仿人機(jī)器人腳部部件的設(shè)計(jì)與仿真研究.x課件

仿人機(jī)器人腳部部件的設(shè)計(jì)與仿真研究仿人機(jī)器人的結(jié)構(gòu)仿照人類設(shè)計(jì),相比輪式機(jī)器人,在復(fù)雜地形和惡劣的環(huán)境中擁有更強(qiáng)的適應(yīng)能力。但目前仿人機(jī)器人的腳部結(jié)構(gòu)仍比較簡(jiǎn)單,多種功能比較缺乏,導(dǎo)致未能發(fā)揮仿人機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下運(yùn)動(dòng)能力高、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。本文在分析總結(jié)國(guó)內(nèi)外仿人機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,針對(duì)以上問(wèn)題,對(duì)仿人機(jī)器人新型的腳部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化與仿真研究。首先,通過(guò)分析人體腳部的構(gòu)成,確定了仿人機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)中各個(gè)部件的尺寸與功能劃分,建立了腳部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型。運(yùn)用倒立擺模型對(duì)簡(jiǎn)化模型進(jìn)行了研究,確定了各個(gè)部件的作用階段與運(yùn)動(dòng)參數(shù)。同時(shí)分析了腳部關(guān)鍵部件在行走中的應(yīng)力,為后面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。然后,總結(jié)了目前主要的串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu),為仿人機(jī)器人腳部設(shè)計(jì)了二自由度柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)為機(jī)器人腳部加入了額外的運(yùn)動(dòng)自由度與彈性元件,包括高集成度的并聯(lián)液壓驅(qū)動(dòng)模塊、專用的串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器與類跟腱的變剛度結(jié)構(gòu),提高了仿人機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能力與抗沖擊能力。在結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)上運(yùn)用了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),保證結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度并減輕其重量。同時(shí),比較了不同柔順?lè)绞降膬?yōu)缺點(diǎn),根據(jù)前后腳掌不同的應(yīng)用情況設(shè)計(jì)了不同的主被動(dòng)柔順機(jī)構(gòu)。后掌的被動(dòng)柔順結(jié)構(gòu)在腳部受到?jīng)_擊力時(shí)能夠提供緩沖作用,前掌的主動(dòng)柔順結(jié)構(gòu)能夠使機(jī)器人腳部適應(yīng)不同的地形環(huán)境。根據(jù)ZMP穩(wěn)定判據(jù)為機(jī)器人腳部設(shè)計(jì)了合適的傳感器網(wǎng)絡(luò)布局。接著,搭建了仿人機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)的虛擬樣機(jī),對(duì)腳部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真與關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的性能分析。運(yùn)動(dòng)仿真中得到了腳部樣機(jī)各個(gè)關(guān)節(jié)在行走過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)參數(shù),并根據(jù)前后掌應(yīng)力曲線研究了機(jī)器人腳部樣機(jī)的步行階段劃分。性能分析中對(duì)后掌緩沖機(jī)構(gòu)、前掌變阻抗機(jī)構(gòu)與類跟腱儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析