基于ADAMS的双足机器人建模与仿真.pdf

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1、第27卷第5期计算机仿真2010年5月文章编号：1006—9348(2010)05-0162一04基于ADAMS的双足机器人建模与仿真梁青，宋宪玺，周烽，王永(中国科学技术大学自动化系，安徽合肥230027)摘要：为了提高双足机器人的设计效率，可以通过虚拟样机技术对其进行设计与仿真。针对机器人设计双足行走步态，首先以实际的物理样机为原型，建立双足机器人的七连杆模型，并用解析法求得机器人的逆运动学模型；然后在ADAMS软件中建立参数化的虚拟样机模型，在Maflab软件中规划双足机器人在平地上的完整行走步态；最后将规划的步态导入ADA

2、MS中，在虚拟样机上实现了双足机器人的行走仿真。仿真结果与规划的行走步态基本一致，验证了虚拟样机的有效性，从而为双足机器人的设计与步态规划提供了一种新的方法和可靠依据。关键词：双足机器人；虚拟样机；运动学仿真；步态规划中图分类号：TP242文献标识码：BModelingandSimulationofBipedRobotBasedonADAMSLIANGQing，SONGXian—xi，ZHOUFeng，WANGYong(DepartmentofAutomation，UniversityofScienceandTechnologyo

3、fChina，HefeiAnhui230027，China)ABSTRACT：InordertOimprovetheefficiencyofdesignofbipedrobot，therobotcanbedesignedandsimulatedbyvirtualpmtotypingtechnology．Usingtheactualphysicalprototype船themodel．a7一’linkbipedrobotWagestablished，anditskinematicmodelWaSsolvedusinganalytic

4、almethod．ThenaparameterizedvirtualprototypeWagbuiltinADAMS，andanintegratedwalkinggaitonaflatforthebipedrobotWagplannedinMatlab．Finallyawalkingsim-ulationhasbeenrealizedonthevirtualprototypeofbipedrobot．TheresultofthesimulationWagbasicallythe$anlea8plannedgait，whichver

5、ifiedtheeffectivenessofvirtualprototype．KEYWORDS：Bipedrobot；Virtualprototype；Kinematicsimulation；Gaitplanningl引言双足步行机器人仿照人类行走的方式，与轮式机器人相比，对环境的适应能力较强，有更好的可移动性，因此是当前机器人研究的一个热点¨。J。但是通过传统的设计物理样机来进行双足机器人的研究，不仅成本大，周期长，而且机械设计技术也会成为一个研究进展的瓶颈。而通过虚拟样机技术，在制造物理样机之前就可在仿真环境中进行虚拟样机的

6、测试，发现潜在的问题。这样可以缩短产品的研发周期、节省研发费用、大幅度的提高设计质量mj。ADAMS是目前动力学仿真领域非常优秀的软件，它将产品的建模功能、仿真求解功能与动画显示能力集成在一起，可以对机械系统进行运动学、动力学分析和仿真，因此是比较常用的虚拟样机设计软件冲“J。本文以自行研制的物理样机"1为模板，建立双足机器人的数学模型，并用ADAMS软件建立一个双足机器人的虚拟样机，规划其运动包括前向和侧向运动等；脚落地表面为规收稿日期：2009—03—14-．——162·-——则的平面。规划了双足机器人的完整行走步态，并将该行

7、走步态应用于设计好的虚拟样机，进行运动学仿真。2数学模型的建立双足机器人的物理样机由七个部分组成：躯干、大腿、小腿、脚，在一定程度的近似下，可以将其化简为七连杆六关节的机构。规划机器人的运动包括前向和侧向运动等，机器人下肢共设计lO个自由度即可满足要求。机器人的物理样机与简化的机构模型如图1所示。图1中，0。表示第i个电机相对于初始位置(直立状态时的位置)的转角，其取值范围设置为人体腿部各关节的可能运动范围。假设小腿长度为厶，大腿长度为厶，两髋间距离为厶，躯干高度为厶。下面以左腿为支撑腿的情况为例，建立逆运动学模型。当左腿为支撑腿

8、时，0系设定为与左脚的脚底板固连，原点在左踝部的中心，石轴指向前方，z轴指向上方，y轴的方向由右手系的规则确定。给定躯干(D点)的坐标和右脚(A：点)的坐标。假设双足机器人在行走时腰部保持水平，两髋的连线和0系的y轴平行，并且躯干竖直向上；则容易得