的构想，这虽是一个遗憾，但我觉得主要是由于目前所掌握的知识有限，

控制及机械原理的学习只是学了基础，在以后还是有可能实现的。

我们组确定了报告所述的八杆机构之后，我便开始了对于八杆机构的优化，

首先便是去学回 ADAMS 软件的使用。实际制作时，由原动件所带动的曲柄摇杆机

构是可以定量分析的，通过它的确立就可以基本控制马腿的急回特性。而我想要

的则是希望通过对于其余各个杆件的调整来拟合马腿相对与身体的运动轨迹，而

具体表述就是底部弧线尽量平直，且足够长，而落地动作弧线应尽量干脆，不能

慢慢吞吞，转角也不能有太大的曲率半径，应接近锐角。同时，加上其余杆件后，

总的急回特性系数的改变也要尽量小。在经过一系列的调整之后，轨迹曲线大致

满足了要求，不过仍有些不尽如人意的地方，比如抬起动作轨迹过于冗长，且光

滑度不够。

（注：我曾经试图自设马腿轨迹的较优曲线，然后在让杆件沿自己定的轨迹

运动而反求出其它杆件，不过这样的杆件组就不唯一，而且求解方面也遇到的一

定困难，更重要的是，运动速度的确定性，这样很难满足我们最初设立的急回特

性，所以还是不适用这种方式）

一个马腿搞定后，后腿也跟着做出来了，后退与前腿不同的地方在于抬起高

度低，自然抬起动作也较为简洁明快。于是经过了几个凌晨两三点的奋斗，终于

建立了四条腿的模型。其中最大的痛苦就在于参数化的过程中，做错了一步就总

是报错，找不出问题 往往就要重头再做，花去了很大的精力。

接下来就开始想如何能够较好的表达不同腿之间的相位差，第一个想到的便

是改变电机的初始条件，我教其它组这么做是成功了，而我们的马却反而不行，

记得当时最多转角为正负 60 度，之后就是报错了，很是懊恼，在老师提醒后了

解到可能是由于转过一定角度后数学解不为一关系。无奈，有句话叫 坚持痛苦，

也能胜利，我只寻思出个苦办法，那便是把原腿的所有点坐标全算出来，通过原

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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动件旋转一定角度后的参数来重画一条腿。虽只得如此，但经过多次翻工后，最

终出来的结果还是令我挺欣慰的。

在从电机到马腿的传动链建立之后，我还对马体再做了一些改进，在 4 条腿

原动件上固结飞轮使运转更平稳。传动链出了到马腿，还有一条是到马头的，对

于这方面开始尹玉卿提出的是曲柄摆杆机构，主要是考虑到了可实现性。但是后

来邱凯又提出了利用凸轮机构，可以更好的达到仿真的效果，其一，凸轮可以允

许我们构造许多自定义的运动规律，再者，它的远休止段与近休止段亦可以被利

用来实现马头的抬起停歇与低下时的停歇，于是就开始做呗，虽然明显加大制作

了难度……

先是凸轮的设计，我好不容易学会了文件的导入，尹玉卿在 UG 里面绘制出

了我们想要的运动曲线，但接下来的问题扎扎实实困了我很久。当我尝试着运用

凸轮副去实现凸轮摆杆机构时，发现外凸轮的制作似乎有很大的麻烦，而只对转

动铰做约束并不能体现出凸轮的表面曲线。同时，我们还需要建立一个力封闭结

构来使凸轮可以转回去，本来加个弹簧就可以搞定了，但使要用软件模拟出来，

却是让我这个初学着煞费苦心。（关键是没有现成的运动副）

经过不懈的努力，最终解决方案还是出台了，当初我在还没做马腿的时候，

曾设想过让固定在机架上的铰不要固定在屏幕上，建一个力让它动起来，当我把

这个构想运用到凸轮机构上时竟意外的成功了，也就是在凸轮与摆杆之间建立一

个碰撞力，然后在摆杆上加一个弹簧形成力封闭，这样一来就很完美的达到了最

开始的目的。

（遗憾：由于时间仓促，对于马头部分的参数化调整仍不甚令人满意，比如

马头长度，摆动幅度，摆动起始与终止角度设定，还有马头与身体相谐调也只是

定性的实现了）

最后，还有一部分构想没有实际做，也就是让马体在屏幕上动起来，比如从

屏幕左端跑到屏幕右端（通过地面供给摩擦力，而不是动画效果）。这个我原本

打算在底下建立一个大的平面（地面），然后由马腿末端与地面之间建立一个摩

擦力，随后放开与屏幕固定的 8 个铰，马就应该可以走起来了。而且如果有了地

面摩擦力的提供，也就可以轻松的用软件直接导出电机功率的运算结果了。然而

由于时间问题没有具体去做，另外我刚学 adams 也才 2 个星期，技术不过关仍是

个大困扰，所以没有想着去实现它。

最后，很高兴能和其它三位组员一起完成这一项设计，不过也许是因为以上

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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