一种仿人机器人头部的机械结构设计与动态仿真-机电工程.pdf

第２８卷第９期 机　　电　　工　　程 Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．９ A-PDF Split DEMO : Purchase from www.A-PDF.com to remove the watermark ２０１１年９月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｅｐ．２０１１ 一种仿人机器人头部的机械结构设计与动态仿真 严绪东，关　浩 （大连大学 机械工程学院，辽宁 大连 １１６６２２） 摘要：仿人头部的机械结构设计一直以来都是仿人机器人设计的重点和难点。由于头部空间狭小，运动机构较多，需要在有限的空 间里完成相对复杂的结构设计且各运动之间不允许干涉。针对这些问题，主要介绍了一种基于Ｐｒｏ／Ｅ的仿人机器人头部结构设 计，按照真人尺寸完成了机器人头部的虚拟装配和静态情况下的干涉检验，对机构的运动形式进行了动态仿真分析，最后得出了具 有一定工程应用价值的结论。研究结果表明，该研究为下一步制作实物机器人提供了数据，并为今后的驱动选型奠定了基础。 关键词：结构设计；Ｐｒｏ／Ｅ；干涉检验；动态仿真 中图分类号：ＴＰ２４；ＴＨ１２２　　　　文献标志码：Ａ 文章编号：１００１－４５５１（２０１１）０９－１０４０－０５ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｅｓｉｇｎａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｈｕｍａｎｏｉｄｒｏｂｏｔｈｅａｄ ＹＡＮＸｕｄｏｎｇ，ＧＵＡＮＨａｏ （ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６６２２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｅｓｉｇｎｏｆａｈｕｍａｎｏｉｄｒｏｂｏｔｈｅａｄｈａｓａｌｗａｙｓｂｅｅｎｔｈｅｆｏｃｕｓａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ．Ａｓｔｈｅｒｏｂｏｔｈａｓｓｍａｌｌｈｅａｄｓｐａｃｅａｎｄｍａｎｙ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｉｔｉｓｎｅｅｄｅｄｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｉｎａｌｉｍｉｔｅｄｓｐａｃｅ，ａｎｄａｌｓｏａｌｌｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｓａｒｅｎｏｔａｌｌｏｗｅｄ ｔｏｉｎｔｅｒｆｅｒｅｗｉｔｈｅａｃｈｏｔｈｅｒ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｓｅｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｆａｈｕｍａｎｏｉｄｒｏｂｏｔｈｅａｄｂａｓｅｄｏｎＰｒｏ／Ｅｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｎｄｔｈｅ ｖｉｒｔｕａｌａｓｓｅｍｂｌｙｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｔｈｅｌｉｆｅｓｉｚｅａｎｄｔｈｅｓｔａｔｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｃｈｅｃｋｗｅｒｅａｌｓｏａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｆｏｒｍｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ ｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ，ｗｈｉｃｈｍａｙｂｅｖａｌｕａｂｌｅｆｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｄａｔａｆｏｒｔｈｅ ｎｅｘｔｒｏｂｏｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｌａｙｓｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｄｒｉｖｅｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎ；Ｐｒｏ／Ｅ；ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｃｈｅｃｋ；ｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ［７］ 感机器人头 ，它可以和人进行对话并产生表情。国 ０　引　言 内研究的仿人头部机器人基本可以实现６种基本表 情，但是还不能和真人相比，不够自然和逼真。其原因 仿人机器人具有人类的外观，可以适应人类的生 活和工作环境。随着现代科学技术的进步，仿人机器 一方面是由于机器人头部空间