仿人雙足機器人機構(gòu)設(shè)計_畢業(yè)設(shè)計論文-資料下載頁
2024-08-29 18:30本頁面
【導(dǎo)讀】仿人雙足機器人是機器人研究的前沿領(lǐng)域，是多種科技的結(jié)合，代表一個國家的技術(shù)水平。仿人雙足機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作業(yè)。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(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，確定機器人機構(gòu)的自由度配置、關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)及驅(qū)動形式。在inventor環(huán)境下進行機構(gòu)的建模及裝配，完成仿人雙足機器人機構(gòu)的設(shè)計，最后對仿人雙足機器人機構(gòu)進行運動模擬和強度分析，檢驗機構(gòu)的運動性能和強度，進一步優(yōu)化機構(gòu)的設(shè)計。與其他步行機器人相比仿人雙足機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)過不斷進化的結(jié)果。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系列類人機器人，HRP-2是第一個具有人類外形尺寸的機器人，它可以躺下也可以起立，。HRP-3機器人為防塵防水構(gòu)造，在易滑的冰面上，。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P1、P2、P3。
【正文】 錄人類的步行數(shù)據(jù)來規(guī)劃機器人的步態(tài)用ZMP穩(wěn)定原則規(guī)劃機器人的步態(tài)通過倒立模型生成機器人的步態(tài)規(guī)劃。 本文在分析人類步態(tài)的條件下，得到人類行走時各個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角隨時間的運動規(guī)律，并記錄成曲線，然后在inventor環(huán)境下利用inventor中的運動仿真模塊對機構(gòu)進行簡單的運動模擬，檢驗機構(gòu)的運動性能，進一步優(yōu)化機器人機構(gòu)的設(shè)計。 行走的運動模擬 人類的步態(tài)分析根據(jù)上文中對仿人雙足機器人機構(gòu)的設(shè)計可知：仿人雙足機器人機構(gòu)的各部位比例和重量分布與人類相似，通過對人類行走的步態(tài)分析，可以得出人類行走時各個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角隨時間的變化規(guī)律。 腿部各關(guān)節(jié)曲線圖 運動模擬在inventor環(huán)境下，利用inventor 軟件內(nèi)部的運動仿真模塊對機器人機構(gòu)進行運動模擬。具體方法：在inventor環(huán)境下，將裝配好的仿人雙足機器人機構(gòu)的部件導(dǎo)入到運動仿真模塊中，自動轉(zhuǎn)換運動連接后，將上文中的關(guān)節(jié)曲線導(dǎo)入機器人各關(guān)節(jié)的驅(qū)動曲線中，得出行走的運動模擬效果，在運動仿真模塊的輸出圖示器中可得出各關(guān)節(jié)驅(qū)動液壓缸活塞的位置曲線。 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(guān)節(jié)的曲線，在inventor環(huán)境下對仿人雙足機器人機構(gòu)進行蹲下的運動模擬。 蹲下時各關(guān)節(jié)曲線 蹲下的運動模擬 轉(zhuǎn)彎的運動模擬轉(zhuǎn)彎的運動模擬與上文中對行走和蹲下的運動模擬類似，也是通過分析人類轉(zhuǎn)彎時的運動，得出各關(guān)節(jié)的曲線，在inventor環(huán)境下的運動仿真模塊對機構(gòu)進行轉(zhuǎn)彎的運動模擬。 轉(zhuǎn)彎的運動模擬 本章小結(jié)本章在分析人類運動的基礎(chǔ)上，得出人類運動時各個關(guān)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(gòu)進行行走、蹲下、轉(zhuǎn)彎的運動模擬，可以看出仿人雙足機器人機構(gòu)的運動流暢，運動性能好。4 機器人機構(gòu)的強度分析機器人機構(gòu)的強度分析主要是在inventor環(huán)境下，利用inventor軟件中的應(yīng)力分析模塊對機器人機構(gòu)進行強度分析。通過分析幾個重點承重部位零件的靜態(tài)載荷和運動載荷，來檢驗機構(gòu)的強度，優(yōu)化設(shè)計。 