20xx機器人的運動與控制畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-01-17 01:12 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 或者向下，或者向右，或者向左。分散在身體的不同部位，所以骨骼結(jié)構(gòu)因此而生。一般的，人形機器人身上裝有兩個傳感器能輔助它水平行走，它們是加速度傳感器和陀螺傳感器。它們主要用來讓機器人知道身體目前前進的速度以及和地面所成的角度，并依次計算出平衡身體所需要調(diào)節(jié)量。這兩個傳感器起的作用和我們?nèi)祟悆?nèi)耳相同。要進行平衡的調(diào)節(jié)，機器人還必須要有相應(yīng)的關(guān)節(jié)傳感器和6 軸的力傳感器，來感知肢體角度和受力情況。機器人的行走中最重要的部分就是它的調(diào)節(jié)能力。所以需要檢測在行走中產(chǎn)生的慣性力。當(dāng)機器人行走時，它將受到由地球引力，以及加速或減速行進所引起的慣性力的影響。這些力的總和被稱之為總慣性力。當(dāng)機器人的腳接觸地面時，它將受到來自地面反作用力的影響，這個力稱之為地面反作用力。所有這些力都必須要被平衡掉，而機器人的控制目標(biāo)就是要找到一個姿勢能夠平衡掉所有的力。這稱做“zeromoment point“ (ZMP) 圖26 機械結(jié)構(gòu) 當(dāng)機器人保持最佳平衡狀態(tài)的情況下行走時，軸向目標(biāo)總慣性力與實際地面反作用力相等。相應(yīng)地，目標(biāo)ZMP 與地面反作用力的中心點也重合。當(dāng)機器人行走在不平坦的地面時，軸向目標(biāo)總慣性力與實際的地面反作用力將會錯位，因而會失去平衡，產(chǎn)生造成跌倒的力。跌倒力的大小與目標(biāo)ZMP 和地面反作用力中心點的錯位程度相對應(yīng)。簡而言之，目標(biāo)ZMP 和地面反作用力中心點的錯位是造成失去平衡的主要原因。假若機器人失去平衡有可能跌倒時，下述三個控制系統(tǒng)將起作用，以防止跌倒，并保持繼續(xù)行走狀態(tài)。
（1）地面反作用力控制：腳底要能夠適應(yīng)地面的不平整，同時還要能穩(wěn)定的站住。
（2）目標(biāo)ZMP 控制：當(dāng)由于種種原因造成機器人無法站立，并開始傾倒的時候，需要制他的上肢反方向運動來控制即將產(chǎn)生的摔跤，同時還要加快步速來平衡身體。
（3）落腳點控制：當(dāng)目標(biāo)ZMP 控制被激活的時候，機器人需要調(diào)節(jié)每步的間距來滿足當(dāng)時身體的位置，速度和步長之間的關(guān)系。
驅(qū)動機 常用于機器人的驅(qū)動機有液壓、氣壓和電動驅(qū)動機。
液壓驅(qū)動機的優(yōu)點是能產(chǎn)生非常大的力（如在280105 牛頓／米工作壓力下，2 厘米直徑液壓缸就能產(chǎn)生8000 牛頓力）。力矩重量比值較高，能以體積小重量輕的驅(qū)動器提供較大的驅(qū)動力，剛度大。缺點是：需液壓動力源設(shè)備，內(nèi)部漏油及油溫影響驅(qū)動特性；管理、維修技術(shù)要求高，一次性投資較高等。目前液壓執(zhí)行機構(gòu)主要用于大型機器人的驅(qū)動氣壓驅(qū)動機的優(yōu)點是：成本低，可靠性高，維修管理容易，無污染，不會失火。缺點是：難于準(zhǔn)確控制速度和位置，出力小，有噪聲，易銹蝕等。一般用于控制要求不高、出力要求不大的場合。電動驅(qū)動機即指電機，它的優(yōu)點是：便于控制，能實現(xiàn)快速精確的位置和速度控制，信號處理方便，配線容易，比較清潔。缺點是：力矩一重量比值較低，為得到低速大力矩，需使用減速器，并因減速器存在齒隙而引起一些控制問題。