经验分享：双足仿人机器人ADAMS虚拟样机建模方法
本帖最后由 llwwww 于 2013-10-25 10:17 编辑虚拟仿真为研究仿人机器人步态提供了一种良好的试验方法。在计算机上构建仿人机器人虚拟样机和进行虚拟仿真，可以在设计阶段准确预测机器人在外观、质量、结构等各方面的特性，为机器人的设计优化提供可靠的参考。具体来说，进行仿人机器人虚拟仿真的作用主要有：①检验机构运动中是否存在结构干涉；②获得关节驱动扭矩曲线、驱动功率曲线，为电机和减速器的选配提供参考；③获得总功率曲线，为电源的选型提供参考；④验证步态规划方法的可行性；⑤验证控制模型和控制算法的有效性。 在ADAMS中建立机器人全身虚拟样机模型的步骤要点如下：(1) 导入几何模型。由于ADAMS几何建模功能薄弱，机器人几何模型通过读入CAD软件输出模型的方式建立，所导入模型的尺寸、质量和转动惯量与三维模型保持一致。首先，在CAD软件中将彼此没有相对运动的零件组合为子装配体，以缩减模型中可运动部件的数量。然后，将各子装配体依次以X_T格式通过ADAMS/Exchange接口导入ADAMS/View环境中。(2) 施加材料。在部件编辑命令中为各个部件设置其材料为铝合金或镁合金，这时，ADAMS能自动计算出部件的重量、转动惯量和重心位置等质量特性参数。(3) 添加约束副。按照机器人各个部件的实际约束关系在子装配体间加入旋转副，定义两两零部件之间的相对转动。(4) 添加运动驱动。机器人的每个自由度都有一个电机单独驱动，因此，分别为每个旋转副添加一个运动驱动，以模拟电机对机构主动件的驱动作用。(5) 导入关节角数据。依次通过Test Data方式导入txt格式的时间-关节角离散数据，以生成用于控制关节运动的样条曲线。(6) 设置运动函数。为每个运动驱动加入一个运动函数，以设定各个自由度按照预先规划好的关节角曲线运动。此处，选用ADAMS中的样条曲线拟合函数CUBSPL拟合关节角离散数据。CUBSPL函数有四个参数，即：第一维自变量、第二维自变量、待拟合离散数据和曲线阶次。调用CUBSPL函数的具体形式为： CUBSPL(time, 0, Spline_name, 0)*1d
(7) 施加接触。机器人在地面上行走时，地面对足底的支撑作用以刚体接触来模拟。
(8) 设置重力。选择竖直向下方向为重力作用方向，同时设定重力加速度为9.8kg/m3。
应当指出，虽然机器人的ADAMS虚拟样机模型与实际的机器人有很大的近似度，但也存在一些不可忽视的差别，这主要体现在：①仿真模型由不可变形的刚性体通过约束副连接而成，而实际的机器人其构件是弹性体；②仿真模型是在规划的关节角序列控制下运动的，运动中有较小偏差就会被逐渐扩大，而使机器人失稳摔倒，而实际机器人都有闭环反馈控制系统，可以实时纠正偏差；③仿真模型无法将摩擦引起的能量损失考虑在内，因而忽略了机械传动效率的影响。(本帖系作者原创，如引用请注明出处) 虽然，自己没有仿真过机器人，但自己现在在做机器人上，一个构件的仿真！写得不错，学习了！ 已经加入机器人仿真结果视频，欢迎一起探讨学习。生成机器人步态的要点如下：（1）基于三维倒立摆模型生成机器人整体质心的运动轨迹；（2）结合初始条件和抬脚高度，利用6次多项式生成机器人踝关节轨迹；（3）根据几何关系生成各关节的时间-关节角曲线。
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