仿人移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析.pdf

1、隨著專(zhuān)業(yè)和家用服務(wù)機(jī)器人的逐漸普及，仿人移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人技術(shù)得到迅猛發(fā)展。盡管服務(wù)機(jī)器人給人類(lèi)帶來(lái)了極大的便利，但由于其工作環(huán)境復(fù)雜，依然存在安全隱患。本文的目的是研制一款仿人移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人，并主要設(shè)計(jì)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，對(duì)其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，使設(shè)計(jì)的機(jī)器人能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。
　　首先，通過(guò)人機(jī)工程學(xué)理論確定了機(jī)器人仿人上身的大體尺寸；根據(jù)擬人化、結(jié)構(gòu)輕量化、安全性等設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)了仿人移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的頸部、手臂、腰部、底

2、盤(pán)、外觀曲面的具體結(jié)構(gòu)；在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)可操作度指標(biāo)選取6自由度仿人機(jī)械臂構(gòu)型，并確定了中心孔走線方式；同時(shí)對(duì)各關(guān)節(jié)的電機(jī)和減速器進(jìn)行選型和校核。
　　其次，根據(jù)李代數(shù)、旋量理論建立仿人移動(dòng)機(jī)器人的底盤(pán)、上身運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并分析了腰關(guān)節(jié)對(duì)機(jī)器人工作空間的影響；采用拉格朗日方法建立機(jī)器人的總體動(dòng)力學(xué)模型，并重點(diǎn)分析了底盤(pán)和機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)對(duì)腰部受力的影響。
　　再次，采用重心投影法分析機(jī)器人的靜態(tài)穩(wěn)定性，并通過(guò)ANSYS仿真腰部關(guān)

3、節(jié)運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)腰部關(guān)節(jié)的受力情況；采用零力矩點(diǎn)（ZMP）原理分析機(jī)器人的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，通過(guò)典型運(yùn)動(dòng)仿真分析外界干擾對(duì)機(jī)器人動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的影響，并以此確定機(jī)器人底盤(pán)的尺寸大??；通過(guò)采用4次B樣條曲線，參數(shù)化各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡，以時(shí)間最短和能量最少為目標(biāo)函數(shù)，以插值時(shí)間間隔為優(yōu)化變量，以穩(wěn)定性、關(guān)節(jié)物理約束、運(yùn)動(dòng)邊界條件為約束條件，建立機(jī)器人全身運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)多目標(biāo)優(yōu)化模型，并對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行耦合性分析。
　　最后，基于Pareto最優(yōu)選取非支配