仿人机器人行走系统结构设计与优化

• 作 者: 谭海东
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 仿人机器人 行走系统 结构设计 轻量化设计

仿人机器人研究一直是机器人研究领域的热点,仿人机器人行走系统结构是仿人机器人必需的支撑条件,对整个行走系统的研究起着至关重要的作用。作为仿人机器人研究的一项非常重要的技术指标,仿人机器人的行走能力已成为衡量仿人机器人研究水平的主要标志。本文以仿人机器人行走系统为研究对象,相关工作如下：对国内外现有仿人机器人的发展现状进行了分析,将拟人化思想运用到仿人机器人行走系统的整体设计方案当中,分析了人体的关节特征及行走机理,确定了待设计结构的自由度形式和分布方案,整体尺寸；选择了合理的驱动方式,结构材料,通过合理布置电机位置来减少结构的运动惯性。基于模块化制造理念,设计了踝关节和髋关节共用的十字交叉结构。基于参数化建模理念,对仿人机器人行走系统进行参数化建模,分析其装配性能及干涉情况,实现对仿人机器人行走系统的虚拟装配,同时为仿人机器人行走系统优化设计和仿真分析提供了模型基础。根据仿人机器人行走系统实际行走和约束情况,对行走系统的关键部件进行刚度和强度等分析；基于结构轻量化优化思想对仿人机器人行走系统进行拓扑结构优化设计和目标驱动优化设计,得到的数据结果表明了优化方法的正确性。最后,为了模拟实际的运动情况,将三维模型软件中建立的仿人机器人行走系统通过接口软件导入到刚体动力学仿真软件中,通过设定运动参数,得到了各个关节的力矩、速度参数曲线。为仿人机器人行走系统的动力学性能的提高和改进提供了参考。