小型双足机器人拟人步态建模与行走仿真研究.pdf

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1、机器人现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)2011年第9期小型双足机器人拟人步态建模与行走仿真研究+单以才k2，刘世豪2，秦建华1，蒋步福2(1南京航天航空大学机电学院，南京210016；2南京信息职业技术学院机电学院，南京210046)摘要：步态仿真是双足机器人设计技术的重要环节之一。针对现有步态仿真存在二维仿真不够直观、三维联合仿真会带来链接失败和数据转换丢失等问题，从简化仿真流程和增强仿真视觉效果出发，提出了仅运用三维软件UGNX完成一种小型双足机器人步态的三维仿真。参照该物理样机构型，首先建立了双足行走机构的运动学模型。通过对拟人步态

2、的合理规划，将直行动作分解为10个子动作，以实现序列动作的连续仿真。由于机器人行走时无固定支撑点，通过对脚底板与虚拟环境间添加接触约束和摩擦力，建立了UGNX环境下虚拟样机，最终完成拟人步态的运动学仿真。仿真结果与现场实验对比表明，采用三维软件UGNX进行双足机器人步态建模与行走仿真研究具有较强的可行性。关键词：双足机器人；UGNX软件；步态规划；虚拟样机；三维仿真中图分类号：TP242文献标志码：A文章编号：1671--3133(2011)09—0052—06Studyonmodelingandsimulationofasmallbipedrobotabouthumanoidwa

3、lkingSHANYi．cail’2，uUShi—hao。，QINJian-hual。JIANGBu—fu2(1CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，NamingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China；2NanjingCollegeofInformationTechnology，Nanjing210046，China)Abstract：Gaitssimulationisoneofabipedrobot’Sdesigntechniques．AimedtOha

4、vesuchproblemsashardlyhavingthevisual—izedeffectin2Dsimulationandfailingtotransformmodelanddatumbetweendifferentsoftwaresin3Dsimulation，presentsanewmethodaboutbipedrobot’Smotionsimulation，whichisonlybasedonUGNXsoftwaretoaccomplish3Dsimulationofasmallbi-podrobot．Accordingtoexperimentalprototype

5、，asmallbipedrobot’Skinematicsmodelissetup．Secondly，themovementofgo—ingstaightisdivededintotensegregatedmovementsaftereffectivelyplanninghumanoidrobotwalking．SincebipedrobothasnOfixedsupportingpoint，contactconstraintandfrictionforceareaddedtorobotfootandroadsurface，avirtualprototypeisbuildedupb

6、aseonUGNX，and3Dsimulationaleachived．Throughcomparingsimulationresultwithexperiment，itshowsthatitisfeasi—bletOcarryoutbipedrobot’shumanoidwalkingonlybasedonUGNX．Keywords：bipedrobot；UGNXsoftware；gaitplanning；virtualprototype；3Dsimulation0引言作为双足机器人的核心组件，行走机构通常由多个连杆经旋转关节串联而成。行走时，它通过控制各连杆在时序和空间上的先后

7、运动，来适应不同路面的稳定步行，如平面、斜坡和楼梯等。因而行走机构的自由度配置、步态规划显得尤为重要¨圳。多自由度在提高机器人完成复杂动作功能的同时，也使本体的运动学和动力学求解变得更加困难。尽管可以通过增加一些约束条件(如功耗最小、峰值力矩最小等)来求出运动学和动力学的近似解，双足机器人的运动规划却与自身的实际运动存在较大差异日刁J。采用传统的设计思路开发高性能的双足机器人产品，显然难以满足降低产品成本、提高设计效率的时代性需求，这也是当前抑制双足机器人应用推广的重