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(kù)吧在線文庫(kù)
【正文】 ot，mechanism design，motion simulation，strength analysis 目錄1 緒論 3 課題研究的意義 3 國(guó)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(duì)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。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）。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]。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)。 國(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)大多機(jī)器人采用串聯(lián)機(jī)構(gòu)的原因。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。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)。每個(gè)關(guān)節(jié)都有一對(duì)作用相反的肌肉：屈肌和伸肌， 下肢骨骼關(guān)節(jié)解剖分析人體下肢關(guān)節(jié)主要有踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)，主要骨骼有足骨、腓骨、脛骨、髕骨、股骨和骨盆。關(guān)節(jié)囊很厚而且十分堅(jiān)韌，上端附著在髖臼的周緣及髖臼橫韌帶，下端前面附著在轉(zhuǎn)子間線，后面附著在轉(zhuǎn)子間脊內(nèi)側(cè)。腰大肌被筋膜鞘包裹，主要作用是使髖關(guān)節(jié)前屈和旋外。小腿肌肉群小腿肌肉的數(shù)目較少，但肌肉一般都比較粗大，主要作用是維持人體站立和行走。最后在inventor環(huán)境下對(duì)機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模和裝配，完成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu) 機(jī)器人總體尺寸設(shè)計(jì)測(cè)量項(xiàng)男（18 60歲）女（1860歲）5%50%45%5%50%45%大腿長(zhǎng)度小腿長(zhǎng)度足寬對(duì)仿人雙足機(jī)器人的研究正是對(duì)人類自身的研究，人體的構(gòu)造是經(jīng)過長(zhǎng)期的進(jìn)化而形成的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。根據(jù)以下公式確定機(jī)構(gòu)的階數(shù): (22) 位為機(jī)構(gòu)公共約束的數(shù)目，根據(jù)公式（21）可知，要計(jì)算空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度，關(guān)鍵在于階數(shù)的確定，而階數(shù)可以通過計(jì)算公共約束的數(shù)目來得到，可以通過較新的反螺旋理論來確定機(jī)構(gòu)公共約束的數(shù)目[11]。小腿左右兩側(cè)各有一個(gè)液壓缸，負(fù)責(zé)給踝關(guān)節(jié)提供動(dòng)力。膝關(guān)節(jié)的后方有膝關(guān)節(jié)連桿，下端通過一個(gè)螺栓連接固定在小腿的上端，上端與大腿后部的液壓缸活塞相連。 髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)在inventor環(huán)境下對(duì)髖關(guān)節(jié)進(jìn)行建模。材料采用鋁合金5052，所以重量較輕，僅為18kg，共12個(gè)自由度，由分散在大腿和小腿的液壓缸和液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。要使仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)能模擬人類步行，主要方法有：通過記錄人類的步行數(shù)據(jù)來規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的步態(tài)用ZMP穩(wěn)定原則規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的步態(tài)通過倒立模型生成機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃。4 機(jī)器人機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度分析機(jī)器人機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度分析主要是在inventor環(huán)境下，利用inventor軟件中的應(yīng)力分析模塊對(duì)機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析。，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料強(qiáng)度極限，危險(xiǎn)位置為虎克鉸鏈的兩端及中間的結(jié)合部。，低于材料強(qiáng)度極限，危險(xiǎn)位置為虎克鉸鏈中部。 參 考 文 獻(xiàn)[1]，[2]譚冠政，朱劍英，[3]. [4][5] [6][7] ，Y. Kuniyoshit，.Toe Joints that Enhance Bipedal and Fullbody Motion of Humanoid Robots. Proceedings of the 2002 IEEE Inter Conf on Robotics amp。結(jié)論本文在分析人體下肢的基礎(chǔ)上，深入研究了仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并完成以下工作：深入分析了人類腿部的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了串聯(lián)加并聯(lián)的仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)，并在inventor環(huán)境下完成了對(duì)仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)的建模及裝配。具體做法：在inventor環(huán)境下，通過上文對(duì)仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)行走的運(yùn)動(dòng)模擬，在inventor軟件中的運(yùn)動(dòng)仿真模塊里將運(yùn)動(dòng)模擬得出的運(yùn)動(dòng)載荷輸出到應(yīng)力分析模塊中，然后在應(yīng)力分析模塊里完成零件在運(yùn)動(dòng)載荷下的強(qiáng)度分析。 足部的強(qiáng)度分析機(jī)器人重18kg，在直立狀態(tài)下每條腿分擔(dān)的重量為9kg。具體方法：在inventor環(huán)境下，將裝配好的仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)的部件導(dǎo)入到運(yùn)動(dòng)仿真模塊中，自動(dòng)轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)連接后，將上文中的關(guān)節(jié)曲線導(dǎo)入機(jī)器人各關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)曲線中，得出行走的運(yùn)動(dòng)模擬效果，在運(yùn)動(dòng)仿真模塊的輸出圖示器中可得出各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)液壓缸活塞的位置曲線。 機(jī)器人建模圖 本章小結(jié)本章從人體下肢的結(jié)構(gòu)出發(fā)，完成了對(duì)人體下肢關(guān)節(jié)、自由度及肌肉的分析，結(jié)合上一章對(duì)國(guó)內(nèi)外典型機(jī)器人機(jī)構(gòu)的分析，確定了仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)自由度的配置、結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)方式及外形尺寸。兩側(cè)液壓缸進(jìn)出油液的狀態(tài)不一致時(shí)，兩側(cè)液壓缸活塞的運(yùn)動(dòng)不同步，使大腿產(chǎn)生外展和內(nèi)收運(yùn)動(dòng)。 髖關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)髖關(guān)節(jié)共有三個(gè)自由，能實(shí)現(xiàn)屈伸、內(nèi)收外展和內(nèi)旋外旋運(yùn)動(dòng)，其機(jī)構(gòu)采用串聯(lián)加并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，具體上是一個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)與另一個(gè)機(jī)構(gòu)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，因此可以將髖關(guān)節(jié)分為兩個(gè)部分：第一部分為髖關(guān)節(jié)的下部，
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