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-文庫吧資料
2024-09-06 18:30本頁面
【正文】 目為0，因而對小腿平臺沒有約束，第一分支對小腿平臺有四個(gè)約束，分別是沿X、Y、Z軸向的移動、繞Y軸線的轉(zhuǎn)動。，第一條分支為虎克鉸鏈，共有兩基本副。 踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)簡圖根據(jù)機(jī)構(gòu)簡圖可知，剛性導(dǎo)桿與小腿平臺的連接為移動副（P），剛性連桿與導(dǎo)桿和足部平臺的連接都為球面副（S），小腿平臺與足部平臺之間的連接為虎克鉸鏈（T），繞X軸和Z軸旋轉(zhuǎn)，可根據(jù)以下公式計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度M=d(ng1)+ （21）d為機(jī)構(gòu)的階數(shù)，n為構(gòu)件數(shù)，g為運(yùn)動副數(shù)，為第i個(gè)運(yùn)動副的相對自由度，即為虎克鉸鏈的相對自由度，為兩個(gè)移動副的相對自由度，為四個(gè)球面副的相對自由度。根據(jù)仿人雙足機(jī)器人總體設(shè)計(jì)中的自由度分配，踝關(guān)節(jié)有兩個(gè)自由度，要求踝關(guān)節(jié)的機(jī)構(gòu)形式為并聯(lián)，因此采用虎克鉸鏈來模擬踝關(guān)節(jié)的二自由度結(jié)構(gòu)，保證踝關(guān)節(jié)的二自由度運(yùn)動。通過參考人體結(jié)構(gòu)的比例尺寸，確定仿人雙足機(jī)器人的尺寸如下：。為了使設(shè)計(jì)的仿人雙足機(jī)器人在外形及功能上更加接近于人，對人體比例的研究必不可少?？傮w機(jī)構(gòu)形式為：踝關(guān)節(jié)為并聯(lián)，與膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)串聯(lián)，髖關(guān)節(jié)為一個(gè)類似踝關(guān)節(jié)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)與一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的串聯(lián)。 機(jī)器人機(jī)構(gòu)形式設(shè)計(jì)根據(jù)上文的結(jié)論，人體腿部的踝關(guān)節(jié)有2個(gè)自由度，膝關(guān)節(jié)有1個(gè)自由度，髖關(guān)節(jié)有3個(gè)自由度。踝關(guān)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)屈和伸、內(nèi)收和外展兩組動作，認(rèn)為有兩個(gè)自由度。 機(jī)器人腿部自由度分配根據(jù)上文的人體結(jié)構(gòu)分析可知：髖關(guān)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)屈和伸、內(nèi)收和外展、內(nèi)旋和外旋三組動作，可以認(rèn)為髖關(guān)節(jié)有3個(gè)自由度。而后參考人體的尺寸和國內(nèi)外機(jī)器人機(jī)構(gòu)，確定仿人雙足機(jī)器人的總體尺寸、關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)形式及驅(qū)動方式。 仿人雙足機(jī)器人總體設(shè)計(jì)[15] 通過上文中對人體下肢關(guān)節(jié)和肌肉的分析可以得出：人體下肢的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，肌肉連接的樣式繁多，要使設(shè)計(jì)出的仿人雙足機(jī)器人完全的擬人是不可能的。外側(cè)群有腓骨長肌和腓骨短肌，皆起于腓骨外側(cè)，主要作用是使足外翻，支撐足弓。小腿肌可分為三群：前群在骨間膜的前面，外側(cè)群在腓骨的外側(cè)面，后群在骨間膜的后面。大腿后群肌肉包括股二頭肌、半腱肌及半膜肌，主要作用是屈膝、伸髖和微旋小腿。股四頭肌特別發(fā)達(dá)，它的4個(gè)頭分別為股內(nèi)側(cè)肌、股中間肌、股外側(cè)肌和股直肌，主要作用伸直小腿和輔助屈大腿。大腿前側(cè)肌群的縫匠肌呈扁帶狀，是人體最長的肌，是大腿前側(cè)肌群和內(nèi)側(cè)肌群外形上的分界線。主要位于臀部的髖外肌群由臀大肌、臀中肌、臀小肌和梨狀肌等構(gòu)成，主要作用是屈伸髖關(guān)節(jié)。髖內(nèi)肌群主要是由腰大肌和髂肌組成的髂腰肌。大腿肌可分為前群、內(nèi)群和后群，分別位于股部的前面、內(nèi)側(cè)面和后面。圖 下肢肌肉解剖分析下肢肌主要有髖肌、大腿肌和小腿肌。髖關(guān)節(jié)四周有韌帶加強(qiáng)，主要是髂骨韌帶長而堅(jiān)韌，位于髖關(guān)節(jié)前面，可限制大腿過度后伸，對維持人體直立有重要意義。髖臼橫韌帶橫架在髖臼切跡上，與切跡圍成一孔，有神經(jīng)和血管等通過。髖關(guān)節(jié)髖關(guān)節(jié)屬于杵臼關(guān)節(jié)，由股骨頭和髖臼相對構(gòu)成。膝關(guān)節(jié)為滑車關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)囊堅(jiān)韌，韌帶較多，囊內(nèi)韌帶為前、后交叉韌帶，囊外韌帶有前方的髕韌帶，內(nèi)側(cè)的脛側(cè)副韌帶，外側(cè)的腓側(cè)副韌帶等。踝關(guān)節(jié)脛、腓骨下端的關(guān)節(jié)面及距骨滑車構(gòu)成踝關(guān)節(jié)，特點(diǎn)是：關(guān)節(jié)面前寬后窄，關(guān)節(jié)囊前后松弛，兩側(cè)有側(cè)副韌帶加強(qiáng)，因此踝關(guān)節(jié)可以做足背屈、伸運(yùn)動，也可以在較小范圍內(nèi)外翻轉(zhuǎn)。