仿人机器人下肢机构设计与分析

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhanggl981025
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仿人双足机器人是近年来热门的研究领域,它拥有与人类似的外表,具有适应复杂地形和环境的灵活的行走方式。它能协助人类完成各种任务,并且能够在危险环境中代替人类作业,应用前景广阔。因此,研究仿人机器人具有很高的学术价值和实际意义。这其中,液压驱动仿人机器人是该领域中最前沿的课题,液压驱动因此输出功率密度大,更适合需要负重载的野外作业的机器人。本文就是基于液压驱动仿人机器人的工程实际问题展开研究,完成仿人机器人下肢的结构设计和样机研制,还有与机器人相关的运动学、动力学分析研究和运动学仿真。主要完成如下研究工作:首先对人体下肢肢体运动机理进行分析,分析各个关节的运动功能。然后根据机器人的设计目的和功能,结合液压驱动的方式,以及机器人的实际运动需要,仿生设计机器人的下肢各关节结构,使得各关节能够满足机器人的运动要求。结合设计的机器人下肢结构,完成关节的连杆结构和并联机构的运动学分析,得到液压缸输出和关节转角的关系。并对踝关节的并联机构的运动进行液压缸不同步运动误差和加工装配误差分析。综合这些分析,指导关节机构的尺寸设计。然后对整个机器人进行运动学建模,采用D-H参数法,建立机器人单腿支撑阶段的全身的正运动学方程,并对单腿六自由度的运动学方程求逆解。然后简要研究仿人机器人动力学分析简化模型的方法。完成机器人的行走步态规划,并在ADAMS软件中完成行走仿真。在仿真的基础上,对处于危险状态的机器人进行有限元分析,包括静态支撑负载分析和模态分析,避免机器人运动时产生振动或者破坏。最后完成机器人样机零件的加工装配,检验机器人各个关节的运动范围,搭建机器人样机实验平台。通过以上的工作,建立一个满足设计要求可行走的仿人机器人样机试验平台,为以后进一步的行走控制研究和稳定性控制研究打下基础。
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