靜態(tài)強度分析靜態(tài)強度分析主要是分析機器人機構(gòu)在站立的條件下機器人下肢零件的受力情況，得出零件的應(yīng)力分析結(jié)果。具體做法是在inventor環(huán)境下利用inventor中的應(yīng)力分析模塊對關(guān)鍵零件進行強度分析。 足部的強度分析機器人重18kg，在直立狀態(tài)下每條腿分擔(dān)的重量為9kg。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(yīng)力分析模塊對足部進行強度分析。 足部的強度分析從圖中我們可以看出，在足部與踝關(guān)節(jié)虎克鉸鏈連接處，遠遠低于材料的承受極限。 踝關(guān)節(jié)虎克鉸鏈的強度分析在機構(gòu)直立狀態(tài)下，踝關(guān)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。，遠遠小于材料強度極限，危險位置為虎克鉸鏈的兩端及中間的結(jié)合部。 踝關(guān)節(jié)連接器的強度分析踝關(guān)節(jié)連接器負責(zé)連接虎克鉸鏈與小腿，主要受上面零件重量產(chǎn)生的重力及虎克鉸鏈的反作用力，材料也是鋁合金5052。 踝關(guān)節(jié)連接器強度分析，低于材料強度極限，危險部位為零件中部的連接處。 運動載荷下的強度分析運動載荷強度分析主要在inventor環(huán)境下，對行走條件下的仿人雙足機器人機構(gòu)的零件進行運動載荷下的強度分析。具體做法：在inventor環(huán)境下，通過上文對仿人雙足機器人機構(gòu)行走的運動模擬，在inventor軟件中的運動仿真模塊里將運動模擬得出的運動載荷輸出到應(yīng)力分析模塊中，然后在應(yīng)力分析模塊里完成零件在運動載荷下的強度分析。 足部運動強度分析在inventor環(huán)境下，將足部的運動載荷導(dǎo)入應(yīng)力分析模塊。 足部的運動載荷強度分析，低于材料強度極限，危險位置為足部前部的足耳。 髖關(guān)節(jié)虎克鉸鏈運動強度分析。，低于材料強度極限，危險位置為虎克鉸鏈中部。 髖關(guān)節(jié)平臺運動分析。 髖關(guān)節(jié)平臺運動強度分析，低于材料強度極限，危險位置為髖關(guān)節(jié)平臺前耳。 本章小結(jié)本章主要在inventor環(huán)境下，利用inventor中的應(yīng)力分析模塊及運動仿真模塊，完成了對仿人雙足機器人機構(gòu)零件的強度分析，主要包括靜態(tài)的強度分析和在運動載荷下的強度分析，經(jīng)分析得出仿人雙足機器人的強度滿足設(shè)計要求。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器人機構(gòu)的設(shè)計，并完成以下工作：深入分析了人類腿部的結(jié)構(gòu)，設(shè)計了串聯(lián)加并聯(lián)的仿人雙足機器人機構(gòu)，并在inventor環(huán)境下完成了對仿人雙足機器人機構(gòu)的建模及裝配。通過分析人類運動的特點，得出人類運動時的關(guān)節(jié)曲線，完成了在inventor環(huán)境下對仿人雙足機器人機構(gòu)的運動模擬。在inventor環(huán)境下，利用inventor中的應(yīng)力分析模塊，完成了對仿人雙足機器人機構(gòu)的強度分析。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(yīng)在對仿人雙足機器人機構(gòu)的運動仿真、步態(tài)規(guī)劃等方面進行深入研究。 參 考 文 獻[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。 Automation [8] ://world. honda. /robot/[9] F. Pfeiffer, , . The Concept of Jogging JOHNNIE . IEEE Inter Conf on Robotics amp。 Automation Washington . 2002[10] K. Loffler, M. Gienger, F. Pfeiffer. Sensor and Control Design of a Dynamically Stable Biped Robot. Institute for Applied Mechanics Technical University of Munich .Germany. 2002[11]黃真，孔令富，[12]:[13]:[14]:[15
環(huán)評公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1