拟人机器人运动设计及制作 - 图文

毕业设计论文

姓 名： 学 号：

学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目： 拟人机器人运动设计及制作

指导老师：

2014 年 6 月

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摘 要

摘 要

拟人机器人是一个复杂的多刚体双足行走系统，并具有多输入多输出,强耦合，非线性等特点。 近年来，拟人机器人的研究发展迅速，拟人机器人越来越具有人的特征，双足步行，相对于其他移动方式，是支撑离散，交替地接触地面的，可主动选择最佳支撑点，因而受环境的限制少，具有很高的灵活性。拟人机器人模拟人类的行走方式，特别适合在人类的日常生活和工作中，与人友好协调地完成任务，拟人机器人的双足动态步行研究，正成为机器人领域的一个研究热点，不仅具有重要的学术意义，而且有现实的应用价值，要稳定地实现拟人机器人的双足动态步行，涉及的领域很广。

本文以拟人机器人为研究对象，使用专业软件Pro/E对其进行三维造型。对机器人主要包括：身体的实体造型、腿的实体造型和脚的实体造型等。

机器人动力学是研究物体的运动和作用力之间的关系的科学，研究的目的是为了满足实时性控制的需要，本文进行了分析，为结构优化提供理论依据。

最后，对论文主要研究内容和取得的技术成果进行了总结，提出了存在的问题和不足，同时对机器人技术的发展和应用进行了展望。

关键词：拟人机器人 ; 运动学 ; Pro/E

I

II ABSTRACT Abstract Humanoid robot is a complex multi-rigid-body biped walking system,which has

multiple-input,multiple-output,strong coupling, onlinear and other characteristics.The research on humanoid robot developed rapidly in recent years,and humanoid robot has more human being characters.Comparing with other locomotion methods,the supporting position can be chosen,the locomotion has the least restriction from the environment,so the biped walking has the highest flexiblity.Since humanoid robot copy the locomotion method from human being,it suits to human-friendly help people or cooperate with people in the daily life and works.Studying the biped dynamical walking of a humanoid robot is becoming one of the main focus in rootics,if has not only important academic value but also considerable significance of application.

This paper is taking the man kind robot as example. for elephant as It carries out three-dimensional modelling by the professional software Pro/E . For engine, modelling is mainly including: the entity modelling of body, the entity modelling of leg and the entity modelling of foot.

The function of dynamics is to get the relationship between the movement and force and the target is to satisfy the demand of real time control. in this chamfer, Newton-Euripides method is used in analysis dynamic problem of the cleaning robot and the arthrosis force and torque are given which provide the foundation for step motor selecting and structure dynamic optimal thing.

At last, the research content and the achievement are sum up and the problems and shortages in main the content are also listed. The development and application of robot in the future is expected.

Keywords: Humanoid robot; Kinematics ;Pro/e

II

目 录

目 录

摘 要 ........................................................... I Abstract ......................................................... II 目 录 ......................................................... III 第1章 绪 论................................................ - 1 - 1.1 课题背景................................................. - 1 - 1.2 国内外发展现状及发展前景................................. - 2 -

1.2.1 国内研究现状 ....................................... - 2 - 1.2.2 国外研究现状 ....................................... - 3 - 1.2.3 机器人的未来 ....................................... - 3 - 1.3 拟人机器人运动学与动力学分析............................. - 3 - 1.4 设计与制作............................................... - 4 - 第2章 拟人机器人双足步行机构的数学模型 ...................... - 5 - 2.1 机器人的数学模型......................................... - 5 - 2.2 数学基础................................................. - 5 -

2.2.1位姿描述 ............................................ - 5 - 2.2.2齐次坐标和齐次变换 .................................. - 6 - 2.2.3连杆的描述 .......................................... - 7 - 2.2.4连杆坐标系 .......................................... - 8 - 2.2.5 运动学模型 ......................................... - 9 - 2.2.6动力学模型 ......................................... - 11 - 2.3 本章小结................................................ - 11 - 第3章 Pro/e 简介及拟人机器人的零件制造及装配 ............... - 12 - 3.1 Pro/e 系统软件介绍 ....................................... - 12 - 3.2 Pro/e产品主要特性 ....................................... - 12 - 3.3 Pro/e的工作平台简介 ..................................... - 13 -

3.3.1Pro/e界面介绍 ...................................... - 13 - 3.3.2 标题栏 ............................................ - 13 - 3.3.3下拉菜单栏 ......................................... - 14 - 3.3.4 提示区 ............................................ - 15 - 3.3.5工具栏 ............................................. - 15 - 3.3.6导航区 ............................................. - 16 - 3.4 Pro/E的工作模式 ......................................... - 16 - 3.5 拟人机器人机构各部分零件造型和装配模型.................. - 18 -

3.5.1 腰部设计 .......................................... - 18 - 3.5.2大腿设计 ........................................... - 23 - 3.5.3脚的设计 ........................................... - 25 -

III