發(fā)布時(shí)間：2021-01-04 05:58

　　仿人機(jī)器人是一種外觀與人相似,具有移動(dòng)功能、感知功能、操作功能的智能機(jī)器人,它不僅能夠獨(dú)立完成操作任務(wù),還能與人類協(xié)作完成操作任務(wù)。仿人機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)在到達(dá)指定位置后,操作任務(wù)主要依靠仿人機(jī)器人高靈活的臂腰系統(tǒng)來完成。由于臂腰系統(tǒng)具有高冗余的特性,如何實(shí)現(xiàn)其高靈巧的操作運(yùn)動(dòng)規(guī)劃,以避免操作過程中增加約束限制而導(dǎo)致任務(wù)失敗是其研究的重點(diǎn)。此外,在臂腰關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈內(nèi)含有諧波減速器等柔性元器件,使得關(guān)節(jié)具有柔性,從而導(dǎo)致仿人機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)中會(huì)發(fā)生不可避免的振動(dòng),而過大的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致操作任務(wù)失敗。因此,仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中的振動(dòng)必須加以抑制。為完成仿人機(jī)器人的設(shè)計(jì),本文首先分析了仿人機(jī)械臂及仿人頭部的參數(shù),并結(jié)合自上而下的設(shè)計(jì)順序與仿人機(jī)器人操作任務(wù),確定了仿人機(jī)器人腰部設(shè)計(jì)需求。然后,通過人類腰部運(yùn)動(dòng)特征分析,確定了仿人機(jī)器人腰部自由度及其構(gòu)型。在設(shè)計(jì)了腰關(guān)節(jié)機(jī)械機(jī)構(gòu)、內(nèi)部傳感器系統(tǒng)分布、電氣系統(tǒng)及保護(hù)措施后,通過參數(shù)辨識(shí)實(shí)驗(yàn),確定了腰關(guān)節(jié)的控制參數(shù)。最后,通過腰部連接仿人機(jī)器人其余部分,完成了仿人機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)。將仿人機(jī)器人主要尺寸參數(shù)與成人尺寸參數(shù)進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明仿人機(jī)器人整體尺寸相對(duì)協(xié)調(diào)。通過... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：149 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

NASA仿人機(jī)器人

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-4-佐治亞理工學(xué)院的Domo[9]和Cody[10]，美國(guó)馬薩諸塞大學(xué)的Ubot[11]，WillowGarage公司的仿人機(jī)器人PR2[12]。這些仿人機(jī)器人具有一個(gè)明顯的共同點(diǎn)，即在設(shè)計(jì)中均采用了輪式移動(dòng)平臺(tái)代替了仿人雙足機(jī)構(gòu)，使得機(jī)器人系統(tǒng)穩(wěn)定性更好，便于專注研究其上肢的操作能力。為探索使用仿人機(jī)器人代替人類執(zhí)行空間站操作任務(wù)，俄羅斯宇航局研發(fā)了仿人機(jī)器人SkybotF850，如圖1-2所示。圖1-2俄羅斯仿人機(jī)器人Fig.1-2SkybotF850SkybotF850可以通過內(nèi)置程序?qū)崿F(xiàn)與人類交互操作，也可以通過操作者使用可穿戴裝置實(shí)現(xiàn)遙操作。與Robonaut類似的應(yīng)用目的，設(shè)計(jì)SkybotF850是為了到國(guó)際空間站執(zhí)行實(shí)驗(yàn)任務(wù)。不同的是，SkybotF850是第一個(gè)采用人類宇航員升空的方式進(jìn)入空間站，通過坐在特定座位固定自身，在其發(fā)射前，發(fā)射中及進(jìn)入軌道時(shí)報(bào)告飛行參數(shù)和觀測(cè)飛行器內(nèi)部狀態(tài)。隨著聯(lián)盟號(hào)宇宙飛船，SkybotF850進(jìn)入了國(guó)際空間站，進(jìn)行了為期2周的空間任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了電氣連接任務(wù)并嘗試使用了電鉆工具，完成空間任務(wù)的SkybotF850又跟著聯(lián)盟號(hào)宇宙飛船成功返回了地球。德國(guó)仿人機(jī)器人的靈巧操作一直處于世界領(lǐng)先地位，其研究主要以地面機(jī)器人系統(tǒng)為主。德國(guó)宇航中心（DLR）設(shè)計(jì)的仿人上半身系統(tǒng)Justin是目前最靈巧的仿人機(jī)器人之一，如圖1-3所示[13]。DLR展示了Justin可以完成的諸如搬運(yùn)垃圾簍，倒茶、接飛球、挖冰淇淋等復(fù)雜操作。Justin的下肢采用了具有4個(gè)可伸縮輪結(jié)構(gòu)的移動(dòng)平臺(tái)，通過伸縮輪結(jié)構(gòu)擴(kuò)展其支撐面，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂操作過程中的穩(wěn)定支撐。后續(xù)研究中，為了更好實(shí)現(xiàn)擬人的下肢移動(dòng)能力，DLR設(shè)計(jì)了雙足版本的仿人機(jī)器人TORO[14]。2010年漢諾威工業(yè)展中，機(jī)器人創(chuàng)新中心DFKIBremen展出了女性仿人機(jī)器人AILA[15]，如下圖1-4?

