仿人移動服務機器人結(jié)構設計及穩(wěn)定性分析.pdf

1、隨著專業(yè)和家用服務機器人的逐漸普及，仿人移動服務機器人技術得到迅猛發(fā)展。盡管服務機器人給人類帶來了極大的便利，但由于其工作環(huán)境復雜，依然存在安全隱患。本文的目的是研制一款仿人移動服務機器人，并主要設計機器人的機械結(jié)構，對其靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性進行了分析，使設計的機器人能夠安全穩(wěn)定的運行。
　　首先，通過人機工程學理論確定了機器人仿人上身的大體尺寸；根據(jù)擬人化、結(jié)構輕量化、安全性等設計原則，設計了仿人移動服務機器人的頸部、手臂、腰部、底

2、盤、外觀曲面的具體結(jié)構；在設計的過程中，通過可操作度指標選取6自由度仿人機械臂構型，并確定了中心孔走線方式；同時對各關節(jié)的電機和減速器進行選型和校核。
　　其次，根據(jù)李代數(shù)、旋量理論建立仿人移動機器人的底盤、上身運動學模型，并分析了腰關節(jié)對機器人工作空間的影響；采用拉格朗日方法建立機器人的總體動力學模型，并重點分析了底盤和機械臂運動對腰部受力的影響。
　　再次，采用重心投影法分析機器人的靜態(tài)穩(wěn)定性，并通過ANSYS仿真腰部關

3、節(jié)運動到極限位置時腰部關節(jié)的受力情況；采用零力矩點（ZMP）原理分析機器人的動態(tài)穩(wěn)定性，通過典型運動仿真分析外界干擾對機器人動態(tài)穩(wěn)定性的影響，并以此確定機器人底盤的尺寸大??；通過采用4次B樣條曲線，參數(shù)化各關節(jié)運動軌跡，以時間最短和能量最少為目標函數(shù)，以插值時間間隔為優(yōu)化變量，以穩(wěn)定性、關節(jié)物理約束、運動邊界條件為約束條件，建立機器人全身運動協(xié)調(diào)多目標優(yōu)化模型，并對目標函數(shù)進行耦合性分析。
　　最后，基于Pareto最優(yōu)選取非支配