仿人机器人步行稳定性训练用6-DOF串并联机构平台的研究

摘要

步行机器人技术已成为现如今各国研究的热门工程。为实现步行机器人的步行稳定性,需要了解步行机器人将要承载的工作环境,以及如何能过训练来改进步行机器人对环境的适应能力。本论文针对步行机器人稳定性训练的研究要求,研究一种六自由度的机械平台装置。普通的六自由度纯并联、纯串联以及下串联上并联平台都不能在承载能力、工作空间、运动学求解等方面综合优势。为此,本课题组提出一种新型六自由度串并联机器人稳定性训练平台结构。
　　介绍新型六自由度串并联平台的总体方案和详细结构设计。对比各种平台结构方案,选择下并联上串联机构,论述平台的结构原理,提出合理的传动方案。在满足系统功能的前提下,合理设计关节的连接方式,运动副的运动方式,材料、电机的选择,辅助支撑结构等,以达到系统集成的目的。
　　对串并联平台进行运动学、动力学研究。具体包括:系统逆运动学分析、微分逆运动学分析、正运动学分析、微分正运动学分析以及动力学分析,并且均采用解析解法。采用拉格朗日法进行动力学分析,得到各部分系统的动能和势能,进而得到电机转矩与电机转角、转速的关系式。
　　对串并联平台进行误差分析。建立输出位姿误差与系统结构误差的关系模型,并对系统各项误差对输出位姿误差的影响程进行分析。
　　对串并联平台进行虚拟样机运动仿真。采用ADAMS进行系统运动学和动力学仿真,选型合适电机和直线单元,并且确保能实现运动的设计指标。在平台单自由度的运动情况下,调整机器人关节参数完成其稳定性训练的模拟示例仿真。

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第1章 绪论

1.1课题来源、研究目的及研究意义

1.2国内外在该方向的研究现状

1.3分析与总结

1.4本文主要研究内容

第2章 新型6-DOF串并联平台设计

2.1引言

2.2机构方案设计

2.3平台结构

2.4平台机构的详细结构

2.5本章小结

第3章 6-DOF串并联平台的运动学分析

3.1引言

3.2串并联机构的逆运动学分析

3.3平台机构的微分逆运动学

3.4平台机构的正运动学分析

3.5本章小结

第4章 6-DOF串并联平台的动力学分析

4.1引言

4.2雅克比矩阵

4.3拉格朗日方程

4.4系统的动能和势能

4.5本章小结

第5章 6-DOF串并联平台的误差分析

5.1引言

5.2构建误差关系的数学模型

5.3误差分析

5.4本章小结

第6章 6-DOF串并联平台的ADAMS仿真

6.1引言

6.2虚拟样机搭建

6.3仿真分析

6.4应用示例仿真

6.5本章小结

结论

参考文献

读学位期间申请的发明专利和论文

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