拳击机器人平面快速移动机构的研究

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仿人机器人是现代科学史上的重要产物,因其能够精准完成特殊环境中的作业并且具有高效性,所以被广泛使用在各个产业中。近几年来,为了实现不同作业要求,机器人的结构也变得越发多样化,所能实现的功能也变得越来越多,但其结构大多都比较单一,有的甚至存在自由度冗余以及不足的情况。科研人员为了使机器人精准实现相关动作,将研究重点几乎都放在如何提升机器人的控制精度方面,对其结构设计投入较少,忽略了机器人的结构创新。基于此,本文研究开发出一款拥有近距离快速闪避以及快速移动功能的仿人移动型机器人。主要从机构设计方面进行了机器人的三维设计建模,然后完成了理论计算、仿真模拟以及实验测试三者之间的相互论证,从而检验了模型创建的准确性。首先,查阅国内外近代机器人的研究进展、发展趋势以及结构设计的特点,完成结构创新性设计,研究开发出一种具有近距离快速闪避以及全方位移动的拳击机器人。完成了拳击机器人三维模型的创建和控制系统的设计。参照拳击手的出拳速度,确定闪避动作运动时间,根据人体正面遇袭反应,初步确定理论闪避动作,对其进行整理以后,最终获得了拳击机器人腰部的实际闪避动作以及运动时间。其次,根据脚部移动机构的机械特性和运动特点,对其完成了运动学与动力学理论计算研究,并且介绍了相关移动方式以及实施方法;创建了移动机构的世界坐标系和局部坐标系,得到了两者得变换关系;结合差速器的转速分配原则,采用差速原理得到了移动机构运动学的正解以及逆解数学表达式;最后分析了运动学约束方程,目的为保证橡胶轮在运动的时候为纯滚动,防止侧向滑动现象的出现。选择拉格朗日法完成移动机构的动力学研究计算,在建立坐标系的基础上,结合差速器的扭矩分配原理,获得了移动机构动力学数学方程。最后,选择UG制图模块创建拳击机器人的三维装配体,完成相应简化之后,导进Adams里面,然后重新设定每个零件对应的材料。依据移动机构的运动关系以及部件关联,创建驱动、重力、约束以及接触等。设定相关参数以后,完成了拳击机器人的仿真模拟,得到相关的仿真参数曲线。根据拳击机器人的装配关系完成实体装配,然后进行实验测试。最终完成了理论分析、仿真模拟以及实验测试之间的相互验证,完成了误差分析,进一步验证了拳击机器人能够完成近距离快速闪避和全方位快速移动功能。
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