骨骼肌主要分布于頭、頸、軀干和四肢，絕大部分上呈多層分布，并且對稱于人體中軸線。如下肢的踝關(guān)節(jié)能作屈和伸、內(nèi)收和外展兩組動作，膝關(guān)節(jié)能做屈和伸、內(nèi)旋和外旋兩組動作，髖關(guān)節(jié)能做屈和伸、內(nèi)收和外展、內(nèi)旋和外旋三組動作。骨架是一個(gè)完整的系統(tǒng)，是人體其他系統(tǒng)的基礎(chǔ)，支撐著人類的軀體、保護(hù)著人體內(nèi)部的臟器，既堅(jiān)固、輕巧又便于運(yùn)動，人體的關(guān)節(jié)是指骨與骨之間有腔隙的骨連結(jié)，一般由相接的兩骨相對形成，能活動的稱為“活動關(guān)節(jié)”，不能活動的稱為“不動關(guān)節(jié)”，本文這里說的關(guān)節(jié)都指活動關(guān)節(jié)。 人體下肢分析[12][13]骨、骨連結(jié)和骨骼肌共同組成生物體運(yùn)動系，它們在神經(jīng)系統(tǒng)的控制下對人體起著保護(hù)、運(yùn)動和支持的作用[14]。其次要求所設(shè)計(jì)的仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)的外形，各部位的質(zhì)量比與人類接近。2 仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 仿人雙足機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是有關(guān)仿人雙足機(jī)器人一切研究的基礎(chǔ)和載體，是仿人雙足機(jī)器人最基本的構(gòu)成。設(shè)計(jì)仿人雙足機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在inventor環(huán)境下對機(jī)器人的零件進(jìn)行設(shè)計(jì)、建模、以及整體機(jī)構(gòu)的裝配。要求其機(jī)構(gòu)具有體積小，重量輕，外形類人，關(guān)節(jié)功能上實(shí)現(xiàn)人體功能，驅(qū)動合理，使機(jī)構(gòu)在動作和功能上盡可能的仿人，同時(shí)滿足穩(wěn)定性要求，主要工作如下：回顧仿人雙足機(jī)器人的發(fā)展歷史，對國內(nèi)外仿人雙足機(jī)器人的機(jī)構(gòu)形式、驅(qū)動方式、自由度分配、實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行分析對比，確定所要設(shè)計(jì)的機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)形式。 本課題研究的主要內(nèi)容“仿人雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”是在分析人體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)研究一種仿人雙足機(jī)器人行動機(jī)構(gòu)。 腿部結(jié)構(gòu)示意圖從仿人雙足機(jī)器人的驅(qū)動方式上來看，主要有電氣驅(qū)動，液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動。這種結(jié)構(gòu)雖然可以實(shí)現(xiàn)雙足步行，但是由于缺少膝關(guān)節(jié)，不僅使得機(jī)器人的步態(tài)無法擬人而且步幅較小。（2）串聯(lián)機(jī)構(gòu)在機(jī)構(gòu)形式上為多個(gè)空間旋轉(zhuǎn)自由度的串聯(lián)，機(jī)構(gòu)形式不夠緊湊，因此帶來了體積和重量上的問題，進(jìn)而影響機(jī)器人的整體性能。同時(shí)它還具有人類的視覺、語音和平衡功能，并且首次在國際上模仿中國傳統(tǒng)的太極拳、刀術(shù)等復(fù)雜動作。重76kg，全身共32自由度，步速為1km/h。腿部為串聯(lián)機(jī)構(gòu)，通過電機(jī)經(jīng)諧波減速驅(qū)動關(guān)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的動作。2004年6月成功研制出能用腳踢足球的雙足類人足球機(jī)器人。哈爾濱工業(yè)大學(xué)早在1985年就開始研制雙足機(jī)器人，截止1995年已經(jīng)成功研制出HITⅠ、HITⅡ、HITⅢ三個(gè)型號。德國慕尼黑技術(shù)大學(xué)應(yīng)用力學(xué)實(shí)驗(yàn)室研制出的Johnnie雙足機(jī)器人，重40kg，兩條腿共12個(gè)自由度，通過直流電機(jī)來配合輕質(zhì)齒輪減速器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動[9][10]。相比傳統(tǒng)的雙足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)來說，它的執(zhí)行元件承受的負(fù)載要更小，相對負(fù)載能力更強(qiáng)。、P3和ASIMO機(jī)器人。 P3是P2的升級版，體重卻減少了近70kg，行動能力大幅提升。 HRP2機(jī)器人日本本田公司按研制時(shí)間先后，把所研制出的仿人雙足機(jī)器人分別命名為PPP3。HRP3機(jī)器人為防塵防水構(gòu)造，在易滑的冰面上。 WABIAN系列機(jī)器人日本東京大學(xué)制研的HHH7系列機(jī)器人，是完全仿人形的，特別是H7型機(jī)器人，重55kg，下肢比一般的雙足機(jī)器人多了兩個(gè)足趾關(guān)節(jié)的自由度，擁有三軸加速度傳感器，可以通過腳部配備的六維力傳感器識別觸地狀態(tài)，因此它可以模擬人類的足尖行走[7]。該機(jī)器人體重為130kg，可載荷30kg，每步45s的靜態(tài)步行[5]。但是由于氣體的可壓縮性，該機(jī)
環(huán)評公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1