文档介绍：北京邮电大学
硕士学位论文
基于虚拟样机技术的双足步行机器人设计与研究
姓名:余朝举
申请学位级别:硕士
专业:机械设计及理论
指导教师:魏世民
20090214
蠧涌谀?槭迪至肆秸叩牧:戏抡妫橹ち瞬教婊基于虚拟样机技术的双足步行机器人设计与研究摘要机器人技术代表了机电一体化的最高成就,是二十世纪人类最伟大的成果之一。机器人中的两足步行机器人虽然只有近四十年的历史,但是由于它独特的适应性和拟人性,成为了机器人领域的一个重要发展方双足步行机器人与轮式、爬行式和履带式等移动机器人相比,有着更好的环境适应性,这种优越性在非结构环境里的表现尤为突出。本文设计了一个双足步行机器人平台,在借鉴有关资料的基础上,对其进行了本体结构的设计以及自由度的配置,并借助于三维造型软件实施了本体结构的建模。根据人体结构比例给出了双足步行机器人机构设计方案,主要包括髋关节、膝关节、踝关节和脚部的设计。为了使所设计的机器人能够模拟人的动作,参考人的各个关节运动范围,定义了机器人各个关节角的在杆件坐标系下,基于齐次坐标变换理论对双足步行机器人进行了正逆运动学的建模,为后续的步态规划奠定了基础。运用拉格朗日动力学方程对简化的机器人模型分别在单、双脚支撑期进行了动力学建模,得到了一个便于控制的动力学模型。并根据机器人的结构特点,对机器人采用倒立摆原理进行了离线的步态规划,并通过卸ㄗ荚蜓橹利用中的工具箱建立了机器人的控制系统,通过向。运动范围。了步态的稳定性。利用动力学仿真软件⒘怂悴叫谢魅说男槟庋控制算法的有效性,并得到了机器人在步行过程中各个关节的力矩变化曲线,为选择驱动部件提供了依据,也为物理样机的研制打下了理论基础。关键词:双足步行机器人齐次坐标变换步态规划虚拟样机动力学仿真北京邮电大学硕士学位论文
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⋯名:锄幸眺加胩日期:沙嘎哆心日期:≯./独创性虼葱滦声明关于论文使用授权的说明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。C艿难宦畚脑诮饷芎笞袷卮斯娑保密论文注释:本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释:本学位论文不属于保密范围,适用本授权书。本人签名:导师签名:北京邮电大学硕士学位论文,
,它综合了计算机技术、信息融合技术、机构学、传感技术、仿生科学以及人工智能等多学科而形成的高新技术,它不仅涉及到线性、非线性、基于多种传感器信息控制以及实时控制技术,而且还包括复杂机电系统的建模、数字仿真技术及混合系统的控制研究等方面的技术。这在一定程度上反映了一个国家的高科技发展水平和综合实力【。研究双足步行机器人,除了具有重要的学术意义,还有现实的应用价值。首先,步行技术是人与大多数动物所具有的移动方式,是一种高度自动化的运动。对于环境具有很强的适应性,它相对轮式、履带式机器人具有无可比拟的优越性,它可以进入狭窄的作业空间,也可跨越障碍、上下台阶、斜坡及在不平整地面上工作。如:火灾现场救援,复杂战地资源运送等。其次,双足步行机器人的双足步行系统是一个内在的不稳定系统,其动力学特性非常复杂,具有多变量、强耦合、非线性和变结构的特点。因此,它是控制理论和控制工程领域的一个极好的研究对象,开展双足步行技术的研究,必然推动控制再次,步行是人类的一种基本活动方式,双足步行技术的发展会促进动力型假肢的研制,将有可能解决残疾人的行走问题,为康复医学做出贡献。对双足步行机器人双足动态行走机理的深入研究也使我们更深刻地理解人类活动的内在本质,有助于生物医学工程和体育运动科学的发展。最后,双足步行机器人由于具有人类的构型,如果在成熟的双足行走技术之上加上可靠的人工智能技术,使机器人更为接近人类的行为方式和思维方式,它就能直