雙足機(jī)器人步行仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、仿人機(jī)器人是一個(gè)熱門的研究領(lǐng)域，匯集了計(jì)算機(jī)、電子、通信、自動(dòng)控制、傳感器等多各領(lǐng)域的尖端技術(shù)，代表了機(jī)電一體化的最高成就。雙足機(jī)器人是仿人機(jī)器人研究的基礎(chǔ)，關(guān)節(jié)眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有必要在物理樣機(jī)制造之前，建立一套虛擬原理樣機(jī)系統(tǒng)。本文以雙足機(jī)器人為研究對(duì)象，主要做了以下幾方面的工作。 首先，回顧和總結(jié)了仿人機(jī)器人的研究歷史和發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)國(guó)內(nèi)外各主要研究機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的仿人機(jī)器人進(jìn)行了分析和對(duì)比，并介紹了本文研究的主要內(nèi)容。 接

2、著，根據(jù)人體結(jié)構(gòu)比例給出了雙足機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，主要包括髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)和腳部的設(shè)計(jì)。為了使所設(shè)計(jì)的機(jī)器人能夠模擬人的動(dòng)作，參考人的各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍，定義了機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)角的運(yùn)動(dòng)范圍。 其次，由于仿人機(jī)器人大部分的重量集中在上半身，因此可以把機(jī)器人看作是一個(gè)倒立擺，根據(jù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)機(jī)器人采用倒立擺原理進(jìn)行了離線的步態(tài)規(guī)劃，并通過(guò)ZMP判定準(zhǔn)則驗(yàn)證了步態(tài)的穩(wěn)定性。 再次，利用動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS建立了雙

3、足機(jī)器人的虛擬樣機(jī)，利用Matlab中的Simulink工具箱建立了機(jī)器人的控制系統(tǒng)，通過(guò)ADAMS/Controls接口模塊實(shí)現(xiàn)了兩者的聯(lián)合仿真，驗(yàn)證了步態(tài)規(guī)劃、控制算法的有效性，并得到了機(jī)器人在步行過(guò)程中各個(gè)關(guān)節(jié)的力矩變化曲線，為選擇電機(jī)、減速器等部件提供了依據(jù)。 最后，搭建了雙足機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并在上面進(jìn)行了單關(guān)節(jié)調(diào)試、多關(guān)節(jié)調(diào)試、下地步行與其它規(guī)劃動(dòng)作調(diào)試等實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中機(jī)器人各關(guān)節(jié)達(dá)到了較高的伺服精度，整體運(yùn)行協(xié)調(diào)、平