5-四足机器人运动仿真

同理，按照下表重命名各个部件：
部件名 PART_2 重命名 lbsmall
PART_3
PART_4
lbbig
body
PART_5
PART_6
lfbig
lfsmall
PART_7
PART_8 PART_9 PART_10 PART_11
body
rfbig
rfsmall rbbig rbsmall ——
各个关节驱动函数如下表 驱动名称 驱动函数
MOTION_1 MOTION_2
MOTION_3 MOTION_4
1d*IF(time-0.25:0,0,-12.1*SIN(2*PI*(time-0.25))ABS(12.1*SIN(2*PI*(time-0.25)))) 1d*7.1*SIN(2*PI*time+PI) 1d*IF(time-0.25:-12.1*SIN(4*PI*(time-0.25)+PI),0,12.1*SIN(2*PI*(time-0.25)+PI)-ABS(12.1*SIN(2*PI*(time0.25)+PI)))
虚拟样机技术与ADAMS软件 应用实验
北京航空航天大学计算机辅助设计教学实验中心
四足机器人运动仿真

四足机器人运动仿真

案例介绍
知识点 案例分析 仿真与分析

小结

案例介绍
四足机器人在该类地形环境下有较大的优势，是未来协助人类探索未知自然界的有效工
具。同时，从当前机器人的发展趋势来看，人类对服务机器人的功能需求在不断提高，要求 机器人不仅适应结构化的、已知的环境，更要适应非结构化的、未知的环境。服务机器人的
d.在Density后面输入密度； e.点击OK。
b
c a d
e
修改材料属性
按照下表重新赋予材料特性。 部件名 质量特性（密度表示）
lbsmall
lbbig body
7801
7801 2000
lfbig
lfsmall
7801
7801
rbsmall
rbbig rfbig
7801
7801 7801
rfsmall
b
c
小腿的上端点作 为大腿的下端点
d.在主工具箱中选择Position命令；
e.在Angle后的输入框中输入15； f. 选中杆件；
g.单击工具箱中的旋转中心按钮； h.单击杆件的选择中心，即原点； i.单击逆时针旋转按钮 ，则曲柄逆
时针旋转15度。 g e
d
i
f：选中杆件
h
身体建模： a.在正方体图标上左击鼠标，选中Box命令； b.在 “Box”下的下拉选框中选择New Part；
c.点选OK；
a
b
c
d.设置工作网格； e.设置图标大小。
d-1
e-1
e-2 d-2
工作网格设置
图标设置
步骤2：建立几何模型 小腿建模： a.在Link命令处单击，选中Link命令；
b.设置长、宽、高参数； c. 选择原点，竖直方向拖动鼠标，单击，
建立小腿模型。
a
b
原点作为端点
c
d.在主工具箱中选择Position命令； e.在Angle后的输入框中输入15； f. 选中杆件；
的连接点，生成JOINT。
b c
d e：选择构件和连接点
转动副的施加具体见下表。
转动副名称
JOINT_1
转动副施加对象
lbbig和lbsmall之间
JOINT_2 JOINT_3
JOINT_4 JOINT_5
lbbig和body之间 rbbig和rbsmal之间
rbbig和body之间 lfbig和lfsmall之间
g.单击工具箱中的旋转中心按钮； h.单击杆件的选择中心，即原点；
i.单击顺时针旋转按钮 ，则曲柄顺时针旋转15度。 d
f：选中杆件 g
i
e
h
使得模型与x轴相 切
大腿建模： a.在Link命令处单击，选中Link命令；
b.设置长、宽、高参数； c. 选择小腿的上端点，竖直方向拖动鼠标， 单击，建立大腿模型。 a
h.按下向左移动的按钮。
e：选择除了地板的所有零件
f
h g
步骤3：定义属性 重命名： a.在PART_2处右键鼠标，在弹出的对话框中，选择PART_2—Rename，弹出Rename对话框；
b.在弹出的Rename对话框的New Name后面输入新的零件名：lbsmall； c.点击OK；
b
c a
现转动图标，添加MOTION成功。 c.在MOTION处右键鼠标，点击Modify，在弹出
的对话框中修改驱动函数为： 1d*IF(time-0.25:0,0,-12.1*SIN(2*PI*(time-0.25))ABS(12.1*SIN(2*PI*(time-0.25)))) a
d.点击OK。 b c-2 c-1
观察到四足机器人能够顺利行走，证明驱动函数的规划是正确的。
运动回放
步骤6：测量
a.点击Review—Create Trace Spline； b.点击小腿的下端点，点击地板，测量足底的轨迹； 同理，测量其他三条腿的足底轨迹，可看出，尽管有拖地现象，但整体的足底轨迹是合理的。
b
a
c.在MOTION_7处右键鼠标，选择Measure； d.在Characteristic后面的下拉菜单中选择Relative Angular Velocity；
e.在Component后面选择Z； f.选择OK。 同理，其他MOTION也可测量角速度，可以看出运动规律和输入的函数一致。
d e
c f

小结


多刚体建模 复杂函数应用 接触定义
仿真设置
Question?
c.设置正方体的长度Length为110cm，高度Height为10cm，宽度Depth为70cm； a d.选择大腿的上端点，向右拖动鼠
标，左键确认。
点击以大腿上端点， 向右上角拖拽，确定
d
b
c
复制模型： a.选中刚建立的大腿和小腿模型； b.选择Edit—Copy；
c.在主工具箱中选择Position命令； d.在Distance后的输入框中输入110cm；
1d*7.1*SIN(2*PI*time) 1d*IF(time-0.25:-12.1*SIN(4*PI*(time-0.25)+PI),0,12.1*SIN(2*PI*(time-0.25)+PI)-ABS(12.1*SIN(2*PI*(time0.25)+PI)))
MOTION_5 MOTION_6
仿真观察机构过程，验证建模和运动规划的正确性； 测量足端轨迹以及关节驱动函数。
仿真流程表述如下：
设置工作环境
几何建模
定义属Baidu Nhomakorabea及添加约束
测量
设置参数并仿真
添加驱动

仿真与分析
步骤1：设置工作环境 a.打开ADAMS，选择Create a new model； b.在Model name后面输入sizurobot；
lfbig rbbig lbbig rfbig
lbsmall
rbsmall rfsmall
lfsmall
修改材料特性： a.在body处右键—Modify，弹出Modify Body对话框；
b.在Category后面选择Mass Properties； c.在Define Mass By后面选择Geometry and Density；
JOINT_6
JOINT_7 JOINT_8
JOINT_2
lfbig和body之间
rfbig和rfsmall之间 rfbig和body之间
JOINT_6
JOINT_4
JOINT_8
JOINT_5
JOINT_1
JOINT_3
JOINT_7
定义接触： a.选择Contact命令； b.在I Solid(s) 后的输入框中，右键Contact_Solid—Pick，选择rhsmall；
d
驱动与转动副对应关系如下表
转动副名称
施加的运动名称
JOINT_1
JOINT_2
MOTION_1
MOTION_2
JOINT_3
JOINT_4
MOTION_3
MOTION_4
JOINT_5
JOINT_6
MOTION_5
MOTION_6
JOINT_7
JOINT_8
MOTION_7
MOTION_8
8个转动副共需要添加8个驱动
c.在J Solid(s) 后的输入框中，右键Contact_Solid—Pick，选择BOX_13； d.各个参数设置如图所示，点击OK，创建Contact。
b
c
d
a
左后小腿和地板之间的接触
同理，定义其他Contact
右后小腿和地板之间的接触
左前小腿和地板之间的接触
右前小腿和地板之间的接触
定义驱动并修改函数： a.在Main Toolbox中选择Rotational Joint Motion； b.在JOINT_1处单击左键，即刻在JOINT_1处出
c.点击Close；
a
b
容错率可低些
c
d.选择Interactive Simulation Controls； e.选择Default，默认仿真类型； f.结束时间End Time设为15s；
g.仿真步数Steps设为1000； h.点击Start按钮，开始仿真，
观察机器人运动情况。 d
e f g
c.设置正方体的长度Length为700cm，高度Height为5cm，宽度Depth为100cm； d.选择点（-300，-50，0），建立地
板模型。
a
b
c
选择点的时候，鼠标右键，弹 出位置选择对话框，输入坐标
d：选择点（-300，-50，0）
e.按住Shif+R，切换到侧视图，选择除了地板的所有零件； f.选择Position； g.在Distance中填写15cm；
应用领域将从导游、安防等普通环境扩展到救援探险、反恐排爆、军事运输等复杂环境。 四足机器人的运动是较为复杂的，需要四条腿协调运动，为了验证规划的运动是否合理， 往往采用虚拟样机进行验证。

知识点
几何模型的复制； 复制驱动函数的定义；
ADAMS步态仿真应用。

案例分析
建立四足机器人几何模型，进行属性定义以及约束、驱动的定义；
MOTION_7 MOTION_8
1d*7.1*SIN(2*PI*time)
1d*IF(time-0.25:0,0,-12.1*SIN(2*PI*(time-0.25))ABS(12.1*SIN(2*PI*(time-0.25)))) 1d*7.1*SIN(2*PI*time+PI)
步骤5：设置参数并仿真 a.为了能够顺利求解，设置求解器，点击Settings—Solver—Dynamic； b.将Error改为0.009；
e.点击向右移动按钮； 成功复制一条腿。
c e
a：选中大腿和小腿
d
b
同理，复制大腿和小腿到另外一侧的两个角点处。
切换视角，分别 复制右边的大小 腿至机体左边。
复制大腿和小腿后的四足机器人
建立地板模型： a.在正方体图标上左击鼠标，选中Box命令； b.在 “Box”下的下拉选框中选择On Ground；
7801
步骤4：定义约束和驱动 定义转动副： a.选择Revolute 命令；
b.在Construction下的两个下拉选框中分别选择2Bod-1Loc、Normal To Grid； c.在First Body下的下拉选框中选择 Pick Body；
d.在Second Body下的下拉选框中选择 Pick Body； e. 依次选择两个构件以及两构件之间 a