[發明專利]一種新型的機器人行走機構的虛擬樣機模型設計方法

在審

• 申請號: 201510820072.5
• 申請日: 2015-11-24
• 公開（公告）號: CN106777432A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 常琳
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工大天才智能科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種機器人設計方法，具體涉及一種新型的機器人行走機構的虛擬樣機模型設計方法，屬于智能電子產品技術領域。

背景技術

在國內外的機器人行走機構選擇中，具有代表性的主要有輪式、腿式、履帶式等幾種行走機構，其根據使用場合不同，又從3個輪到多個輪、多腿式、兩條履帶到多條履帶不等，此外移動平臺的作業環境非常復雜，其環境因素主要包括所有的天然環境，以及各種人工干預的環境，稱之為非機構化環境，對于移動機器人來說，非結構環境是多樣的，復雜的三維地形，一般由平坦的地面、斜坡、障礙、臺階、壕溝、淺坑等地形組成，實質上，最典型的情況是斜坡、向上和向下的臺階，所有的地形可簡化為以上三種典型地形的組合，移動機構只要能夠通過上述三種地形及其組合，即可通過一系列動作序列通過各種復雜的三維環境。

發明內容

（一）要解決的技術問題

為解決上述問題，本發明提出了一種新型的機器人行走機構的虛擬樣機模型設計方法，機器人在非結構化環境中完成復雜的任務，能夠跨越臺階、壕溝等障礙，具有爬坡能力，在直行路面能以較快的速度行走。

（二）技術方案

本發明的新型的機器人行走機構的虛擬樣機模型設計方法，包括以下步驟：

第一步：通過對國內外移動機器人的整機性能以及移動機構的研究概況的調查分析，以及對現今國內外幾種典型的移動機器人行走機構的研究比較，總結并綜合其各自的優缺點，結合機器人的功能，設計虛擬樣機模型；

第二步：對機器人行走機構模型在如壕溝、臺階等障礙的非結構環境下進行了越障和轉向等運動分析，在此前提下進行機器人行走機構的結構尺寸設計，對機器人行走機構在平地和斜坡模式下所需的驅動電機功率進行了計算，根據電機、減速器的結構尺寸以及行走機構的運動分析結果對機器人行走機構進行了包括驅動系統、擺臂系統以及曲柄連桿履帶系統在內的機構設計；

第三步：應用建模軟件UG完成了對機器人行走機構零部件的三維參數化建模，創建機器人行走機構虛擬樣機模型和典型的高臺壕溝地形，并實現UG三維虛擬樣機模型向多剛體動力學軟件ADAMS/VIEW的實體轉換傳遞；

第四步：在ADAMS/VIEW環境下對機器人虛擬樣機模型的質量、材料、各部件的約束及驅動起始條件進行了設置，針對典型的非結構環境，對機器人行走機構樣機模型進行了在壕溝、高臺地形下的運動仿真，得到并驗證了機器人行走機構運動速度、擺臂力矩以及驅動力矩是否滿足實際條件下的需求，能否完成所提出的越障指標及性能。

進一步地，所述行走機構由輪式、履帶式和曲柄連桿結構的擺臂機構組合而成。

進一步地，所述第二步中的電機和減速機分別為Maxon直流伺服電機及Eisele減速器。

（三）有益效果

與現有技術相比，本發明的新型的機器人行走機構的虛擬樣機模型設計方法，機器人在非結構化環境中完成復雜的任務，能夠跨越臺階、壕溝等障礙，具有爬坡能力，在直行路面能以較快的速度行走。

具體實施方式

一種新型的機器人行走機構的虛擬樣機模型設計方法，包括以下步驟：

第一步：通過對國內外移動機器人的整機性能以及移動機構的研究概況的調查分析，以及對現今國內外幾種典型的移動機器人行走機構的研究比較，總結并綜合其各自的優缺點，結合機器人的功能，設計虛擬樣機模型；

第二步：對機器人行走機構模型在如壕溝、臺階等障礙的非結構環境下進行了越障和轉向等運動分析，在此前提下進行機器人行走機構的結構尺寸設計，對機器人行走機構在平地和斜坡模式下所需的驅動電機功率進行了計算，根據電機、減速器的結構尺寸以及行走機構的運動分析結果對機器人行走機構進行了包括驅動系統、擺臂系統以及曲柄連桿履帶系統在內的機構設計；

第三步：應用建模軟件UG完成了對機器人行走機構零部件的三維參數化建模，創建機器人行走機構虛擬樣機模型和典型的高臺壕溝地形，并實現UG三維虛擬樣機模型向多剛體動力學軟件ADAMS/VIEW的實體轉換傳遞；

第四步：在ADAMS/VIEW環境下對機器人虛擬樣機模型的質量、材料、各部件的約束及驅動起始條件進行了設置，針對典型的非結構環境，對機器人行走機構樣機模型進行了在壕溝、高臺地形下的運動仿真，得到并驗證了機器人行走機構運動速度、擺臂力矩以及驅動力矩是否滿足實際條件下的需求，能否完成所提出的越障指標及性能。

其中，所述行走機構由輪式、履帶式和曲柄連桿結構的擺臂機構組合而成。

所述第二步中的電機和減速機分別為Maxon直流伺服電機及Eisele減速器。

上面所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的構思和范圍進行限定。在不脫離本發明設計構思的前提下，本領域普通人員對本發明的技術方案做出的各種變型和改進，均應落入到本發明的保護范圍，本發明請求保護的技術內容，已經全部記載在權利要求書中。