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1、機(jī)器人現(xiàn)代制造工程(ModernManufacturingEngineering)2011年第9期小型雙足機(jī)器人擬人步態(tài)建模與行走仿真研究+單以才k2，劉世豪2，秦建華1，蔣步福2(1南京航天航空大學(xué)機(jī)電學(xué)院，南京210016；2南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院，南京210046)摘要：步態(tài)仿真是雙足機(jī)器人設(shè)計(jì)技術(shù)的重要環(huán)節(jié)之一。針對現(xiàn)有步態(tài)仿真存在二維仿真不夠直觀、三維聯(lián)合仿真會(huì)帶來鏈接失敗和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換丟失等問題，從簡化仿真流程和增強(qiáng)仿真視覺效果出發(fā)，提出了僅運(yùn)用三維軟件UGNX完成一種小型雙足機(jī)器人步態(tài)的三維仿真。參照該物理樣機(jī)構(gòu)型，首先建立了雙足行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。通過對擬人步態(tài)
2、的合理規(guī)劃，將直行動(dòng)作分解為10個(gè)子動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)序列動(dòng)作的連續(xù)仿真。由于機(jī)器人行走時(shí)無固定支撐點(diǎn)，通過對腳底板與虛擬環(huán)境間添加接觸約束和摩擦力，建立了UGNX環(huán)境下虛擬樣機(jī)，最終完成擬人步態(tài)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。仿真結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)對比表明，采用三維軟件UGNX進(jìn)行雙足機(jī)器人步態(tài)建模與行走仿真研究具有較強(qiáng)的可行性。關(guān)鍵詞：雙足機(jī)器人；UGNX軟件；步態(tài)規(guī)劃；虛擬樣機(jī)；三維仿真中圖分類號：TP242文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：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引言作為雙足機(jī)器人的核心組件，行走機(jī)構(gòu)通常由多個(gè)連桿經(jīng)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)串聯(lián)而成。行走時(shí)，它通過控制各連桿在時(shí)序和空間上的先后
7、運(yùn)動(dòng)，來適應(yīng)不同路面的穩(wěn)定步行，如平面、斜坡和樓梯等。因而行走機(jī)構(gòu)的自由度配置、步態(tài)規(guī)劃顯得尤為重要¨圳。多自由度在提高機(jī)器人完成復(fù)雜動(dòng)作功能的同時(shí)，也使本體的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)求解變得更加困難。盡管可以通過增加一些約束條件(如功耗最小、峰值力矩最小等)來求出運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的近似解，雙足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃卻與自身的實(shí)際運(yùn)動(dòng)存在較大差異日刁J。采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路開發(fā)高性能的雙足機(jī)器人產(chǎn)品，顯然難以滿足降低產(chǎn)品成本、提高設(shè)計(jì)效率的時(shí)代性需求，這也是當(dāng)前抑制雙足機(jī)器人應(yīng)用推廣的重
