【正文】 Automation [8] ://world. honda. /robot/[9] F. Pfeiffer, , . The Concept of Jogging JOHNNIE . IEEE Inter Conf on Robotics amp。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。 本章小結(jié)本章主要在inventor環(huán)境下，利用inventor中的應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計要求。 髖關節(jié)平臺運動分析。 髖關節(jié)虎克鉸鏈運動強度分析。 足部運動強度分析在inventor環(huán)境下，將足部的運動載荷導入應力分析模塊。 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的零件進行運動載荷下的強度分析。 踝關節(jié)連接器的強度分析踝關節(jié)連接器負責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。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。具體做法是在inventor環(huán)境下利用inventor中的應力分析模塊對關鍵零件進行強度分析。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，來檢驗機構的強度，優(yōu)化設計。 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(zhuǎn)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。 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。 腿部各關節(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進行運動模擬。 本文在分析人類步態(tài)的條件下，得到人類行走時各個關節(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進行簡單的運動模擬，檢驗機構的運動性能，進一步優(yōu)化機器人機構的設計。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。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。既滿足了機器人所需的驅(qū)動力，又減小了機構體積，減輕了機器人的總體重量。采用液壓驅(qū)動是經(jīng)過多重考慮的，液壓驅(qū)動可以輸出較大的動力和力矩，精度高，設計中將液壓缸直接做成關節(jié)的一部分，結(jié)構簡單、緊湊，符合設計的要求。 仿人雙足機器人總體結(jié)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(jié)構類似。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。當兩側(cè)液壓缸同時進出油液且速度相同時，帶動兩側(cè)的液壓缸活塞同步運動，活塞帶動髖關節(jié)連桿同步運動，使大腿實現(xiàn)屈伸運動。 髖關節(jié)各零件圖 髖關節(jié)裝配圖：當大腿兩側(cè)的液壓缸進出油液時，油液在液壓缸內(nèi)運動，給液壓缸活塞一個推動力，由于液壓缸活塞的上端與髖關節(jié)導桿相連，力通過活塞傳給髖關節(jié)導桿作用在髖關節(jié)平臺上。結(jié)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。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)零件圖 膝關節(jié)裝配圖當大腿后部的液壓缸進出油液時，油液帶動液壓缸活塞運動，由于液壓缸活塞下端與膝關節(jié)連桿的上端相連，因此膝關節(jié)連桿在活塞的帶動下產(chǎn)生運動，從而帶動小腿運動，實現(xiàn)小腿的屈伸。液壓缸位于大腿后方，主要負責為膝關節(jié)提供動力，屈伸小腿。從圖中可以得出n=3，p5=4，p4=0，將數(shù)據(jù)帶入公式（23）中得：根據(jù)我們之前的分析可知：導桿為膝關節(jié)的源動件，源動件數(shù)為1，等于機構的自由度數(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(jié)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。 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(zhuǎn)運動，即大腿與小腿之間采用一個旋轉(zhuǎn)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(qū)動膝關節(jié)。兩側(cè)液壓缸同時進出油液且速度相同時，帶動兩側(cè)的液壓缸活塞同步運動，活塞帶動足部的連桿同步運動，使足部實現(xiàn)屈伸運動。 踝關節(jié)結(jié)構圖在inventor環(huán)境下對踝關節(jié)的各個零件進行三維建模。小腿連接器下端的定位孔與踝關節(jié)連接器上端的定位孔通過一個定位螺栓相連，小腿連接器的上端通過四個螺紋孔與小腿相連。根據(jù)公式（21）可得：M=d(ng1)+由于機構中連桿有繞自身旋轉(zhuǎn)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。第一條分支的螺旋表示為：$1： $1： 反螺旋表示為：$r1： $r2： $r3： $r4：其余兩條分支的螺旋表示為$1： $2： $3： $4： $5：1 0 0；0 a5 b5） $6：0 1 0；a6 0 b6） $7：0 0 1；a7 b7 0） 從上式可以看出其余兩條分支反螺旋數(shù)