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-wenkub
2022-09-09 18:30:11 本頁面
【正文】 以通過實(shí)時(shí)預(yù)測下一個(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、上下臺階和彎腰等各項(xiàng)“復(fù)雜”動(dòng)作[8]。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]。1973年成功研制出仿人機(jī)器人WABOT1，是一個(gè)模仿人類雙足行走的機(jī)器人，1984年研發(fā)出WABOT2，這是款可以彈琴的機(jī)器人；1992年早稻田大學(xué)制定出仿人機(jī)器人研發(fā)計(jì)劃，于1995年研發(fā)出導(dǎo)航機(jī)器人Hadaly1，1997年又研發(fā)出雙足行走機(jī)器人WABIAN[6]，WABIAN2（左）和WABIANRIV（右）。與此同時(shí)，大洋彼岸的日本早稻田大學(xué)也在機(jī)器人專家加藤一郎的帶領(lǐng)下開始研制雙足機(jī)器人，1969年WAP1平面行走步行機(jī)誕生，機(jī)構(gòu)形式為串聯(lián)平面機(jī)構(gòu)，共有6個(gè)自由度，每條腿有踝、膝、髖三個(gè)關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)為人造橡膠肌肉構(gòu)成，肌肉的收縮通過注氣排氣實(shí)現(xiàn)，而后牽引關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)邁步。仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)在工程應(yīng)用上是少有的多自由度、高階、非線性系統(tǒng)，這些無疑對機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置提出了新的要求。與其他步行機(jī)器人相比仿人雙足機(jī)器人最主要的特征就是雙足步行，雙足步行是人類的特有功能，是人腿經(jīng)過不斷進(jìn)化的結(jié)果。s. Characteristics of humanoid biped robot is the biggest biped walking, so its high flexibility, can replace human do dangerous work.This paper reviews the development history of domestic and foreign humanoid biped robot, based on analysis of human lower limb structure, determine the robot DOF configuration, joint structure and drive mode. Modeling and assembly mechanism based on inventor, pleted the design of humanoid biped robot mechanism, finally carries on the analysis of motion simulation and strength of humanoid biped robot, motion performance and the strength of the inspection organization, and further optimize the mechanism design.Keywords Humanoid biped robot，mechanism design，motion simulation，strength analysis 目錄1 緒論 3 課題研究的意義 3 國內(nèi)外仿人雙足機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀 3 本課題研究的主要內(nèi)容 32 仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 人體下肢分析 3 仿人雙足機(jī)器人總體設(shè)計(jì) 3 仿人雙足機(jī)器人關(guān)節(jié)設(shè)計(jì) 3 仿人雙足機(jī)器人總體結(jié)構(gòu) 3 本章小結(jié) 33 機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)模擬 3 行走的運(yùn)動(dòng)模擬 3 蹲下的運(yùn)動(dòng)模擬 3 轉(zhuǎn)彎的運(yùn)動(dòng)模擬 3 本章小結(jié) 34 機(jī)器人機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度分析 3 靜態(tài)強(qiáng)度分析 3 運(yùn)動(dòng)載荷下的強(qiáng)度分析 3 本章小結(jié) 3結(jié)論 3致謝 錯(cuò)誤！未定義書簽。仿人雙足機(jī)器人最大的特征就是雙足步行，因此它的靈活性很高，可以代替人類完成危險(xiǎn)作業(yè)。本文回顧了國內(nèi)外仿人雙足機(jī)器人的發(fā)展歷史，在分析人類下肢結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，確定機(jī)器人機(jī)構(gòu)的自由度配置、關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)形式。參 考 文 獻(xiàn) 31 緒論 課題研究的意義隨著機(jī)器人研究的不斷深入，應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，人們把目光更多的集中在仿人雙足機(jī)器人的研究上[1]。因此雙足機(jī)器人的步行是機(jī)器人步行系統(tǒng)中最復(fù)雜、自動(dòng)化程度最高的，其步行系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)仿人雙足機(jī)器人地面適應(yīng)能力強(qiáng)，步行占地面積小，移動(dòng)范圍大、盲區(qū)小，有較高的越障能力，可以實(shí)現(xiàn)上下臺階、通過崎嶇路面等復(fù)雜動(dòng)作。仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)是機(jī)器人動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及相關(guān)控制理論研究的理想平臺，力學(xué)及控制領(lǐng)域中的理論、方法經(jīng)常會(huì)在對其機(jī)構(gòu)的研究中創(chuàng)新[3]。但是由于氣體的可壓縮性，該機(jī)器人行走不穩(wěn)定。 WABIAN系列機(jī)器人日本東京大學(xué)制研的HHH7系列機(jī)器人，是完全仿人形的，特別是H7型機(jī)器人，重55kg，下肢比一般的雙足機(jī)器人多了兩個(gè)足趾關(guān)節(jié)的自由度，擁有三軸加速度傳感器，可以通過腳部配備的六維力傳感器識別觸地狀態(tài)，因此它可以模擬人類的足尖行走[7]。 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。、P3和ASIMO機(jī)器人。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]。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。重76kg，全身共32自由度，步速為1km/h。（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。 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)。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)行分析對比，確定所要設(shè)計(jì)的機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)形式。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。 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，它們在神經(jīng)系統(tǒng)的控制下對人體起著保護(hù)、運(yùn)動(dòng)和支持的作用[14]。如下肢的踝關(guān)節(jié)能作屈和伸、內(nèi)收和外展兩組動(dòng)作，膝關(guān)節(jié)能做屈和伸、內(nèi)旋和外旋兩組動(dòng)作，髖關(guān)節(jié)能做屈和伸、內(nèi)收和外展、內(nèi)旋和外旋三組動(dòng)作。踝關(guān)節(jié)脛、腓骨下端的關(guān)節(jié)面及距骨滑車構(gòu)成踝關(guān)節(jié)，特點(diǎn)是：關(guān)節(jié)面前寬后窄，關(guān)節(jié)囊前后松弛，兩側(cè)有側(cè)副韌帶加強(qiáng)，因此踝關(guān)節(jié)可以做足背屈、伸運(yùn)動(dòng)，也可以在較小范圍內(nèi)外翻轉(zhuǎn)。髖關(guān)節(jié)髖關(guān)節(jié)屬于杵臼關(guān)節(jié)，由股骨頭和髖臼相對構(gòu)成。髖關(guān)節(jié)四周有韌帶加強(qiáng)，主要是髂骨韌帶長而堅(jiān)韌，位于髖關(guān)節(jié)前面，可限制大
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