【導(dǎo)讀】國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r??受到普遍關(guān)注，并成為智能機(jī)器人領(lǐng)域中最活躍的研究熱點(diǎn)之一。應(yīng)環(huán)境的仿人機(jī)器人一直是人類的夢(mèng)想之一。世界上最早的仿人機(jī)器人研究組織誕。關(guān)鍵的一步——兩足步行。機(jī)器人機(jī)P2，2021年11月，又推出了最新一代的仿人機(jī)器人ASIMO。也在2021年12月獨(dú)立研制出了我國(guó)第一臺(tái)仿人機(jī)器人。傳感器是機(jī)器人獲得智能的重要手段，如何組合傳感器攝取的信息，并有效地加以運(yùn)用，是基于傳感器控制的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自治的先決條件。

　　

【正文】 m 合適。 鹽城工學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2021 21 電機(jī)支撐板的設(shè)計(jì)與校核 電機(jī)支撐板 外形尺寸如圖 52，它主要起著電機(jī)與電機(jī)盒的連接作用，由于電機(jī)支撐板成 90 度形狀， 所以在拐角處是危 險(xiǎn)截面，需一定的強(qiáng)度，現(xiàn)支撐板的厚度初定為 8mm，為了保證其彎曲強(qiáng)度不超過(guò)規(guī)定值，需對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。 圖 52 電機(jī)支撐板結(jié)構(gòu)草圖 經(jīng)計(jì)算，支撐板的體積為 18370 3mm 。 PVC 材料的密度為 ，可算得電機(jī)支撐板的質(zhì)量為 。 計(jì)算小齒輪的 圓周力 ，徑向力 112 2 1 6 0 1620t TFNd ?? ? ? （ 55） ta n 16 ta n 20 F N?? ? ? ? ? ? （ 56） 計(jì)算支撐板上的彎矩 ? ? ? ?5 .8 2 2 0 7 6rM F l F F l N m m?? ? ? ? ? ? ? ? ?電 板 計(jì)算抗彎截面系數(shù) 22 38 3 5 1 6 3 3 . 366bhW m m?? ? ? 計(jì)算支撐板的彎曲強(qiáng)度 ? ?76 4 6 . 5 8 3 . 21 6 3 3 . 3aaM M P M PW??? ? ? ? ? 所以 電機(jī)支撐板的厚度選 8mm 合適。 仿人型機(jī)器人總體及臂手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 6. 仿人型機(jī)器人 三維造型及 運(yùn)動(dòng)仿真 仿人型機(jī)器人三維造型 根據(jù)以上結(jié)構(gòu)的確定，我用 PRO/E 對(duì)仿人型機(jī)器人上所 有 結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維造型 ，用 PRO/E 造型能夠清楚的體現(xiàn)出仿人型機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)，是機(jī)械設(shè)計(jì)中建模、裝配、工程圖、仿真、分析和制造的首選工具。 由于本 課題 設(shè)計(jì)的仿人型機(jī)器人零部件比較簡(jiǎn)單， 零件的具體畫法 在這不加詳細(xì)說(shuō)明 ，下面就仿人機(jī)器人的裝配關(guān)系說(shuō)明一下。本次裝配是從肩部盒開始，首先把肩部盒從已做好的三維 造型中調(diào) 出 ，再把電機(jī)支撐板 也調(diào) 出 ，之后根據(jù)裝配關(guān)系，利用元件放置約束把裝配在一起時(shí)的 4 個(gè)螺釘孔對(duì)齊，就這樣肩部盒與電機(jī)支撐板裝配完成，再把步進(jìn)電機(jī)調(diào)出，同樣也用一些約束把電機(jī)與電機(jī)支撐板裝配在一起，然后再把齒輪、軸套、軸逐個(gè)調(diào)出與裝配，就這樣一個(gè)肩部盒內(nèi)部的所以零件全部裝配結(jié)束。其余可以根據(jù)同樣的步驟把整個(gè)仿人機(jī)器人裝配起來(lái)。下圖 61 是本次設(shè)計(jì)的仿人機(jī)器人三維造型。 圖 61 仿人型機(jī)器人三維造型 本課題 我們?cè)O(shè)計(jì)的仿人型機(jī)器人，高 930，重 12Kg，共有 19個(gè)自由度，其中頭部 1 個(gè)自由度，肩關(guān)節(jié) 2 個(gè)自由度，肘關(guān)節(jié) 1 個(gè)自由度，腕關(guān)節(jié) 1 個(gè)自由度，腰關(guān)節(jié) 2個(gè)自由度，膝關(guān)節(jié) 1 個(gè)自由度， 踝關(guān)節(jié) 2個(gè)自由度。 鹽城工學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2021 23 仿人型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真 由于仿人型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模型與人體的運(yùn)動(dòng)模型是不同的，所以捕獲的人體的動(dòng)作數(shù)據(jù)不能直接應(yīng)用于仿人型機(jī)器人，需要通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)匹配將獲取的人體動(dòng)作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)約束的仿人型機(jī)器 人運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。