基于ProE和ADAMS的人形机器人三维造型及运动仿真研究

华北电力大学（保定） 硕士学位论文 基于Pro/E和ADAMS的人形机器人三维造型及运动仿真研究 姓名：赵怡 申请学位级别：硕士 专业：机械工程；机械电子工程 指导教师：韩庆瑶 2011-03

华北电力大学硕士学位论文摘要人形机器人具有与人类最为相仿的运动方式，对复杂环境具有良好的适应性。 越来越多的研究围绕着人形机器人的步态规划开展，目的在于使其可以代替人类 从事危险作业及相关工作。本课题进行人形机器人稳定行走技术研究，验证腿部 转角插值计算的正确性和合理性。 首先根据人形机器人的结构特点， 利用 Pro/E 软件设计并建立人形机器人的实 体模型。人形机器人上肢具有 6 个自由度，下肢具有 12 个自由度。对人形机器人 腿部机构进行简化并建立数学模型。利用 Denavit-Hartenberg 规则列出人形机器人 腿部各个杆件及关节转角变量的矩阵表达式，并对人形机器人腿部进行运动学分 析。本课题采用 ZMP 原理作为人形机器人步行的稳定性判据，推导出机器人稳定 步行的约束条件。根据其腿部在步行运动中各个阶段位置和姿态的变化，对机器 人腿部位姿矩阵求逆解，得到其各个关节转角的插值。 最后在仿真软件 ADAMS 中导入人形机器人腿部实体运动模型，根据实际条 件添加相应的约束和重力。 而后借助 STEP 函数对其个关节赋予已计算出的转角插 值，通过仿真实验表明，人形机器人步行运动是稳定和可行的，为人形机器人进 一步的步态规划研究提供了支持。关键词：人形机器人；步行；ADAMS；Pro/E；仿真I

华北电力大学硕士学位论文AbstractHumanoid robot has the most similar movement pattern to human, and has good adaptability to complex environment. More research around the humanoid robot gait programming has carried out, the purpose is to make its can replace human beings engaged in dangerous operations and related work. The topics do the research on the walking stability of humanoid robot and verify the correct leg angle interpolation and rational. Firstly, according to the structural characteristics of humanoid robots, using Pro/E software design and build humanoid robot entity model. Humanoid robot has 6 degrees of freedom on the arm and 12 degrees of freedom on the leg. Then, simplify the humanoid robot legs institutions and establish the mathematical model. Using the D-H rules listed humanoid robot legs every rods and joint angle variables, so that the matrix expression of humanoid robot legs kinematics analysis was carried out. This subject adopts ZMP theory as a humanoid robot walking stability criterion, this paper deduces the constraint conditions of stable walking robot. According to its leg in walking movement during different stages position and posture of the change of the robot legs pose matrix inverse solution to get its each joint angle interpolation. Finally, import humanoid robot’s legs model into the simulation software ADAMS , then add the corresponding restraint and gravity. Next, use step function to give the corner to the calculated interpolation. Simulation experiments show that humanoid robots walk movement is stable and feasible, for the humanoid robot further gait planning study to lay the foundation.Keywords：humanoid robot，walking，ADAMS，Pro/E，simulationII

华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明： 此处所提交的硕士学位论文 《基于 Pro/E 和 ADAMS 的人形机 器人三维造型及运动仿真研究》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕 士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分 外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：日期：年月日华北电力大学硕士学位论文使用授权书《基于 Pro/E 和 ADAMS 的人形机器人三维造型及运动仿真研究》系本人在华北 电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成 果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完 全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部 门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大 学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分 内容。本学位论文属于（请在以上相应方框内打“√”）： 保密□，在 不保密□ 作者签名： 导师签名： 日期： 日期： 年 年 月 月 日 日 年解密后适用本授权书

华北电力大学硕士学位论文第 1 章 绪论1.1 引言机器人技术作为 20 世纪人类最伟大的发明之一， 20 世纪 60 年代问世以来， 自 经历 40 多年的发展史已取得了巨大进步和发展。 在制造领域，目前世界上约有 150 多万台工业机器人正在各种生产现场实地 工作。在非制造领域，水下机器人、医疗机器人、军用机器人、服务机器人、娱 乐机器人等各种用途的特种机器人也纷纷面世，并且在快速地向实用化迈进。1.2 机器人概述1.2.1 机器人发展史机器人的历史源远流长，自古以来，就有不少科学家和杰出工匠就制造出了 具有人类特点或模拟动物特征的机器人雏形。 早在我国的西周时期，一名偃师就造出我国历史上记录在史的第一台“机器 人”，一个能歌善舞的伶人。春秋后期，我国机械方面发明家鲁班也曾经制造过 一只木鸟，据可靠记载，这只木鸟能在空中飞行“三日而不下”，这些实例都充 分证明了中国劳动人民的聪明才智[1]。 在国外，公元前 2 世纪亚历山大时期，古希腊人造出了一台以水、空气、蒸 汽压力作为动力的会动的雕像，后人形象称之为“自动机”。公元 1768-1774 年， 瑞士钟表匠德罗斯父子三人合作制造出三个和真人一样大小的机器人——写字偶 人(如图 1-1)、绘图偶人和弹风偶人。他们的运动时的驱动力是靠弹簧供给，控制 方法由凸轮完成，至今还作为国宝保存于瑞士纳切尔市艺术和历史博物馆内[1]。1.2.2 机器人的定义随着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来，机器人所涵盖的内容越来越 丰富，机器人的定义也不断地充实和创新。下面给出一些代表性定义[2、3]：1

华北电力大学硕士学位论文a) 国际标准化组织（ISO）的定义 机器人是一种自动的、位置可控的、具有 编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助可编程序操作来处 理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务。 b) 美国国家标准局（NBS）的定义 机器人是一种能够进行编程并在自动控制 下执行某些操作和移动作业任务的机械装置。 c) 日本工业机器人协会（JIRA）的定义 工业机器人是一种装备有记忆装置和 末端执行器的、能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器人。1.3 国内外研究现状人形机器人（又称为双足步行机器人）作为一种仿人机器人，其步行运动是 多足机器人中是最为复杂、自动化程度最高的动作。溯古至今，人类的梦想就是 创造出和本身构造相似并且能与自己合作和互动的机器人。而人形机器人又是工 程上少有的高阶、非线性、强耦合性、非完整约束的多自由度系统，对其的 …… 此处隐藏：3989字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……