仿人雙足機器人機構設計_畢業(yè)設計論文(存儲版)
【正文】 數(shù)，因此膝關節(jié)可以實現(xiàn)單自由度鉸鏈運動，膝關節(jié)具體結構為：膝關節(jié)由小腿膝關節(jié)連接器和大腿膝關節(jié)連接器通過一個螺栓連接構成，小腿膝關節(jié)連接器下端通過四個螺紋孔與小腿的上端相連，大腿膝關節(jié)連接器的上端也是通過四個螺紋孔與大腿的下端相連。結構形式為一個液壓馬達，馬達上部固定在機器人的腰上，馬達下面的輸出軸與髖關節(jié)的下部連接。 仿人雙足機器人總體結構行動機構主要由足部、踝關節(jié)、小腿、膝關節(jié)、大腿、髖關節(jié)和腰部組成，與人體的結構類似。人類的行走為雙足步行，是步行形式中最復雜的，也是人類與動物最明顯的區(qū)別。 轉彎的運動模擬 本章小結本章在分析人類運動的基礎上，得出人類運動時各個關節(jié)的隨時間變化的曲線圖，根據(jù)這些曲線，在inventor環(huán)境下對仿人雙足機器人機構進行行走、蹲下、轉彎的運動模擬，可以看出仿人雙足機器人機構的運動流暢，運動性能好。 踝關節(jié)虎克鉸鏈的強度分析在機構直立狀態(tài)下，踝關節(jié)虎克鉸鏈主要受上面零件的重量產(chǎn)生的重力和足部給它的反作用力，材料為鋁合金5052。 髖關節(jié)虎克鉸鏈運動強度分析。下一步工作展望：本文對仿人雙足機器人的運動模擬只是一個初步的運動性能的檢驗，曲線的精確度不高，下一步應在對仿人雙足機器人機構的運動仿真、步態(tài)規(guī)劃等方面進行深入研究。通過分析人類運動的特點，得出人類運動時的關節(jié)曲線，完成了在inventor環(huán)境下對仿人雙足機器人機構的運動模擬。 足部運動強度分析在inventor環(huán)境下，將足部的運動載荷導入應力分析模塊。足部零件的材料為鋁合金5052，屈服強度為195MPa，主要受足部以上零件的重力和地面給予的反作用力，利inventor軟件中的應力分析模塊對足部進行強度分析。 行走運動模擬 液壓缸活塞曲線 蹲下的運動模擬蹲下的運動模擬與行走的運動模擬類似，也是通過觀察人類蹲下時的動作，確定蹲下時腿部各個關節(jié)的曲線，在inventor環(huán)境下對仿人雙足機器人機構進行蹲下的運動模擬。在inventor環(huán)境下，對機器人機構進行建模與裝配，完成了機器人機構的設計，為后續(xù)的機構運動分析和強度分析打下了基礎。當髖關節(jié)上部的液壓馬達運動時，液壓馬達的輸出軸帶動下面的機構運動，實現(xiàn)整個大腿的內(nèi)翻和外翻的運動。機構形式為一個倒過來的踝關節(jié)，主要由髖關節(jié)虎克鉸鏈、髖關節(jié)大腿連接器和髖關節(jié)平臺構成，也是由三個并聯(lián)分路組成，第一條為髖關節(jié)平臺通過虎克鉸鏈與髖關節(jié)大腿連接器連接的分路，二、三條為大腿前部的液壓缸活塞通過一個球面連接與髖關節(jié)連桿連接的分路。 膝關節(jié)設計根據(jù)上文中腿部自由度的分配，膝關節(jié)只有一個自由度，運動形式為屈伸運動，因此可將膝關節(jié)設計為單軸的旋轉運動，即大腿與小腿之間采用一個旋轉的鉸鏈連接來模擬膝關節(jié)的自由度，采用剛性連桿模擬膝關節(jié)的肌肉，驅動膝關節(jié)。根據(jù)公式（21）可得：M=d(ng1)+由于機構中連桿有繞自身旋轉的局部自由度，所以整體自由度為2，當小腿的兩個導桿作為源動力輸入時，源動力的數(shù)目等于機構自由度的數(shù)目，則可以實現(xiàn)機構運動，即兩桿同步移動時實現(xiàn)踝關節(jié)的屈伸運動，兩桿不同步移動時為踝關節(jié)的內(nèi)翻和外翻運動。根據(jù)仿人雙足機器人總體設計中的自由度分配，踝關節(jié)有兩個自由度，要求踝關節(jié)的機構形式為并聯(lián)，因此采用虎克鉸鏈來模擬踝關節(jié)的二自由度結構，保證踝關節(jié)的二自由度運動。 機器人機構形式設計根據(jù)上文的結論，人體腿部的踝關節(jié)有2個自由度，膝關節(jié)有1個自由度，髖關節(jié)有3個自由度。 仿人雙足機器人總體設計[15] 通過上文中對人體下肢關節(jié)和肌肉的分析可以得出：人體下肢的關節(jié)結構復雜，肌肉連接的樣式繁多，要使設計出的仿人雙足機器人完全的擬人是不可能的。股四頭肌特別發(fā)達，它的4個頭分別為股內(nèi)側肌、股中間肌、股外側肌和股直肌，主要作用伸直小腿和輔助屈大腿。大腿肌可分為前群、內(nèi)群和后群，分別位于股部的前面、內(nèi)側面和后面。髖關節(jié)髖關節(jié)屬于杵臼關節(jié)，由股骨頭和髖臼相對構成。如下肢的踝關節(jié)能作屈和伸、內(nèi)收和外展兩組動作，膝關節(jié)能做屈和伸、內(nèi)旋和外旋兩組動作，髖關節(jié)能做屈和伸、內(nèi)收和外展、內(nèi)旋和外旋三組動作。2 仿人雙足機器人機構設計 仿人雙足機器人的機構設計是有關仿人雙足機器人一切研究的基礎和載體，是仿人雙足機器人最基本的構成。 腿部結構示意圖從仿人雙足機器人的驅動方式上來看，主要有電氣驅動，液壓驅動和氣壓驅動。重76kg，全身共32自由度，步速為1km/h。德國慕尼黑技術大學應用力學實驗室研制出的Johnnie雙足機器人，重40kg，兩條腿共12個自由度，通過直流電機來配合輕質(zhì)齒輪減速器實現(xiàn)驅動[9][10]。 HRP2機器人日本本田公司按研制時間先后，把所研制出的仿人雙足機器人分別命名為PPP3。但是由于氣體的可壓縮性，該機器人行走不穩(wěn)定。因此雙足機器人的步行是機器人步行系統(tǒng)中最復雜、自動化程度最高的，其步行系統(tǒng)主要有以下幾個特點：(1)仿人雙足機器人地面適應能力強，步行占地面積小，移動范圍大、盲區(qū)小，有較高的越障能力，可以實現(xiàn)上下臺階、通過崎嶇路面等復雜動作。本文回顧了國內(nèi)外仿人雙足機器人的發(fā)展歷史，在分析人類下肢結構的基礎上，確定機器人機構的自由度配置、關節(jié)結構及驅動形式。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 rob
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