仿人型机器人总体及臂手部结构的设计7.docVIP

目录 1前言 1 1.1 仿人机器人的概念 1 1.2 课题来源 1 1.3 技术要求 1 1.4 国内外研究现状及发展状况 2 1.4.1 国内研究现状 2 1.4.2 国外研究现状 2 1.4.3 发展趋势 3 1.5 本课题要解决的主要问题及解决方案 4 2 总体方案设计 6 2.1 仿人机器人臂手部结构的确定 6 2.2 仿人机器人上身尺寸的确定 6 2.3 结构的设计 6 2.4 仿人机器人自由度的确定 6 2.5 电机的选择 7 3 机器人驱动装置的设计 8 3.1 肩部步进电机的选择 9 3.2 肘部步进电机的选择 9 3.3 腕部及头部电机选择 10 4.仿人机器人机械传动件的设计 11 4.1 齿轮的设计 11 4.1.1 肩部齿轮的设计与校核 11 4.1.2 肘腕部齿轮设计 13 4.1.3 头部齿轮的设计 14 4.2 轴的设计与计算 15 4.2.1 轴的结构设计 15 4.2.2 轴的强度计算 16 5. 仿人型机器人连接板的设计及校核 20 5.1 肩部连接板的设计与校核 20 5.2 电机支撑板的设计与校核 21 6. 仿人型机器人三维造型及运动仿真 22 6.1 仿人型机器人三维造型 22 6.2 仿人型机器人运动仿真 23 6.3 仿人型机器人舞蹈运动分析 23 6.4 仿人机器人重力分析 23 7 结论 25 参考文献 26 致 谢 27 附 录 28 1前言 1.1 仿人机器人的概念 现阶段，机器人的研究应用领域不断拓宽，其中仿人机器人的研究和应用尤其受到普遍关注，并成为智能机器人领域中最活跃的研究热点之一。 研究与人类外观特征类似，具有人类智能、灵活性，并能够与人交流，不断适应环境的仿人机器人一直是人类的梦想之一。世界上最早的仿人机器人研究组织诞生于日本，1973年，以早稻大学加藤一郎教授为首，组成了大学和企业之间的联合研究组织，其目的就是研究仿人机器人。加藤一郎教授突破了仿人机器人研究中最关键的一步——两足步行。1996年11月，本田公司研制出了自己的第一台仿人步行机器人机P2，2000年11月，又推出了必威体育精装版一代的仿人机器人ASIMO。国防科技大学也在2001年12月独立研制出了我国第一台仿人机器人。 仿人机器人要能够理解、适合环境、精确灵活地进行作业，高性能传感器的开发必不可少。传感器是机器人获得智能的重要手段，如何组合传感器摄取的信息，并有效地加以运用，是基于传感器控制的基础，也是实现机器人自治的先决条件。 仿人机器人研究在很多方面已经取得了突破，如关键机械单元、基本行走能力、整体运动、动态视觉等，但是离我们理想中的要求还相去甚远，还需要在仿人机器人的思维和学习能力、与环境的交互、躯体结构和四肢运动、体系结构等方面进行更进一步的研究。 仿人机器人具有人类的外观，可以适合人类的生活和工作环境，代替人类完成各种作业，并可以在很多方面扩展人类的能力，在服务、医疗、教育、娱乐等多个领域得到广泛应用。 1.2 课题来源 本课题来源于研究课题。仿人机器人的研究和应用尤其受到普遍关注，并成为智能机器人内领域中最活跃的研究热点之一，研究与人类外观特征类似，具有人类智能、灵活性，能够与人交流，不断适应环境的仿人机器人一直是人类的梦想之一。 1.3 技术要求 根据设计要求达到以下技术要求： a.根据任务要求，本仿人机器人总高900mm，肩宽30mm，手臂长40mm； b.各关节采用一级齿轮传动，用步进电机驱动； c.除了通用件外，其它零件用工程塑料PVC压铸成形。 1.4 国内外研究现状及发展状况 1.4.1 国内研究现状 国内，，1985，。。1985年开始研制双足步行机器人，863”计划的支持，：10个自由度，100kg，1.2m，，。12 个自由度，。12 个自由度，，，。H IT，。，，，，32个自由度。。1989年研制成功了一台双足行走机器人，10个自由度，。，。 60o 30o/s 肩关节转动 360o 30o/s 肩关节摆动 180o 60o/s 肘摆动 180o 30o/s 腕摆动 90o 30o/s 2.5 电机的选择 通常机器人的驱动方式有以下三种： a.电动机驱动方式 电动机驱动是利用各种类型的电动机经过机械传动驱动机器人操作机以获得各种运动。电力驱动因有不需能量转换、控制灵活、使用方便、噪声较低、启动力矩大等优点而在机器人中广泛选用。 b.液压驱动方式 液压是一种比较成熟的技术。驱动力或驱动力矩大，即功率重量比大，也可把工作液压缸直接做成操作关节的一部分，实现直接驱动。结构较简单、紧凑。液压驱动方式中所使用的压力在0.5～14MPa之间，最高可达20～30MPa；但机器人中多采用0.6～7MPa，而且需配备压力源和复杂