兩足步行機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及步態(tài)規(guī)劃研究.pdf

1、類人機(jī)器人一直是機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，是目前科技發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。它匯集了機(jī)械、電子、通訊、自動(dòng)控制、仿生等諸多學(xué)科最新的研究成果，代表了機(jī)電一體化的最高成就，反映了一個(gè)國(guó)家智能化和自動(dòng)化研究的水平。 雙足行走是類人機(jī)器人最基本也是最難實(shí)現(xiàn)的功能，因而以實(shí)現(xiàn)雙足步行為目標(biāo)的兩足步行機(jī)器人研究是智能型類人機(jī)器人研究的基礎(chǔ)。本文以實(shí)現(xiàn)基本行走功能的兩足步行機(jī)器人為研究目標(biāo)，對(duì)實(shí)現(xiàn)此功能的相關(guān)技術(shù)展開(kāi)了研究。 首先，分析了

2、人類行走動(dòng)作，在自由度配置、運(yùn)動(dòng)范圍分析以及驅(qū)動(dòng)元件選型的基礎(chǔ)上對(duì)兩足步行機(jī)器人下肢機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 其次，在建立了機(jī)器人數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了分析，結(jié)合本機(jī)器人結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算采用了幾何法與數(shù)值法相結(jié)合的方法，給出了機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解析解。隨后本文對(duì)機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃進(jìn)行了研究，將機(jī)器人踝關(guān)節(jié)相對(duì)于身體基坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)軌跡分為四個(gè)部分，利用插值方法得到直角坐標(biāo)空間軌跡，并使用運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解結(jié)果得到各個(gè)關(guān)節(jié)軌跡，軌

3、跡連續(xù)、平滑。此外，本文利用計(jì)算機(jī)圖形程序接口OpenGL建立機(jī)器人三維仿真觀測(cè)環(huán)境，采用模擬發(fā)送脈沖方式驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)展示機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和步態(tài)規(guī)劃的可行性。 最后，利用運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS模擬仿真了機(jī)器人在實(shí)際地面上的行走步態(tài)。首先在三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件SolidWorks中建立了機(jī)器人簡(jiǎn)化模型，導(dǎo)入到ADAMS中，再利用步態(tài)規(guī)劃中得到的關(guān)節(jié)軌跡控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，觀察機(jī)器人在地面上行走情況，并進(jìn)一