雙足步行機器人步態(tài)設計及其運動控制研究.pdf

1、雙足步行機器人是機器人研究領域的熱點，它集機械、電子、計算機、仿生學、自動控制、多傳感器及人工智能等多門學科于一體。課題旨在設計一種結構簡單的小型雙足步行機器人，在此基礎上對雙足步行機器人的步行機理、步行參數(shù)及運動控制進行研究，為設計自主智能雙足步行機器人打下基礎。 論文結合人類下肢關節(jié)的結構特點，并對其進行簡化，為雙足步行機器人下肢配置了10個自由度，經(jīng)過驅動元件性能的比較與機器人所需轉矩的初步估算，選擇了轉矩為6.80kg·

2、cm的舵機作驅動，然后在Pro/E平臺上設計了機器人各關節(jié)及其他零部件，并對虛擬模型進行干涉檢查與測量，測得機器人總體高為241.5mm，寬為114.5mm。 在步態(tài)設計的基本原則下，采用基于力學穩(wěn)定性的步態(tài)設計方法，結合人類的行走習慣與特性，設計出直線行走、靜態(tài)轉彎、上樓梯的姿態(tài)及各關節(jié)的轉向，確定了各關節(jié)轉角的大小并對其進行三次多項式插值，同時對人類原地轉體運動進行研究并作反向設想，闡述了機器人沒有轉體自由度而實現(xiàn)靜態(tài)轉彎的

3、原理，并推導出機器人上樓梯的幾何約束條件。 通過接口軟件Mechanism/Pro將Pro/E下的三維模型導入到ADAMS環(huán)境下，然后添加材料、力及約束，建立虛擬樣機模型，再將前面的步態(tài)設計數(shù)據(jù)帶入虛擬樣機并進行步態(tài)運動仿真，得到直線行走、靜態(tài)轉彎及上樓梯動作的仿真動畫，驗證了機構設計與步態(tài)設計的正確性與有效性。 借助ADAMS的后處理模塊，測量出機器人各關節(jié)轉矩、行走沖擊力、零件質(zhì)心軌跡，并進行分析與運算，說明舵機選擇