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1、機(jī)器人現(xiàn)代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１４年第１２期雙足機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)宮赤坤，菅坤杰，溫新，張智斌（上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，上海２０００９３）摘要：參照人的運(yùn)動(dòng)形式設(shè)計(jì)雙足機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，運(yùn)用Ｄ-Ｈ坐標(biāo)方法對其機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，并為其設(shè)計(jì)了具有周期循環(huán)性的運(yùn)動(dòng)模式。在ＭＡＴＬＡＢ軟件中對雙足機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算，將雙足機(jī)器人的三維實(shí)體模型導(dǎo)入到運(yùn)動(dòng)分析軟件ＡＤＡＭＳ中，添加約束驅(qū)動(dòng)等，并輸入規(guī)劃好的軌跡進(jìn)行仿真，再將通過仿真得出的各關(guān)節(jié)扭矩與動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果進(jìn)行比較，以驗(yàn)證動(dòng)力學(xué)計(jì)算的正確性，在此
2、基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了雙足機(jī)器人物理樣機(jī)的制作。關(guān)鍵詞：雙足機(jī)器人；Ｄ-Ｈ坐標(biāo)；動(dòng)力學(xué)；ＡＤＡＭＳ軟件中圖分類號(hào)：ＴＰ２４２文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ文章編號(hào)：１６７１—３１３３（２０１４）１２—００４１—０６ThedesignandimplementationofbipedalrobotＧｏｎｇＣｈｉｋｕｎ，ＪｉａｎＫｕｎｊｉｅ，ＷｅｎＸｉｎ，ＺｈａｎｇＺｈｉｂｉｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｈａｎｇｈａｉｆｏｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９３，Ｃｈｉｎａ）Abst
3、ract：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｍｏｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｂｏｔ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｂｉｐｅｄｒｏｂｏｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｃａｒｅｆｕｌｌｙａｎｄｔｈｅＤ-Ｈｉｓｕｓｅｄｔｏａｎａ-ｌｙｚｅｔｈｅｒｏｂｏｔ’ｓｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｏｂｏｔｈａｓａｃｙｃｌｉｃａｌｍｏｖｅｍｅｎｔｐａｔｔｅｒｎ．ＴｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｉｎＭＡＴＬＡＢ，ａｎｄｔｈｅ３Ｄ-ｓｏｌｉｄｍｏｄｅｌｉｓｐｕｔｉｎｔｏＡＤＡＭＳｗｉｔｈｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓａｎｄｄｒｉｖｅｎ．Ｔｈｅｍｏｔｏｒｔｏｒｑｕｅｏｆｅａ
4、ｃｈｊｏｉｎｔａｆｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｈｅｏ-ｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｆｄｙｎａｍｉｃｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｏｆｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｔｏｔｙｐｅｉｓｒｅａｌｉｚｅｄｏｎｔｈｉｓｂａｓｅ．Keywords：ｂｉｐｅｄａｌｒｏｂｏｔ；Ｄ-Ｈｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ；ｄｙｎａｍｉｃｓ；ＡＤＡＭＳ設(shè)置兩個(gè)相互垂直的電動(dòng)機(jī)），膝關(guān)節(jié)處１個(gè)自由度０引言（可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的屈膝動(dòng)作，此處需設(shè)置一個(gè)電動(dòng)［１］雙足機(jī)器人具有仿人的外形和
5、步行方式，是機(jī)機(jī)），踝關(guān)節(jié)處２個(gè)自由度（可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人腳板的上下［２］器人研究中的一個(gè)重要領(lǐng)域。雙足機(jī)器人適合在和左右擺動(dòng)動(dòng)作，此處需設(shè)置兩個(gè)相互垂直的電動(dòng)人類的生活空間提供服務(wù)，具有廣闊的應(yīng)用前景，已機(jī)），雙足機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖如圖１所示。該雙足機(jī)器人［３-５］成為機(jī)器人學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。本文介紹了一種的結(jié)構(gòu)尺寸如下：總高為７２０ｍｍ，腳板長為２５０ｍｍ，腳雙足機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、行走動(dòng)力學(xué)分析，以及板寬為２００ｍｍ，腳板厚為８ｍｍ，大腿長為３１５ｍｍ，小腿行走仿真與實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容。通過對機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)分長為３００ｍｍ，從髖關(guān)節(jié)到膝關(guān)節(jié)的距離為２２５
6、ｍｍ，從析求出每個(gè)關(guān)節(jié)電動(dòng)機(jī)所需輸出的扭矩，并在ＡＤＡＭＳ膝關(guān)節(jié)到踝關(guān)節(jié)的距離為２２５ｍｍ。［６-８］軟件中驗(yàn)證扭矩計(jì)算的正確性。１機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于電動(dòng)機(jī)的扭矩范圍是一定的，其所能承受的負(fù)載有限，因此，為了減輕電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，需降低機(jī)器人的重量，即對機(jī)器人的材料提出要求：能夠承受一定的載荷、本身質(zhì)量較輕并且制作成本合理。經(jīng)過考慮，選擇鋁材作為機(jī)器人的原材料。雙足機(jī)器人的結(jié)構(gòu)是以人的雙腿為原型，采用雙足對稱式分布結(jié)構(gòu)，每條腿有５個(gè)自由度，包括髖關(guān)節(jié)處２個(gè)自由度（可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人大腿的上下抬起和左右擺動(dòng)動(dòng)作，此處需圖１雙足機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖４１２０１４年第
7、１２期現(xiàn)代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）在機(jī)器人雙腿的外端，即圖２所示的直流電動(dòng)機(jī)｛i｝（i＝１，２，?，n，n為坐標(biāo)系的個(gè)數(shù)）。該雙足機(jī)器輸出端，電動(dòng)機(jī)減速器的外殼通過法蘭１與內(nèi)側(cè)腿板人采用雙足對稱式分布結(jié)構(gòu)，每條腿有５個(gè)自由度，本聯(lián)接在一起，法蘭１內(nèi)裝有軸承以支承減速器的輸出文以機(jī)器人右腿為例，闡述坐標(biāo)系的建立方法。采用軸。減速器的輸出軸通過法蘭２與外側(cè)腿板固定在一后置法建立Ｄ-Ｈ坐標(biāo)系，坐標(biāo)系具體創(chuàng)建過程如下：起。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)腿板即內(nèi)、外側(cè)腿板之間將基坐標(biāo)系即坐標(biāo)系｛０｝固定在地面上；為
8、了方便規(guī)會(huì)產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)。劃機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，在機(jī)器人頂部的中心位置建立坐標(biāo)由于電動(dòng)機(jī)的尾端沒有輸出軸，因此尾端與內(nèi)側(cè)系｛１｝；對髖關(guān)節(jié)腿板間不需要聯(lián)接，而內(nèi)、外側(cè)腿板間
