双足步行机器人设计及运动控制讲解.docx

哈尔滨理工大学综合课程设计 哈尔滨理工大学综合课程设计 目录 TOC \o 1-5 \h \z \o Current Document 第1章序言 2 \o Current Document 1.1双足机器人现状 2 \o Current Document 1.2技能综合训练意义 2 \o Current Document 1.3技能训练的内容 2 \o Current Document 第2章元件选择、结构设计 3 \o Current Document 2.1元件选择 3 \o Current Document 2结构设计三维设计图 4 2.2.1零件三位模型以及装配 4 2.2.2装配三维模型 7 \o Current Document 第3章控制系统设计 10 \o Current Document 第4章系统软件编程与仿真 12 第5章结论 错误!未定义书签。 \o Current Document 参考文献 17 哈尔滨理工大学综合课程设计 哈尔滨理工大学综合课程设计 - - PAGE #- 第1章序言 1.1双足机器人现状 随着世界第一台工业机器人1962年在美国诞生，机器人已经有了三 十多年的发展史。三十多年来，机器人由工业机器人到智能机器人，成为 21世纪具有代表性的髙新技术之一，其研究涉及的学科涵盖机械、电子、 生物、传感器、驱动与控制等多个领域。 世界著名机器人学专家，日本早稻田大学的加藤一郎教授说过：“机 器人应当具有的最大特征之一是步行功能。”双足机器人属于类人机器 人，典型特点是机器人的下肢以刚性构件通过转动副联接，模仿人类的腿 及髄关节、膝关节和踝关节，并以执行装置代替肌肉，实现对身体的支撑 及连续地协调运动，各关节之间可以有一定角度的相对转动。 双足机器人不仅具有广阔的工作空间，而且对步行环境要求很低，能 适应各种地面且具有较高的逾越障碍的能力，其步行性能是其它步行结构 无法比拟的。研究双足行走机器人具有重要的意义 1.2技能综合训练意义 技能训练是在学生修完除毕业设计外全部理论和时间课程以后的一次综 合性时间教学环节，其目的和意义在于： 通过技能训练，了解机器人机构及控制系统设计的基础知识； 掌握机器人系统中元部件的正确选择方法和特性参数的确定： 培养学生对所学知识的综合应用，理论联系实际的能力； 培养学生的动手能力和实际操作能力： 1.3技能训练的内容 1、 主要内容： 1） 、机器人结构设计； 2） 、控制系统软硬件设计与仿真； 3） 、八自由度机器人运动控制。 2、 训练形式 学生以小组为单位，集体讨论确定整体方案；指导教师给出实训方 向，技术指标等，协助学生完成训练任务。 第2章元件选择、结构设计 2.1元件选择 2.1.1电机的选择 常用的电机有直流电机、步进电机、舵机等。下面我们大概对直流电 机、步进电机、舵机进行一下对比(见表2?1) 表2?1电机对比 电机 优点 缺点 适用重量 应用场合 功率大、接口简 单、容易购得型 号多 较难装配、较 贵、控制复杂 任何重量 的机器人 较大型机器 人 步进 电机 精确的速度控制 型号多、接口简 单、便宜 体积大，较难 装配、功率 小、控制复杂 轻型机器 人 巡线跟踪机 器人，迷宫 机器人 舵机 易于安装、接口 简单、功率中等 负载能力较低 速度调节范围 较小 重至 2. 5kg 的 机器人 小型机器 人，步行机 器人 所以此处选取XQ-RS313不带两个耳朵全金属齿轮13公斤大扭力 舵机作为双足机器人的传动机构。 参数说明:XQ-RS313舵机 重量：62g 尺寸：约 60nunX4OnimX35.5nun 速度：0.17 秒/60 度(4.8V)； 0.13 秒/60 度(6.0V) 扭矩：13kg ? cm 使用温度:0??+55摄氏度 工作电压:4.8V-6V 2.1.2关节材料及尺寸的选择 由于舵机已经选定，则根据加入垫片以后各宽度设计支架的宽度，并 按若人体比例设计大腿、小腿处需要的支架的长度。(如下图标注所示) 根据资料查阅，绝大多数小型双足机器人关节材料均选用铝合金作为 材料，整个结构采用1.5mm的铝合金(LY12)仮金材料，这种材料重量轻、 硬度髙、强度虽不如钢，但却大大髙于普通铝合金。且这种材料具有弹性 模量、密度比高的特点。又因为机器总重不超过2.5KG,舵机扭矩为13 kg - cmo强度远小于铝合金的抗弯强度。所以符合要求。如图2-l-2o 图2?1?2关节初步设计简图 2. 2结构设计三维设计 221零件三位模型以及装配 1、舵机，双足机器人的核心部件，型号XQ-RS313,如图2-2-1 哈尔滨理工大学综合课程设计 哈尔滨理工大学综合课程设计 图221舵机 2、舵盘