常用的電機主要有步進電機、直流伺服電機和交流伺服電機三種。其中直流伺服電機應(yīng)用最廣，這是由于直流伺服電機的機械特性和控制特性好，調(diào)速范圍寬，起動力矩大，效率高等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，近年來出現(xiàn)了采用電子換向技術(shù)的直流無刷電機，避免了機械換向可能帶來的火花問題。交流伺服電機的電源提供簡單，但控制相對復(fù)雜。步進電機直接用脈沖數(shù)字信號控制，控制簡單，位置控制準(zhǔn)確。但一般效率較低，長期工作有丟步問題。一般用于小型普及型機器人。還有一些特殊的驅(qū)動方式，如氣囊驅(qū)動：英國的“Shadow”計劃研制的雙足步行機器人的傳動結(jié)構(gòu)就是采用的氣囊肌肉的方式進行驅(qū)動。它具有重量輕，輸出力大，柔順性好等優(yōu)點；記憶合金驅(qū)動器（SMA）：功率重量比大，驅(qū)動電壓低，無噪音，無污染等優(yōu)點；壓電驅(qū)動器：體積小、精度高、響應(yīng)快、輸出力大，可用于微動機器人。
關(guān)節(jié)的驅(qū)動方式有直接驅(qū)動方式和間接驅(qū)動方式兩種。
直接驅(qū)動方式是驅(qū)動器的輸出軸和機器人手臂的關(guān)節(jié)軸直接相連；這種方式的優(yōu)點是驅(qū)動器和關(guān)節(jié)之間的機械系統(tǒng)較少，因而能夠減少摩擦、間隙等非線性因素的影響，可以做到控制性能比較好。然而，在另一方面，為了直接驅(qū)動手臂的關(guān)節(jié)，驅(qū)動器的輸出力矩必須很大，此外，必須考慮手臂的動力學(xué)問題。間接驅(qū)動方式是把驅(qū)動器的力通過減速器等傳遞給關(guān)節(jié)。大部分機器人的關(guān)節(jié)是間接驅(qū)動。這種間接驅(qū)動，通常其驅(qū)動器的輸出力矩大大小于驅(qū)動關(guān)節(jié)所需要的力矩，所以必須使用減速器。
減速機構(gòu) 減速機構(gòu)的目的是把電動機輸出的高轉(zhuǎn)速小力矩的運動變換成低轉(zhuǎn)速大力矩的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)運動，或變換成低速驅(qū)動力大的關(guān)節(jié)直線運動。描述減速機構(gòu)的基本參數(shù)是傳動比，又稱減速比。
傳動比與傳動效率 傳動比 i ：輸入轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速之比 傳動效率η ：輸出功率與輸入功率之比 在忽略傳動機構(gòu)功耗的情況下，輸出轉(zhuǎn)速是輸入轉(zhuǎn)速的1/ i ，輸出力矩是輸入力矩的i 倍。
常用的減速機構(gòu)有兩類:旋轉(zhuǎn)減速機構(gòu)和平移減速機構(gòu)。
旋轉(zhuǎn)減速機構(gòu)：一般輸入軸由電機帶動作高速旋轉(zhuǎn)運動，輸出軸作低轉(zhuǎn)速運動。主要有齒輪減速機構(gòu)、蝸輪－蝸桿減速機構(gòu)、行星齒輪減速機構(gòu)和諧波減速機構(gòu)等。
齒輪減速機構(gòu) 輸入軸與輸出軸可以平行,也可以垂直相交，轉(zhuǎn)速比即為輸出齒輪的齒數(shù)與輸入齒輪的齒數(shù)之比。一級齒輪減速比較小，且有齒隙。為獲得大減速比，通常需多級。
蝸輪－蝸桿減速機構(gòu) 用于交錯軸間傳遞運動與力，軸交角通常為90 度。它有較大的轉(zhuǎn)速比。有自鎖功能（即在外力作用下能自行保持關(guān)節(jié)位置）。但其機械效
范文總結(jié)相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1