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1、南昌航空大学硕士学位论文双足步行机器人步态设计及其运动控制研究姓名：张祖林申请学位级别：硕士专业：航空宇航制造工程指导教师：许瑛20080301摘要双足步行机器人是机器人研究领域的热点它集机械电子计算机仿生学自动控制多传感器及人工智能等多门学科于一体课题旨在设计一种结构简单的小型双足步行机器人在此基础上对双足步行机器人的步行机理步行参数及运动控制进行研究为设计自主智能双足步行机器人打下基础论文结合人类下肢关节的结构特点并对其进行简化为双足步行机器人下肢配置了10个自由度经过驱动元件性能的比较与机器人所需转矩的初步估算选择了转矩为6.80kg·cm的舵机作驱
2、动然后在Pro/E平台上设计了机器人各关节及其他零部件并对虚拟模型进行干涉检查与测量测得机器人总体高为241.5mm宽为114.5mm在步态设计的基本原则下采用基于力学稳定性的步态设计方法结合人类的行走习惯与特性设计出直线行走静态转弯上楼梯的姿态及各关节的转向确定了各关节转角的大小并对其进行三次多项式插值同时对人类原地转体运动进行研究并作反向设想阐述了机器人没有转体自由度而实现静态转弯的原理并推导出机器人上楼梯的几何约束条件通过接口软件Mechanism/Pro将Pro/E下的三维模型导入到ADAMS环境下然后添加材料力及约束建立虚拟样机模型再将前面的步态
3、设计数据带入虚拟样机并进行步态运动仿真得到直线行走静态转弯及上楼梯动作的仿真动画验证了机构设计与步态设计的正确性与有效性借助ADAMS的后处理模块测量出机器人各关节转矩行走冲击力零件质心轨迹并进行分析与运算说明舵机选择合理得到机器人整体重心的一维轨迹然后把重心轨迹数据导入Matlab经过Matlab的处理得到双足步行机器人整体重心的参数化方程与空间轨迹利用现有的加工工具制作出双足步行机器人原理样机以PC机为上位机设计出控制方案及微电脑控制电路用ATMEGA8515L单片机产生多路PWM波来完成运动控制任务采用单电源供电方式为机器人供电叙述了上下位机间的数据
4、通信协议关键词双足步行机器人步态设计运动仿真原理样机运动控制I南昌航空大学硕士学位论文双足步行机器人步态设计及其运动控制研究AbstractBipedwalkingrobotresearchinthefieldofrobotishot,Whichcombinesmechanical,electronic,computer,bionics,automation,artificialintelligenceandmulti-sensor,andothersubjectsinone.Thissubjectistodesignasimplestructureofs
5、mallbipedwalkingrobot,Onthisbasistostudythebipedwalkingrobotwalkingmechanism,walkingparametersandmotioncontrolandlaythefoundationforthedesignofautonomousintelligentbipedwalkingrobot.Withhumancharacteristicsofthestructureoflowerlimbjointsandsimplifythem,10degreesoffreedomwasequippe
6、dwithforthelowerextremitiesofbipedwalkingrobot.Afterthedrivecomponentsperformancecomparisonandpreliminaryestimatestothetorquerequiredfortherobot,theservowhosetorqueis6.80kg•cmwaschosen,TherobotjointsandotherpartsweredesignedonPro/E,interferencecheckingandmeasurementOnthevirtualmod
7、elwasfinished.ThemeasuredoverallhighofRobotis241.5mmandwidthis114.5mm.Inthebasicprinciplesofgaitdesign,gaitdesignmethodbasedonthestabilityofthemechanicalwasadopted,humanwalkinghabitsandcharacteristicswerecombined,posturessuchaswalkingstraight,staticturning,upstairsweredesignedandt
8、othejoint.Thesizeofthejointanglew