機(jī)器人上肢在空中運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)學(xué)約束條件只包括關(guān)節(jié)范圍及自由度的數(shù)目。由于仿人型機(jī)器人腳與地面之間接觸的約束條件是仿人型機(jī)器人穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，因此下肢動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)約束條件還必須包括地面接觸約束條件。 動(dòng)力學(xué)匹配是對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)匹配后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 ， 使其符合機(jī)器人動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性 ，用來(lái)驅(qū)動(dòng)仿人型機(jī)器人完成穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的處理過(guò)程 。 另一方面 ， 由于通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)匹配和動(dòng)力學(xué)匹配后得到的仿人型機(jī)器人動(dòng)作可能與人體的動(dòng)作大不相同 ， 若要求達(dá)到以人體的動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)為樣本 ， 使其保持與人體動(dòng)作的一致性 ， 還要滿足動(dòng)作相似性約束條件 。 仿人型機(jī)器人舞蹈運(yùn)動(dòng)分析 現(xiàn)在各國(guó)研究的仿人機(jī)器人主要有跳舞機(jī)器人 、步行 機(jī)器人 及服務(wù)機(jī)器人等，本課題 設(shè)計(jì) 的 仿人型機(jī)器人上身主要 完成舞蹈動(dòng)作 。 當(dāng) 仿人機(jī)器人手臂達(dá)到如圖 52所示時(shí)，肩部電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 180度。 圖 62 仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 仿人機(jī)器人重力分析 如圖 62所示， 1m 、 2m 分別是手臂和身軀的重量，其值分別為 、 。 求作用在手臂與身軀上的力 1F ， 2F 11 4F m g N? ? ? ? 22 2 .2 9 .8 2 1 .5 6F m g N? ? ? ? 假設(shè)重心在 AA截面上，根據(jù)平衡方程 仿人型機(jī)器人總體及臂手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 ? ? ? ?1 2 1430 430 30F x F x F x? ? ? ? ? ? ? ? ?17 .6 4 21 .5 6 43 0 17 .6 4 43 0 30x x x? ? ? ? ? 得 mm? 由所得結(jié)果可知，如圖 62所示舞蹈動(dòng)作的重心落在一個(gè)腳上，并沒(méi)有落在腳的外側(cè)，所以腰關(guān)節(jié)不需要偏移角度也能保證仿人機(jī)器人不倒。 至于一些別的舞蹈動(dòng)作，比如雙手同時(shí)向上抬起、雙手鼓掌等動(dòng)作的重心都落在整個(gè)腳上，所以腰關(guān)節(jié)也不需要偏移角度。 由于我做的是仿人機(jī)器人上身，所以對(duì)于下肢的步態(tài)分析問(wèn)題在這不詳細(xì)說(shuō)明，但重心問(wèn)題和上肢的重心分析基本一致。 鹽城工學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2021 25 7 結(jié)論 本 次 設(shè)計(jì)的仿人型機(jī)器人 具有類似于人的各主要關(guān)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)步行和手臂簡(jiǎn)單舞蹈等基本動(dòng)作， 本 次設(shè)計(jì) 主要完成了以下工作： 仿人型機(jī)器人的總體外形是以方形為主，且用最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)仿人機(jī)器人的 基本運(yùn)動(dòng)，此仿人機(jī)器人設(shè)計(jì)成 19個(gè)自由度。各個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)用步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方式是用最為普遍的齒輪傳動(dòng)，此傳動(dòng)方式具有精度高、定位安裝方便、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。 仿人機(jī)器人上的所以零件都已畫成三維圖并裝配成整體，能更好的體現(xiàn)出仿人機(jī)器人的外形，并以便運(yùn)動(dòng)仿真。著重說(shuō)明了仿人機(jī)器人做舞蹈動(dòng)作時(shí)的重力分析。 仿人型機(jī)器人總體及臂手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 參考文獻(xiàn) [1] 賈丁 .仿人機(jī)器人概述 [J]．機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用 ,2021,（ 5） :67. 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