雙足步行機(jī)器人步態(tài)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、雙足步行機(jī)器人是機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，它集機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、仿生學(xué)、自動(dòng)控制、多傳感器及人工智能等多門(mén)學(xué)科于一體。課題旨在設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的小型雙足步行機(jī)器人，在此基礎(chǔ)上對(duì)雙足步行機(jī)器人的步行機(jī)理、步行參數(shù)及運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行研究，為設(shè)計(jì)自主智能雙足步行機(jī)器人打下基礎(chǔ)。 論文結(jié)合人類(lèi)下肢關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化，為雙足步行機(jī)器人下肢配置了10個(gè)自由度，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)元件性能的比較與機(jī)器人所需轉(zhuǎn)矩的初步估算，選擇了轉(zhuǎn)矩為6.80kg·

2、cm的舵機(jī)作驅(qū)動(dòng)，然后在Pro/E平臺(tái)上設(shè)計(jì)了機(jī)器人各關(guān)節(jié)及其他零部件，并對(duì)虛擬模型進(jìn)行干涉檢查與測(cè)量，測(cè)得機(jī)器人總體高為241.5mm，寬為114.5mm。 在步態(tài)設(shè)計(jì)的基本原則下，采用基于力學(xué)穩(wěn)定性的步態(tài)設(shè)計(jì)方法，結(jié)合人類(lèi)的行走習(xí)慣與特性，設(shè)計(jì)出直線行走、靜態(tài)轉(zhuǎn)彎、上樓梯的姿態(tài)及各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)向，確定了各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的大小并對(duì)其進(jìn)行三次多項(xiàng)式插值，同時(shí)對(duì)人類(lèi)原地轉(zhuǎn)體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究并作反向設(shè)想，闡述了機(jī)器人沒(méi)有轉(zhuǎn)體自由度而實(shí)現(xiàn)靜態(tài)轉(zhuǎn)彎的

3、原理，并推導(dǎo)出機(jī)器人上樓梯的幾何約束條件。 通過(guò)接口軟件Mechanism/Pro將Pro/E下的三維模型導(dǎo)入到ADAMS環(huán)境下，然后添加材料、力及約束，建立虛擬樣機(jī)模型，再將前面的步態(tài)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)帶入虛擬樣機(jī)并進(jìn)行步態(tài)運(yùn)動(dòng)仿真，得到直線行走、靜態(tài)轉(zhuǎn)彎及上樓梯動(dòng)作的仿真動(dòng)畫(huà)，驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與步態(tài)設(shè)計(jì)的正確性與有效性。 借助ADAMS的后處理模塊，測(cè)量出機(jī)器人各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩、行走沖擊力、零件質(zhì)心軌跡，并進(jìn)行分析與運(yùn)算，說(shuō)明舵機(jī)選擇