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双足步行机器人仿真

作　者: 杨以明
导　师: 杜继宏
学　校: 清华大学
专　业: 控制工程
关键词: 双足步行拟人机器人多体动力学步行仿真数字样机模型
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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引　用: 14次
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内容摘要

论文工作是清华大学“985”重点项目“拟人机器人技术及其系统研究”中的一部分,主要对双足步行机器人进行了仿真研究。首先介绍了多体系统动力学的基本理论,包括多刚体系统动力学建模、多柔体系统动力学建模、多体系统动力学方程求解。然后介绍了MSC.ADAMS软件及其相关的模块,软件的基本算法,参数化建模及其分析工具。本文重点研究了三个问题,即:机器人下肢的数字样机模型的建立;机器人的步态仿真;机器人样机模型与控制系统的协同仿真。论文主要工作如下:1.根据机器人的实体模型,使用MSC.ADAMS软件建立了机器人的下肢数字样机模型。并对机器人样机各部分的建模过程予以论述。部件实测质量与数字样机模型计算的部件质量进行了比较。2.选用在实际测试中能稳定行走的步态,经过数据处理,使用机器人下肢的数字样机模型在计算机中实现了虚拟步行。并获得了大量的在实际试验中无法获取的数据。3.在同一个软件中实现了机器人关节的协同仿真。这表明对于比较简单的单关节控制系统与机械系统的协同仿真,在MSC.ADAMS软件中是可以独立进行的。这就为单关节运动控制器的研究提供了一种简单易行的手段。到目前为止,已经实现了THBIP-1机器人下肢的数字样机模型在仿真软件中的行走。

全文目录

第1章绪论  8-14
  1.1 课题目的和意义  8
  1.2 机器人研究现状  8-10
  1.3 当前仿真研究的状况和进展  10-13
    1.3.1 仿真的定义  10
    1.3.2 机器人计算机仿真技术的发展概况  10-13
  1.4 论文各部分的主要内容  13-14
第2章 ADAMS 软件建模仿真理论  14-20
  2.1 引言  14-15
  2.2 多体系统动力学基本理论  15-19
    2.2.1 多刚体系统动力学建模  16-18
      2.2.1.1 多体系统动力学的基本概念  16-17
      2.2.1.2 计算多体系统动力学建模与求解一般过程  17-18
    2.2.2 多柔体系统动力学建模  18-19
  2.3 多体系统动力学方程的求解  19-20
第3章 MSC.ADAMS 软件  20-43
  3.1 引言  20-21
  3.2 MSC.ADAMS 软件介绍  21-30
  3.3 MSC.ADAMS 软件基本算法  30-40
    3.3.1 MSC.ADAMS 静力学及线性化分析  31-32
    3.3.2 MSC.ADAMS 运动学分析  32-33
    3.3.3 MSC.ADAMS 动力学分析  33-35
    3.3.4 MSC.ADAMS 求解器算法介绍  35-40
      3.3.4.1 MSC.ADAMS 数值算法  37
      3.3.4.2 动力学求解算法特性比较  37-38
      3.3.4.3 求解器的特点比较  38-39
      3.3.4.4 刚性问题求解算法选择  39-40
  3.4 MSC.ADAMS 参数化建模及优化设计  40-43
第4 章双足步行机器人的数字样机模型建立  43-63
  4.1 引言  43
  4.2 清华大学THBIP-1 机器人介绍  43-45
  4.3 机器人MSC.ADAMS 数字样机建模  45-59
    4.3.1 数字建模和仿真的步骤  45-47
    4.3.2 创建机器人的模型  47-59
      4.3.2.1 机器人的部件  52-56
      4.3.2.2 机器人模型的拓扑结构---约束连接表  56-58
      4.3.2.3 机器人模型的拓扑结构---力表  58-59
  4.4 物理模型与数字样机模型的比较  59-63
第5章数字样机模型步态仿真研究与结果分析  63-87
  5.1 引言  63
  5.2 仿真分析和试验  63-65
  5.3 机器人步态的选用及处理  65-67
  5.4 仿真的内容  67-71
    5.4.1 步态的仿真  67-68
    5.4.2 单个部件的协同仿真  68-71
  5.5 ADAMS/View 仿真分析变量的输出和测量  71-72
  5.6 用 ADAMS/PostProcessor 进行结果处理与分析  72-87
第6章结论  87-90
  6.1 总结  87-89
  6.2 展望未来  89-90
参考文献  90-92
致谢  92
声明  92-93
附录A  93-95
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  95

双足步行机器人仿真

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