[发明专利]一种新型的机器人行走机构的虚拟样机模型设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人设计方法，具体涉及一种新型的机器人行走机构的虚拟样机模型设计方法，属于智能电子产品技术领域。

背景技术

在国内外的机器人行走机构选择中，具有代表性的主要有轮式、腿式、履带式等几种行走机构，其根据使用场合不同，又从3个轮到多个轮、多腿式、两条履带到多条履带不等，此外移动平台的作业环境非常复杂，其环境因素主要包括所有的天然环境，以及各种人工干预的环境，称之为非机构化环境，对于移动机器人来说，非结构环境是多样的，复杂的三维地形，一般由平坦的地面、斜坡、障碍、台阶、壕沟、浅坑等地形组成，实质上，最典型的情况是斜坡、向上和向下的台阶，所有的地形可简化为以上三种典型地形的组合，移动机构只要能够通过上述三种地形及其组合，即可通过一系列动作序列通过各种复杂的三维环境。

发明内容

（一）要解决的技术问题

为解决上述问题，本发明提出了一种新型的机器人行走机构的虚拟样机模型设计方法，机器人在非结构化环境中完成复杂的任务，能够跨越台阶、壕沟等障碍，具有爬坡能力，在直行路面能以较快的速度行走。

（二）技术方案

本发明的新型的机器人行走机构的虚拟样机模型设计方法，包括以下步骤：

第一步：通过对国内外移动机器人的整机性能以及移动机构的研究概况的调查分析，以及对现今国内外几种典型的移动机器人行走机构的研究比较，总结并综合其各自的优缺点，结合机器人的功能，设计虚拟样机模型；

第二步：对机器人行走机构模型在如壕沟、台阶等障碍的非结构环境下进行了越障和转向等运动分析，在此前提下进行机器人行走机构的结构尺寸设计，对机器人行走机构在平地和斜坡模式下所需的驱动电机功率进行了计算，根据电机、减速器的结构尺寸以及行走机构的运动分析结果对机器人行走机构进行了包括驱动系统、摆臂系统以及曲柄连杆履带系统在内的机构设计；

第三步：应用建模软件UG完成了对机器人行走机构零部件的三维参数化建模，创建机器人行走机构虚拟样机模型和典型的高台壕沟地形，并实现UG三维虚拟样机模型向多刚体动力学软件ADAMS/VIEW的实体转换传递；

第四步：在ADAMS/VIEW环境下对机器人虚拟样机模型的质量、材料、各部件的约束及驱动起始条件进行了设置，针对典型的非结构环境，对机器人行走机构样机模型进行了在壕沟、高台地形下的运动仿真，得到并验证了机器人行走机构运动速度、摆臂力矩以及驱动力矩是否满足实际条件下的需求，能否完成所提出的越障指标及性能。

进一步地，所述行走机构由轮式、履带式和曲柄连杆结构的摆臂机构组合而成。

进一步地，所述第二步中的电机和减速机分别为Maxon直流伺服电机及Eisele减速器。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明的新型的机器人行走机构的虚拟样机模型设计方法，机器人在非结构化环境中完成复杂的任务，能够跨越台阶、壕沟等障碍，具有爬坡能力，在直行路面能以较快的速度行走。

具体实施方式

一种新型的机器人行走机构的虚拟样机模型设计方法，包括以下步骤：

第一步：通过对国内外移动机器人的整机性能以及移动机构的研究概况的调查分析，以及对现今国内外几种典型的移动机器人行走机构的研究比较，总结并综合其各自的优缺点，结合机器人的功能，设计虚拟样机模型；

第二步：对机器人行走机构模型在如壕沟、台阶等障碍的非结构环境下进行了越障和转向等运动分析，在此前提下进行机器人行走机构的结构尺寸设计，对机器人行走机构在平地和斜坡模式下所需的驱动电机功率进行了计算，根据电机、减速器的结构尺寸以及行走机构的运动分析结果对机器人行走机构进行了包括驱动系统、摆臂系统以及曲柄连杆履带系统在内的机构设计；

第三步：应用建模软件UG完成了对机器人行走机构零部件的三维参数化建模，创建机器人行走机构虚拟样机模型和典型的高台壕沟地形，并实现UG三维虚拟样机模型向多刚体动力学软件ADAMS/VIEW的实体转换传递；

第四步：在ADAMS/VIEW环境下对机器人虚拟样机模型的质量、材料、各部件的约束及驱动起始条件进行了设置，针对典型的非结构环境，对机器人行走机构样机模型进行了在壕沟、高台地形下的运动仿真，得到并验证了机器人行走机构运动速度、摆臂力矩以及驱动力矩是否满足实际条件下的需求，能否完成所提出的越障指标及性能。

其中，所述行走机构由轮式、履带式和曲柄连杆结构的摆臂机构组合而成。

所述第二步中的电机和减速机分别为Maxon直流伺服电机及Eisele减速器。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。