仿人机器人行走系统结构设计与优化

摘要

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;基予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。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 选题来源及背景

1．1．1 论文选题来源

1．1．2 仿人机器人行走系统研究背景及意义

1．2 仿人机器人行走系统国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文主要研究内容

第二章 仿人机器人行走系统结构总体设计

2．1 仿人机器人拟人化分析

2．1．1 仿人机器人行走系统自由度配置

2．1．2 仿人机器人行走系统整体尺寸确定

2．2 仿人机器人行走系统行走机理分析

2．3 仿人机器人行走系统驱动方式的选择

2．4 仿人机器人行走减速机构的选择

2．5 仿人机器人行走系统传动方式及外部壳体材料确定

2．6 仿人机器人行走系统模块化设计

2．7 本章小结

第三章 仿人机器人行走系统关节设计与建模分析

3．1 三维建模在模块化设计中的作用

3．2 基于CATIA的三维建模方法

3．2．1 自上而下的建模方法

3．2．2 自下而上的建模方法

3．3 仿人机器人行走系统关节关节设计

3．3．1 仿人机器人行走系统踝关节伺服电机的选择

3．4 仿人机器人行走系统膝关节的设计

3．4．1 仿人机器人膝关节几何尺寸计算

3．4．2 仿人机器人膝关节滚珠丝杠的选取

3．5 仿人机器人行走系统髋关节建模

3．6 仿人机器人行走系统整体模型装配

3．7 本章小结

第四章 仿人机器人行走系统关键零件的优化

4．1 仿人机器人行走系统关键零件优化模型的建立

4．2 仿人机器人行走系统关键零件网格划分

4．2．1 大腿支架模型的网格划分

4．3 仿人机器人行走系统的拓扑优化

4．4 仿人机器人行走系统的目标驱动优化

4．4．1 目标驱动优化的分析原理及参数设定

4．4．2 目标驱动优化的灵敏度分析

4．4．3 目标驱动优化结果分析

4．5 仿人机器人行走系统关键零件的强度分析

4．6 本章小结

第五章 基于虚拟样机的仿人机器人行走系统动力学仿真分析

5．1 虚拟样机简介

5．1．1 仿人机器人行走系统软件仿真分析步骤

5．1．2 仿人机器人行走系统模型格式转化

5．2 仿人机器人行走系统动力学建模

5．3 仿人机器人行走系统行走过程的动力学仿真

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果

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