六自由度雙足競(jìng)步機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及軌跡跟蹤.pdf

1、雙足競(jìng)步機(jī)器人的研究推動(dòng)了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，并且提高了人類的生活水平。本文對(duì)六自由度雙足競(jìng)步機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)建模、步態(tài)軌跡及其軌跡跟蹤控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。
　　首先，對(duì)機(jī)器人的材料、驅(qū)動(dòng)進(jìn)行選擇。機(jī)器人的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)各配置1個(gè)自由度。利用Autocad和Pro-E繪圖軟件對(duì)機(jī)器人的髖部平臺(tái)機(jī)構(gòu)、腳部機(jī)構(gòu)及四種連接件進(jìn)行二維和三維的設(shè)計(jì)，并在Pro-E軟件下完成機(jī)器人的虛擬裝配。
　　

2、其次，根據(jù)六自由度雙足競(jìng)步機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用廣義坐標(biāo)法建立能反映其運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性的五連桿模型，得到機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)角的時(shí)間函數(shù)。在此基礎(chǔ)上，利用拉格朗日動(dòng)力學(xué)方程法，得到便于其軌跡跟蹤控制研究的動(dòng)力學(xué)模型，為后續(xù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供便利。
　　再次，結(jié)合六自由度雙足競(jìng)步機(jī)器人實(shí)際步行情況，基于 ZMP理論，給出機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃的穩(wěn)定性判斷依據(jù)。選取機(jī)器人步行過(guò)程中，擺動(dòng)腳離地、抬腿最高處、擺動(dòng)腳與地面接觸三個(gè)時(shí)刻作為其步行過(guò)程中

3、三個(gè)重要的姿態(tài)點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行三點(diǎn)式規(guī)劃。并通過(guò)幾何約束和速度、加速度約束，對(duì)機(jī)器人前向直線運(yùn)動(dòng)和前向轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)腿踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)進(jìn)行步態(tài)軌跡規(guī)劃，再將所規(guī)劃的直線運(yùn)動(dòng)下的軌跡代入到機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和 ZMP公式中，得到機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)角的軌跡曲線和 ZMP軌跡曲線。通過(guò)分析 ZMP軌跡曲線，判斷機(jī)器人在步行過(guò)程中是否達(dá)到穩(wěn)定。利用 Matlab軟件中的Simulink模塊進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，獲得各個(gè)關(guān)節(jié)角的軌跡曲線，并驗(yàn)證其合理性，從而為后文