第1章緒論-5-的操作穩(wěn)定性。圖1-3Justin仿人機(jī)器人Fig.1-3Justinhumanoidrobot圖1-4女性機(jī)器人AILAFig.1-4RoboticsystemAILA除此之外，德國(guó)知名的仿人機(jī)器人還有慕尼黑工業(yè)大學(xué)的機(jī)器人Rosie[16]、德國(guó)卡爾斯魯厄理工大學(xué)的機(jī)器人ARMAR[17]。這些機(jī)器人在初期設(shè)計(jì)中都采用了輪式移動(dòng)平臺(tái)作為上身的支撐，主要是因?yàn)槠溲芯總?cè)重于仿人機(jī)器人上肢的操作能力，從而更好地實(shí)現(xiàn)與人機(jī)交互。盡管一些機(jī)器人外觀并不完全擬人，為便于實(shí)現(xiàn)類似人類的操作功能，在設(shè)計(jì)過程中一般要求仿人機(jī)器人的工作空間盡可能與人類相匹配，即具有與人類類似的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和參數(shù)。日本作為制造業(yè)強(qiáng)國(guó)，在仿人機(jī)器人領(lǐng)域一直是主要的引領(lǐng)者之一。本田公司研制的系列仿人機(jī)器人ASIMO一直是電機(jī)驅(qū)動(dòng)仿人機(jī)器人的典范，如圖1-5所示。圖1-5阿西莫系列仿人形機(jī)器人Fig.1-5ASIMOhumanoidrobots在一系列的展示視頻中，最令人驚嘆的莫過于ASIMO[18]的移動(dòng)能力。作為縮小版的P系列仿人機(jī)器人[19,20]，最新一代的ASIMO高為130cm，重量達(dá)54kg，全身具有34個(gè)獨(dú)立自由度實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)與操作能力。設(shè)計(jì)者在其內(nèi)部集成了雙手足、雙目視覺和語音識(shí)別等系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)過端盤子的操作功能、同時(shí)也展現(xiàn)過導(dǎo)引及跑跳等功能，最為難得的是其還展現(xiàn)過流暢的踢足球能力�？梢钥闯�

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于最優(yōu)控制的仿人機(jī)器人行走振動(dòng)抑制[J]. 易江,朱秋國(guó),吳俊,熊蓉.  機(jī)器人. 2018(02)
[2]面向作業(yè)與人工智能的仿人機(jī)器人研究進(jìn)展[J]. 吳偉國(guó).  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2015(07)
[3]漂浮基柔性關(guān)節(jié)、柔性臂空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模、飽和魯棒模糊滑模控制及雙重柔性振動(dòng)主動(dòng)抑制[J]. 謝立敏,陳力.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2015(01)
[4]基于粒子群優(yōu)化的剛?cè)峄旌蠙C(jī)械臂振動(dòng)抑制規(guī)劃[J]. 徐文福,徐超,孟得山.  控制與決策. 2014(04)
[5]仿人機(jī)器人綜述[J]. 徐莉,劉振方,王建丞,羅志強(qiáng).  黑龍江科學(xué). 2013(07)
[6]機(jī)器人工作空間求解的蒙特卡洛法改進(jìn)[J]. 劉志忠,柳洪義,羅忠,張秀珩.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2013(01)
[7]基于雙目視覺的雙臂作業(yè)型服務(wù)機(jī)器人的研制[J]. 李瑞峰,胡雨濱,趙立軍,葛連正,劉廣利.  機(jī)械設(shè)計(jì)與制造. 2010(04)
[8]基于Matlab的機(jī)器人工作空間求解方法[J]. 趙燕江,張永德,姜金剛,邵俊鵬.  機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2009(12)
[9]一種冗余機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解的有效方法[J]. 祖迪,吳鎮(zhèn)煒,談大龍.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2005(06)
[10]主動(dòng)約束層阻尼板的振動(dòng)控制研究[J]. 劉天雄,石銀明,華宏星,陳兆能,史習(xí)智.  機(jī)械強(qiáng)度. 2002(01)

博士論文
[1]機(jī)器人靈巧手的物體觸摸識(shí)別及自適應(yīng)抓取研究[D]. 顧海巍.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]面向ORU更換的冗余機(jī)械臂及其柔順控制的研究[D]. 霍希建.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[3]面向任務(wù)的全維移動(dòng)雙臂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法研究[D]. 邱長(zhǎng)伍.上海交通大學(xué) 2010

碩士論文
[1]仿人型靈巧手拇指靈巧性設(shè)計(jì)方法的研究[D]. 王海榮.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012
[2]機(jī)器人宇航員頭部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其目標(biāo)追蹤控制方法研究[D]. 楊揚(yáng).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011



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