類人機器人行走機構虛擬樣機的研究.pdf

1、類人機器人已經(jīng)成為機器人領域的研究熱點，雙足行走方式靈活性非常高，可以在人類日常生活工作的環(huán)境中與人類協(xié)作完成各種任務，并且在人類不能進入的作業(yè)領域內(nèi)具有廣闊的應用前景。目前，國內(nèi)外很多家科研單位都開展了類人機器人的研究，并取得了很大的進展，極大的推動了類人機器人的發(fā)展。然而類人機器人的快速、穩(wěn)定行走，機構的創(chuàng)新設計仍然是一個世界難題。
　　本文建立了類人機器人虛擬樣機模型，對機器人運動學和動力學進行了分析，并對機器人在虛擬環(huán)境下

2、的運動進行了仿真分析，研制了機器人物理樣機，進行了機器人平地行走實驗，主要工作如下:
　　首先，總結了國內(nèi)外類人機器人研究現(xiàn)狀，分析了典型類人機器人的自由度分布，對目前類人機器人研究中存在的問題做了分析，提出類人機器人未來的發(fā)展方向。根據(jù)人體腿部各關節(jié)的結構，對類人機器人行走機構進行了仿生設計，并對類人機器人行走機構各關節(jié)驅動力矩進行了計算，對各關節(jié)驅動元器件進行了選型，主要包括電機、諧波減速器和同步帶輪的選型。
　　其次，

3、采用SIMP材料差值方法，以結構受力應變能最小為優(yōu)化目標,體積和結構平衡方程為約束條件，建立了機器人腿部連桿結構拓撲優(yōu)化數(shù)學模型。在ANSYS優(yōu)化模塊中，對機器人連桿結構進行優(yōu)化，優(yōu)化結果表明，優(yōu)化后的機器人連桿結構在滿足結構剛度和強度的條件下實現(xiàn)了質量最小化。
　　再次，介紹了剛體位姿的描述和齊次變換法，建立了類人機器人行走機構的正、逆運動學模型，運用D-H方法和矢量法推導出正、逆運動學方程。對類人機器人行走機構進行了動力學分析

4、，分別求出機器人腿在支撐狀態(tài)和擺動狀態(tài)下的踝關節(jié)、膝關節(jié)和髖關節(jié)的驅動力矩。
　　最后，基于ADAMS和MATLAB，分別建立了的類人機器人機械模型和控制模型，實現(xiàn)了類人機器人的機電聯(lián)合仿真分析，驗證了設計方案的合理性，并得到了機器人在行走過程中腿部各個關節(jié)的力矩變化曲線，為選擇電機、減速器等部件提供了依據(jù)。搭建了機器人測試與實驗平臺，進行了機器人平地行走實驗，實驗結果驗證了設計的類人機器人結構及控制方法的可行性及正確性。