仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)_畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-文庫吧
2025-07-26 18:30 本頁面
【正文】 走[7]。 川田工業(yè)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所及川崎重工業(yè)聯(lián)合試制出HRP系列類人機(jī)器人，HRP2是第一個(gè)具有人類外形尺寸的機(jī)器人，它可以躺下也可以起立。HRP3機(jī)器人為防塵防水構(gòu)造，在易滑的冰面上。另外，它還具有腿腕協(xié)調(diào)控制功能，可進(jìn)行需要單手支撐、彎下身去才能完成的操作[6]。 HRP2機(jī)器人日本本田公司按研制時(shí)間先后，把所研制出的仿人雙足機(jī)器人分別命名為PPP3。P2于1996年12月研制成功，是上世紀(jì)第一個(gè)無纜的雙足機(jī)器人，重210kg，可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)自行走、上下臺(tái)階、和推車等復(fù)雜動(dòng)作。 P3是P2的升級(jí)版，體重卻減少了近70kg，行動(dòng)能力大幅提升。2000年10月ASIMO智能仿人雙足機(jī)器人誕生，重52kg，行走速度為0~，驅(qū)動(dòng)方式為伺服電機(jī)和諧波減速器，采用IWALK技術(shù)，它可以通過實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)下一個(gè)動(dòng)作來提前改變身體重心，因此可以自如的行走，進(jìn)行諸如“8”字行走、上下臺(tái)階和彎腰等各項(xiàng)“復(fù)雜”動(dòng)作[8]。、P3和ASIMO機(jī)器人。 早稻田大學(xué)機(jī)械工程系研制出的雙腿行走機(jī)械裝置WL15采用完全并聯(lián)的腿部結(jié)構(gòu)，腿部由三套并聯(lián)的雙缸機(jī)構(gòu)組成，足部由骨盆的六個(gè)缸體匯聚而成。相比傳統(tǒng)的雙足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)來說，它的執(zhí)行元件承受的負(fù)載要更小，相對(duì)負(fù)載能力更強(qiáng)。但是由于WL15沒有膝關(guān)節(jié)，因此無法完全模擬人類的行走步態(tài)。德國慕尼黑技術(shù)大學(xué)應(yīng)用力學(xué)實(shí)驗(yàn)室研制出的Johnnie雙足機(jī)器人，，重40kg，兩條腿共12個(gè)自由度，通過直流電機(jī)來配合輕質(zhì)齒輪減速器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)[9][10]。 Johnnie和WL15機(jī)器人 國內(nèi)仿人雙足機(jī)器人研究現(xiàn)狀與國外相比，我國的仿人雙足機(jī)器人研究起步較晚，直到20世紀(jì)80年代中期才開始仿人雙足機(jī)器人的研究工作，當(dāng)時(shí)的主要研究單位有國防科技大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)早在1985年就開始研制雙足機(jī)器人，截止1995年已經(jīng)成功研制出HITⅠ、HITⅡ、HITⅢ三個(gè)型號(hào)。1995年成研制出HITIH機(jī)器人，每條腿共有6個(gè)自由度，踝關(guān)節(jié)由兩個(gè)正交的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。2004年6月成功研制出能用腳踢足球的雙足類人足球機(jī)器人。2000年，中國第一臺(tái)仿人雙足機(jī)器人“先行者”在國防科技大學(xué)誕生，，重20kg，全身共具有17個(gè)關(guān)節(jié)，像人類一樣擁有軀體、四肢、頭部，并具備一定的語言功能。腿部為串聯(lián)機(jī)構(gòu)，通過電機(jī)經(jīng)諧波減速驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的動(dòng)作。2002年12月由北京理工大學(xué)研制的中國第一個(gè)真正意義上的仿人機(jī)器人BRH通過了驗(yàn)收。，重76kg，全身共32自由度，步速為1km/h。2005年第三代BRH1“匯童”由北京理工大學(xué)和中科院沈陽自動(dòng)化所合作研制成功，，重63kg，突破了仿人機(jī)器人的復(fù)雜動(dòng)作設(shè)計(jì)，腿部為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，每條腿具有6個(gè)自由度。同時(shí)它還具有人類的視覺、語音和平衡功能，并且首次在國際上模仿中國傳統(tǒng)的太極拳、刀術(shù)等復(fù)雜動(dòng)作。 國內(nèi)仿人雙足機(jī)器人 仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)概述根據(jù)上面的國內(nèi)外仿人雙足機(jī)器人的研究現(xiàn)狀中我們可以總結(jié)出其機(jī)構(gòu)形式主要有以下幾種：多關(guān)節(jié)串聯(lián) 為多數(shù)仿人雙足機(jī)器人采用，如HITⅢ、“先行者”和 “匯童”，這類機(jī)器人的主要特點(diǎn)是：（1）串聯(lián)的機(jī)構(gòu)方式更加形象，由于其機(jī)構(gòu)的位置正解比較容易，使得串聯(lián)機(jī)構(gòu)在控制上比較成熟，這也是國內(nèi)大多機(jī)器人采用串聯(lián)機(jī)構(gòu)的原因。（2）串聯(lián)機(jī)構(gòu)在機(jī)構(gòu)形式上為多個(gè)空間旋轉(zhuǎn)自由度的串聯(lián)，機(jī)構(gòu)形式不夠緊湊，因此帶來了體積和重量上的問題，進(jìn)而影響機(jī)器人的整體性能。 完全并聯(lián)最典型的就是由早稻田大學(xué)研制的WL15雙足機(jī)器人，由于采用完全并聯(lián)的腿部結(jié)構(gòu)，不僅分散了各個(gè)缸體承受的載荷，使得機(jī)器人腿部的剛度大，相對(duì)的承載能力強(qiáng)，還使得逆解運(yùn)算更加容易[11]。這種結(jié)構(gòu)雖然可以實(shí)現(xiàn)雙足步行，但是由于缺少膝關(guān)節(jié)，不僅使得機(jī)器人的步態(tài)無法擬人而且步幅較小。