类人形机器人是一个热门的研究领域,它体现出了一个国家的技术水平。因此,每年都有许多国家投入大量的人力物力进行这方面的研究,同时,也取得了非常好的研究成果。本文也以类人形机器人为研究对象,主要做了以下几方面的研究工作:一、给出了机器人下肢的详细设计方案,包括主要零部件的选型,机器人主要四个部位的关节――髋关节、膝关节、踝关节、脚趾关节的设计方案,以及整个脚掌的设计方案。给出机器人整体的装配图和各个构件的零件加工图。并参考人的各个关节角的运动范围,定义了机器人各个关节角的转动范围,保证了机器人在模仿人的动作时,机构上的可行性。二、建立机器人的运动学和动力学模型。用D-H法推导出机器人各个构件间的齐次变换矩阵,从而在给定机器人各个关节运动的前提下,可以确定机器人各个部件的运动学关系。同时,还根据拉格朗日方程,从机器人的动能和位能出发,推导机器人的动力学方程,得出类人形机器人在行走过程中各个关节的驱动力矩与关节角的关系。三、参照人在行走过程中的位姿变化情况,定义了包含脚趾关节自由度的类人形机器人的行走位姿,保证了机器人的行走位姿与人的行走位姿更加接近。同时,利用倒立摆模型对机器人进行了步态规划,推导出了机器人在行走过程中各个关节角的时间函数,为机器人的动力学仿真提供了基础。四、建立类人形机器人的虚拟原理样机系统。利用三维建模软件Pro/E,建立类人形机器人的三维模型图,然后通过接口软件MECH/Pro导入ADAMS,建立好适当的约束与驱动力矩,建立机器人的机械系统虚拟原理样机。同时在Simulink中建立机器人的控制器模块,利用ADAMS/Controls接口模块,实现ADAMS与Simulink之间的联合仿真。通过仿真结果验证了在类人形机器人中引入脚趾关节自由度的可行性,并可以从仿真结果视频中观察出引入脚趾关节自由度对整个行走位姿的影响,即囊括了人行走过程中主要的几个位姿变化阶段。