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拟人 步行 机器人 设计 10 cad 图纸 文档 全套 资料

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内容简介：

拟人步行机器人的设计方案 双足步行机器人本体的机械结构是研究机器人的基础，结构的好坏直接影响到机器人后续的研究工作。以双足类人结构特征为基础，各研究结构研制的双足机器人在自由度，驱动方式，重量，高度与结构特征等方面都存在很大的差异。机器人结构的不同，其控制的方式也有所不同。两足步行机器人是对人类自身的模仿，但是人类总共有上肢52对，下肢62对，背部112对，胸部52对，腰部8对，颈部16对，头部25对之多的肌肉。从目前的科学发展情况来看，要控制具有400个双作用式促进器的多变量系统是不可能的，因此，在设计步行机械时，人们只考虑移动的基本功能。例如，只考虑在平地或者具有已知障碍物的情况下的步行。郑元芳博士从仿生学的角度对类人机器人的腿部自由度配置进行了深入的研究，得出关节扭矩最小条件下两足步行机器人的自由度配置。他认为髋部和踝部设两个自由度，可使机器人在不平地面上站立，骸部再加一个扭转自由度，可改变行走方向，踝关节处加一个旋转自由度可使脚板在不规则表面上落地，这样机器人的腿部需要有72个自由度(骸关节3个，膝关节1个，踝关节3个)。但是，无论现在的两足步行机器人还是拟人机器人都还只能在规则路面上行走，所以各研究机构都选择了62个自由度(踝关节3个，膝关节1个，踝关节2个)，如:哈尔滨工业大学的HIT-m、国防科技大的“先行者”、本田公司的AsIMO和索尼公司的SDR和QRIO。具有62个自由度的机器人的机械结构和控制都特别的复杂。按照在能完成研究目标的情况下，自由度最少的设计原则，在过去的四十年中，为了不同的研究目标，人们设计了许多具有不同自由度的两足步行机器人，按照行走过程中的稳定方式，两足步行机器人一般分为三类:(1) 静态机器人，这类步行机器人的COM(Censer of Mass)始终处于支撑多边形(单脚支撑期为支撑脚的轮廓线，双脚支撑期为两只脚的外边沿所围成的凸多边形)内，所以只能实现静态行走；(2) 动态机器人，这类步行机器人有踝关节，依靠踝关节来保证它的ZMP点(Zero Momeni Censer)始终处于支撑多边形内，所以可以实现静态行走和动态行走；(3) 全动态机器人，这类步行机器人的踝关节没有驱动，甚至没有踝关节所以，支撑多边形在单脚支撑期缩小成一个点，在双脚支撑期缩小为一条线段，所以，这类机器人不能保持静态平衡，只能实现动态行走8， 9。 自由度数最少的两足步行机器人只有一个自由度，如图2.1所示。这类机器人没有躯干，两条腿直接铰链在一起。这类机器人理论上只有一个自由度，实际上，为了防止摆动腿摆动时和地面干涉，这两条腿都必须是可以伸缩的。加上这两个平移自由度，这个机器人实际上有3个自由度。它的运动学模型是平面的，没有侧向运动，在径向平面内的运动象一个两脚圆规。在双脚支撑期，没有冗余自由度。这类两足步行机器人不能保持静态平衡，属于完全动态机器人，在仅受重力作用时，可以在斜面上行走。图1 一个自由度的两足步行机器人双足机器人的自由度配置我们设计了一个双足步行机器人模型，如图2所示。显著的结构特征就是采用多关节型结构。行走机构能实现平地前后行、爬斜坡等功能。动力源采用舵机直接动，这样不但可以实现结构紧凑、传动精度高以及大大增加关节所能达到的最大角度，而且驱动源全为电机，便于集中控制和程序化控制。图3 双足步行机器人模型图3模仿人类，肩关节三个自由度，前向和侧向自由度，一般不考虑转动的自由度。肘关节两个自由度前向和侧向自由度，腕关节一个自由度。踝关节有两个自由度，前向和侧向自由度: