[发明专利]一种基于虚拟样机技术的多足运动仿真机器人及仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟样机技术的多足运动仿真机器人及仿真方法，属于多足仿真机器人技术领域。本发明包括机器人主体，膝关节，髋关节，上肢体和下肢体，髋关节设置在机器人主体下方边缘处，上肢体的一端与髋关节连接，上肢体的另一端与膝关节连接，下肢体与膝关节连接；仿真方法包括以下步骤：步骤一：在三维建模软件中建立多足机器人的三维实体模型，并规划其运动轨迹；步骤二：处理模型数据，将建立的三维实体模型导入动力学仿真软件中进行搭建并加以分析；步骤三：对动力学仿真软件中的多足机器人进行运动学驱动，对多足机器人的运动轨迹进行仿真，并对仿真结果进行分析。该研究能缩短开发周期，增强性能，提高开发效率。

技术领域

本发明涉及多足仿真机器人技术领域，尤其是涉及一种基于虚拟样机技术的多足运动仿真机器人及仿真方法。

背景技术

在多足仿真机器人领域，各国开展了深入研究，突破仿生柔顺机构、移动感知能力、平衡性、动力计算、动态运动能力、步态规划等成了各国研究的重要方向，虚拟样机技术可以结合生物运动特型，在虚拟软件中进行模拟计算，对运动学以及动力学进行分析，帮助设计人员对产品进行性能测试，能缩短开发周期，提高开发效率。

目前在机器人足部轨迹规划中，往往采用正运动学和逆运动学等方法通过matlab等软件进行规划，需要找到足部或者关节的运动轨迹方程，例如，圆形的轨迹参数方程X轴＝半径*sin(time)，y轴＝半径*cos(time),但是在实际的案例中，机器人的运动过程较为复杂，靠参数方程并不能满足真实的运动，例如在崎岖的地面，以及越障，以及跳跃转行走、trot步态与walk步态转换等问题。

可见，目前多足机器人在系统仿真过程中仍存在问题，机器人的运动过程较为复杂，靠参数方程并不能满足真实的运动，对于应用场景要求要是十分熟悉，才能完成运作。因此，产品存在局限性小，应用范围小，动力计算复杂和仿真效率低等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于虚拟样机技术的多足运动仿真机器人及仿真方法，通过三维建模软件Catia和动力学仿真软件Adams联合仿真，来解决局限性小，应用范围小，动力计算复杂和仿真效率低等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于虚拟样机技术的多足运动仿真机器人，包括机器人主体、膝关节、髋关节、上肢体和下肢体，所述髋关节设置在所述机器人主体下方边缘处，所述上肢体的一端与所述髋关节连接，所述上肢体的另一端与所述膝关节连接，所述下肢体与所述膝关节连接；

一种基于虚拟样机技术的多足运动仿真机器人的仿真方法包括以下步骤：

步骤一：在三维建模软件中建立多足机器人的三维实体模型，并规划其运动轨迹；

步骤二：处理模型数据，将建立的三维实体模型导入动力学仿真软件中进行搭建并加以分析；

步骤三：对动力学仿真软件中的多足机器人进行运动学驱动，对所述多足机器人的运动轨迹进行仿真，并对仿真结果进行分析。

优选的，在步骤一中，所述规划多足机器人的运动轨迹的方法为将肢体的初始位置规划出来，足部轨迹规划，将足部轨迹用点面复制分成等份。

优选的，在步骤二中，所述处理模型数据的方法为获取XYZ坐标的增量值，并与时间坐标以试验数据导入动力学仿真软件中形成数据函数。

优选的，在步骤二中，将建立的三维实体模型导入动力学软件中进行搭建的方法为将模型运动副进行搭建，主要在各关节处设置转动副。

优选的，在步骤三中，所述运动学驱动的方法为以足迹末端点进行点驱动，调用样条函数驱动模型，运动后取各关节Z轴转动位移，再删除足部驱动，通过曲线数据驱动膝关节和髋关节。

优选的，在步骤三中，所述运动学为逆运动学。