基于ADAMS和Pro/MECHANICA的四足步行机器人机身底板的优化设计
0引言机身是四足步行机器人的主体部件,其内部布置有驱动器、电机、减速器、电路板、各种传感器以及一些电器元件。因机身质量占据了较大的机器人总体质量,所以,在保证机身底板强度和刚度的前提下,对其进行有效的优化设计,提高四足步行机器人运动效率,降低生产和科研成本有着十分重要的意义。因此,本文采用Pro/MECHAN ICA模块,结合四足步行机器人在ADAMS环境下的动力学仿真分析数据,通过设置局部灵敏度分析确定了对机身底板的总体输出和动态影响比较大的设计参数,接着在这些参数合理的变化范围内,运行全局灵敏度分析,在满足工作状态强度的条件下对底板进行轻量化结构优化。1机身底板虚拟样机模型建立本文采用Adams软件,在建造第一台物理样机之前,建立了四足步行机器人仿真模型(图1所示)。在建立该模型时做如下简化和假设:(1)四足步行机器人各部件均为刚体;(2)四足步行机器人的足与地面有足够大的摩擦,在行走过程中,支撑腿的足与地面没有滑动;(3)...&
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0引言步行机器人是采用腿式结构来完成多种移动功能的一种移动式机器人。与同属于移动机器人的轮式、履带式机器人相比,步行机器人在不平或松软的地面上运动时,有机动性好、能耗小等特点。因此,步行机器人技术一直是国内外研究热点之一。而步行机器人类别中的六足步行机器人具有三足立地稳定裕度大、步行速度快等特点。可以说,对六足步行机器人的研究,具有更加特殊的重要性。腿机构是六足步行机器人的主要执行部件,它一方面要支承机器人躯体的重量,另一方面要实现机器人的步行运动。六足步行机器人腿部传动系统决定了腿的形式、重量、转动惯量、运动空间、运动精度、动力特性和能承受载荷的大小等机械性能,也决定着所配计算机控制系统的控制性能。因此,对六足步行机器人腿部传动系统的设计是相当关键的。六足步行机器人腿部传动系统有很多种,如齿轮传动、连杆传动、绳传动等。与其他传动方式相比,绳传动系统以结构简单、惯性小和运动速度快等优点,受到了国内外研究者的高度重视。典型的六足步...&
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0引言在自然界和人类社会中,存在一些人类无法到达的地方和可能危及人类生命的特殊场合,如行星表面、灾难发生矿井、防灾救援和反恐斗争等,对这些危险环境进行不断地探索和研究,寻求一条解决问题的可行途径成为科学技术发展和人类社会进步的需要。地形不规则和崎岖不平是这些环境的共同特点,从而使轮式机器人和履带式机器人的应用受到限制。以往的研究表明轮式移动方式在相对平坦的地形上行驶时,具有相当的优势:运动速度迅速、平稳,结构和控制也较简单;但在不平地面上行驶时,能耗将大大增加;而在松软地面或严重崎岖不平的地形上,车轮的作用也将严重丧失,移动效率大大降低。为了改善轮子对松软地面和不平地面的适应能力,履带式移动方式应运而生,但履带式机器人在不平地面上的机动性仍然很差,行驶时,机身晃动严重[1]。与轮式、履带式移动机器人相比,在崎岖不平的路面,步行机器人具有独特优越性能,在这种背景下,多足步行机器人的研究蓬勃发展起来[2-3]。而仿生步行机器人的出现...&
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1引言在过去的几十年里,步行机器人得到了很大的发展,已经开发出了形形色色的步行机器人,但是,能量消耗大这个问题一直困扰着设计者。据估计,日本本田公司的阿西莫机器人耗用的能量至少比人大10倍。早在19世纪,工程师就设计出能够依靠重力行走下坡的机器玩具,科学家称之为“被动动力设计”。而Mochon和McMahon的研究成果表明[1],人类在行走过程中,驱动摆动腿的运动,一部分是由重力实现的,而这与双摆非常相似。McGeer在此基础上于1989年提出[2-3]:一个完全不用驱动,因此也完全不用控制的机器人也能够实现稳定的步行运动,进而提出了“被动动力步行”概念。在此之后,许多人对“被动动力”机器人进行了深入的研究,并且出现了相当多的被动动力机器人样机。“被动动力步行”概念将为机器人的能耗问题带来新的解决方案。日召开的第171届美国科学促进会的年会上,由美国康奈尔大学、麻省理工学院和荷兰代尔夫特理工大学的科学家分别组成...&
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步行机器人(walking robot,legged robot)或步行车辆(walking vehicle)简称步行机,是一种智能型机器人,它是涉及到生物科学、仿生学、机构学、传感技术及信息处理技术等的一门综合性高科技。在崎岖路面上,步行车辆优于轮式或履带式车辆。腿式系统有很大的优越性[1]:较好的机动性,崎岖路面上乘坐的舒适性,对地形的适应能力强。所以,这类机器人在军事运输、海底探测、矿山开采、星球探测、残疾人的轮椅、教育及娱乐等众多行业,有非常广阔的应用前景,多足步行机器人技术一直是国内外机器人领域的研究热点之一。1美国多足步行机器人的发展近况1990年,美国卡内基-梅隆大学研制出用于外星探测的六足步行机器人AMBLER[2],如图1所示。该机器人采用了新型的腿机构,由一个在水平面内运动的旋转杆和在垂直平面内作直线运动的伸展杆组成,两杆正交。该机器人由一台32位的处理机来规划系统运动路线、控制运动和监视系统的状态,所用传感...&
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