两足步行机器人机构设计及步态规划研究

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类人机器人一直是机器人领域的研究热点,是目前科技发展最活跃的领域之一。它汇集了机械、电子、通讯、自动控制、仿生等诸多学科最新的研究成果,代表了机电一体化的最高成就,反映了一个国家智能化和自动化研究的水平。 双足行走是类人机器人最基本也是最难实现的功能,因而以实现双足步行为目标的两足步行机器人研究是智能型类人机器人研究的基础。本文以实现基本行走功能的两足步行机器人为研究目标,对实现此功能的相关技术展开了研究。 首先,分析了人类行走动作,在自由度配置、运动范围分析以及驱动元件选型的基础上对两足步行机器人下肢机构进行了设计。 其次,在建立了机器人数学模型的基础上,对机器人运动学进行了分析,结合本机器人结构特点,机器人逆运动学计算采用了几何法与数值法相结合的方法,给出了机器人逆运动学解析解。随后本文对机器人步态规划进行了研究,将机器人踝关节相对于身体基坐标系运动轨迹分为四个部分,利用插值方法得到直角坐标空间轨迹,并使用运动学逆解结果得到各个关节轨迹,轨迹连续、平滑。此外,本文利用计算机图形程序接口OpenGL建立机器人三维仿真观测环境,采用模拟发送脉冲方式驱动机器人关节运动,实时展示机器人运动状态,验证运动学分析和步态规划的可行性。 最后,利用运动学动力学仿真软件ADAMS模拟仿真了机器人在实际地面上的行走步态。首先在三维机械设计软件SolidWorks中建立了机器人简化模型,导入到ADAMS中,再利用步态规划中得到的关节轨迹控制机器人运动,观察机器人在地面上行走情况,并进一步验证了步态规划的可行性。
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