串聯(lián)與并聯(lián)結(jié)合并聯(lián)處多為踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)，綜合了串聯(lián)與并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，本文采用的正是這種結(jié)構(gòu)。 腿部結(jié)構(gòu)示意圖從仿人雙足機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式上來看，主要有電氣驅(qū)動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)。電氣驅(qū)動(dòng)是利用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生力和力矩，直接或經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)去驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)，從而獲得機(jī)器人的位置、速度、加速度，過程中沒有能量轉(zhuǎn)換，效率較高，具有無環(huán)境污染、易于控制、運(yùn)動(dòng)精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用最廣，主要代表： WABIAN2機(jī)器人、H7機(jī)器人；液壓驅(qū)動(dòng)方式的輸出力和功率更大、工作平穩(wěn)可靠、精度高、易于控制，主要代表：WL15機(jī)器人；氣壓驅(qū)動(dòng)采用空氣作為介質(zhì)、易于取得、對(duì)環(huán)境污染小，能量損失小、反應(yīng)迅速、工作適應(yīng)性好，成本低，主要代表：日本早稻田大學(xué)的WAP1。 本課題研究的主要內(nèi)容“仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”是在分析人體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)研究一種仿人雙足機(jī)器人行動(dòng)機(jī)構(gòu)。行動(dòng)機(jī)構(gòu)和人一樣有兩條大腿、兩條小腿和兩個(gè)足，具有類似人腿功能。要求其機(jī)構(gòu)具有體積小，重量輕，外形類人，關(guān)節(jié)功能上實(shí)現(xiàn)人體功能，驅(qū)動(dòng)合理，使機(jī)構(gòu)在動(dòng)作和功能上盡可能的仿人，同時(shí)滿足穩(wěn)定性要求，主要工作如下：回顧仿人雙足機(jī)器人的發(fā)展歷史，對(duì)國內(nèi)外仿人雙足機(jī)器人的機(jī)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)方式、自由度分配、實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行分析對(duì)比，確定所要設(shè)計(jì)的機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)形式。分析了人體下肢的生理結(jié)構(gòu)，主要對(duì)踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)等關(guān)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)分析，確定了仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)的自由度配置、機(jī)構(gòu)形式及驅(qū)動(dòng)方案。設(shè)計(jì)仿人雙足機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在inventor環(huán)境下對(duì)機(jī)器人的零件進(jìn)行設(shè)計(jì)、建模、以及整體機(jī)構(gòu)的裝配。在inventor環(huán)境下利用inventor中的運(yùn)動(dòng)仿真模塊和應(yīng)力分析模塊，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬和強(qiáng)度分析。2 仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 仿人雙足機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是有關(guān)仿人雙足機(jī)器人一切研究的基礎(chǔ)和載體，是仿人雙足機(jī)器人最基本的構(gòu)成。仿人雙足機(jī)器人為了達(dá)到擬人的效果，首先要求仿人雙足機(jī)器人的機(jī)構(gòu)為多自由度機(jī)構(gòu)且自由度分配接近人類腿部的自由度分配。其次要求所設(shè)計(jì)的仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)的外形，各部位的質(zhì)量比與人類接近。本章主要是根據(jù)人類腿部的生理結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)。 人體下肢分析[12][13]骨、骨連結(jié)和骨骼肌共同組成生物體運(yùn)動(dòng)系，它們?cè)谏窠?jīng)系統(tǒng)的控制下對(duì)人體起著保護(hù)、運(yùn)動(dòng)和支持的作用[14]。人體共有二百余塊骨骼，骨骼與骨骼之間通過筋腱和軟骨連接在一起，構(gòu)成了人體的骨架。骨架是一個(gè)完整的系統(tǒng)，是人體其他系統(tǒng)的基礎(chǔ)，支撐著人類的軀體、保護(hù)著人體內(nèi)部的臟器，既堅(jiān)固、輕巧又便于運(yùn)動(dòng)，人體的關(guān)節(jié)是指骨與骨之間有腔隙的骨連結(jié)，一般由相接的兩骨相對(duì)形成，能活動(dòng)的稱為“活動(dòng)關(guān)節(jié)”，不能活動(dòng)的稱為“不動(dòng)關(guān)節(jié)”，本文這里說的關(guān)節(jié)都指活動(dòng)關(guān)節(jié)。附于骨骼上的骨骼肌收縮時(shí)，牽引骨移動(dòng)位置，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，其主要運(yùn)動(dòng)形式基本上分為
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1