基于ProE和ADAMS的人形机器人三维造型及运动仿真研究

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1、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

2、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

3、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AbstractHumanoidrobothasthemostsimilarmovementpatterntohuman,andhasgoodadaptabilitytocomplexenvironment.Moreresearcharoundthehuma

4、noidrobotgaitprogramminghascarriedout,thepurposeistomakeitscanreplacehumanbeingsengagedindangerousoperationsandrelatedwork.Thetopicsdotheresearchonthewalkingstabilityofhumanoidrobotandverifythecorrectlegangleinterpolationandrational.Firstly,accordingtot

5、hestructuralcharacteristicsofhumanoidrobots,usingPro/Esoftwaredesignandbuildhumanoidrobotentitymodel.Humanoidrobothas6degreesoffreedomonthearmand12degreesoffreedomontheleg.Then,simplifythehumanoidrobotlegsinstitutionsandestablishthemathematicalmodel.Usi

6、ngtheD-Hruleslistedhumanoidrobotlegseveryrodsandjointanglevariables,sothatthematrixexpressionofhumanoidrobotlegskinematicsanalysiswascarriedout.ThissubjectadoptsZMPtheoryasahumanoidrobotwalkingstabilitycriterion,thispaperdeducestheconstraintconditionsof

7、stablewalkingrobot.Accordingtoitsleginwalkingmovementduringdifferentstagespositionandpostureofthechangeoftherobotlegsposematrixinversesolutiontogetitseachjointangleinterpolation.Finally,importhumanoidrobot’slegsmodelintothesimulationsoftwareADAMS,thenad

8、dthecorrespondingrestraintandgravity.Next,usestepfunctiontogivethecornertothecalculatedinterpolation.Simulationexperimentsshowthathumanoidrobotswalkmovementisstableandfeasible,forthehumanoidrobotfurthergaitplanningstudytolaythefo