含柔性铰链的仿人机器人柔性足设计及动力学仿真.pdf

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1、·电气与自动化·张亚平，等·含柔性铰链的仿人机器人柔性足设计及动力学仿真含柔性铰链的仿人机器人柔性足设计及动力学仿真张亚平，周建军，陈耀(杭州电子科技大学机械工程学院，浙江杭州310018)摘要：针对仿人机器人行走在复杂路面时受到来自地面冲击力的问题，基于伪刚体模型的方法设计了一种多维柔性铰链。重点分析了多维柔性铰链在不同受力情况下的力一位移关系，得到了最大垂直位移及最大偏转角，将多维柔性铰链与波形弹簧及橡胶垫集成在一起，设计了一种柔性足部结构；利用SimMechanics模块对柔性足部系统进行了动力学建模与仿真，结果表明，所设计的足部

2、机构缓冲位移大，可提高机器人行走时的稳定性和保护关节传动件；同时，足部缓冲时存储的能量释放速度快，有利于机器人高效持久的行走。关键词：仿人机器人，柔性铰链，柔性足，设计中图分类号：TH122；TP242．6文献标志码：A文章编号：1671-5276(2014)03—0168—03DesignandDynamicSimulationofRobot’SFootwithFlexureHingeZHANCYa—ping．ZHOUJian-jun．CHENYno(SchoolofMechanicalEngineering，HangzhouDian

3、ziUniversity，Hangzhou310018，China)Abstract：AimingattheimpulsiveforcewhichgivesanimpactedonthefeetofthehumanoidrobotasitwalksOnroughground，thispaperdesignsatypeofmulti—dimensionflexible-hinge，basedonthemethodofpseudo·rigid—bodymodels，analyzestherela—tionshipbetweenthedife

4、rentloadsonthemulti-dimensionflexible-hingeandthecorrespondingdisplacementsindetailandfiguresoutboththemaximumverticaldisplacementandthemaximumintersectionangle．Thedynamicmodelofthefootisbuiltandana—lyzedbyusingtheSimMechanicsmoduleofMatlab．Theresultindicatesthatthenewde

5、signedfootischaracteristicofthelargebuferingdisplacement，Itcanbeagreathelptoimprovingtherobot’SwalkingstabilityandprotectingthejointtransmissioncomponentsfrOmdamage．Meanwhile，thefootcanreleasethestoringpowerrapidly，whichmakesitswalkingkeephigheficiencyandpersistence．Keyw

6、ords：humanoidrobot；flexible-hinge；flexiblefoot；design本文提出了一种含有多维柔性铰链仿人机器人柔性0引言足部结构，使得仿人机器人能够很好地吸收不平整路面对其自身的冲击，降低电机和精密传动件被损坏的风险，并不同于工业机器人被限制在固定的空间工作，仿人机减少了足部机构的能耗，节省了能量，可使机器人高效持器人具有灵活的行走系统，可随时到达需要的地方，包括久的行走。一些人类难以到达的环境，完成人或系统指定的工作。仿人机器人基于仿生学设计实现，用双足实现移动，相对于1足部机械结构设计轮式、履带式

7、机器人具有众多的优点，如其能适应各种复杂的地面并且具有很高的跨越障碍的能力，工作空间范围本文旨在设计一种结构轻巧、紧凑，可适应复杂地面大，能耗低等”J。的具有柔顺特性的仿人机器人足部结构，以提高仿人机器仿人机器人上述这些优点使其对自身的机械结构和人在受到地面冲击力时的自我调整能力。所设计的仿人驱动系统有很高的要求，足部机构是仿人机器人关键技术机器人柔性足部结构如图1所示，包括踝支撑座、六维力／之一。与人类相比，仿人机器人在行走时，很难预料到地力矩传感器、多维柔性铰链、脚底板、橡胶垫和波形弹簧面的实际情况，所以很容易受到来自地面的冲击力，

8、产生等。踝支撑座及六维力／力矩传感器固定在多维柔性铰链振动，这种冲击会通过踝关节传递到机器人的整个躯干，上，多维柔性铰链安装在脚底板上，脚底板的下层有波形对机器人各个关节的运转产生影响，使其动态平衡受到干弹