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文档简介

单驱动躲闪机器人的研究与开发仿人机器人与普通机器人相比具有更高的灵活性,其行为动作与人类更加相似,在特定情况下可以辅助或者代替人类完成许多高危险性的工作,是机器人领域中最重要的分支之一。近些年,随着科技水平的大大提高,世界各国针对仿人机器人的研制投入了巨大精力,仿人机器人得到了空前的发展,能够实现的功能越来越多,适应未知环境的能力也越来越强,然而目前对机器人的结构设计研究较少,而且多模态的动作也对机器人的本体结构设计、高精度的传动机构等核心机械结构提出了许多特殊要求。基于此本文主要设计了一台具有躲闪功能的仿人机器人,针对机器人的躯干结构进行了相关研究,完成了机器人实物装配并且通过对机器人躲闪功能的实验测试,验证了结构设计的合理性。首先,通过阅读大量文献了解国内外仿人机器人发展现状,分析现在主流仿人机器人的结构设计;根据人类躯干的躲闪动作,设计了一种具有躲闪功能的仿人机器人结构,并对主要组成模块进行了选型设计。参考人体的稳定极限和人类的应急反应时间,初步设定机器人的躲闪位移和躲闪时间,通过比较分析各种情况下机器人的运动速度和时间,确定了机器人的最佳躲闪动作和相关的运动参数。其次,对躲闪机器人进行运动学和动力学理论研究分析和计算。运用D-H法建立基于各个运动关节的空间坐标系,根据空间刚体的位姿变换得到机器人不同部位的位姿矩阵,建立机器人不同部位的运动学模型,最后计算得到了机器人各部分的输出变换矩阵即运动学正解并进行了验证,在此基础上利用反变换法求得机器人各部分的运动学逆解。通过分析几种常用的机器人动力学建模方法的优缺点并结合本文机器人的结构特点,选择运用拉格朗日方程(LagrangeEquation)对机器人进行动力学研究分析;建立基于机器人运动关节的广义坐标系,选择各关节的运动变量作为广义坐标,建立基于机器人不同部位的动力学模型,通过计算得到了机器人不同部位不同运动关节的动力学方程。最后,利用SolidWorks构建躲闪机器人装配体结构并进行简化,导入ADAMS软件中建立躲闪机器人的虚拟样机模型。依照设计要求,定义各零部件的材料属性,根据结构关系,添加约束、创建驱动、施加摩擦力。通过运动学和动力学仿真分析,利用ADAMS后处理模块对结果进行提取,得到了仿人机器人不同躲闪动作时,不同关节的运动角速度曲线、运动位移曲线和扭矩曲线;通过ADAMS仿真并结合MATLAB软件最终获得了机器人躲闪运动轨迹的曲线图;接下来完成了机器人实物装配并进行实验测量,得到机器人各关节的实际运动速

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