毕业设计基于CAXA的双人舞蹈机器人模型建立及运动仿真三机械工程系学生姓名： 学号： 机械电子工程系 部： 专 业： 指导教师： 二零一五 年 五 月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日I毕业设计任务书设计题目： 基于CAXA的双人舞蹈机器人模型建立及运动仿真 系部： 机械工程系 专业： 机械电子工程 学生： 指导教师（含职称 1课题意义及目标 1）通过查阅有关资料，了解双人舞蹈机器人主要功能和技术参数；2）双人舞蹈机器人的运动部件设计及模型建立3）利用CAXA完成动作的仿真2主要任务1）双人舞蹈机器人的的功能选择与运动机构的设计；2）CAXA模型的建立；3）运动的仿真3主要参考资料1欧阳帆；双机器人协调运动方法的研究.华南理工大学.2013 2 宫赤坤； 张智斌.现代制造工程 2012年10期 .仿人双足机器人的设计与实现. 3 王超；类人机器人上肢体的设计与动力学仿真.上海交通大学.2007 4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1毕业设计选题及开题答辩；3月3日3月23日2参考已有的双人舞蹈机器人的资料确定模型方案；方案；3月24日4月13日3毕业设计中期准备；4月14日5月4日4结构设计计算参数及论文撰写；5月5日6月2日5完成毕业论文及答辩工作；6月2日6月22日审核人： 年 月 日基于CAXA的双人舞蹈机器人模型建立及运动仿真摘 要：本设计应用CAXA实体设计来对双人舞蹈机器人进行模型建立和运动仿真。在查阅舞蹈机器人相关文献资料之后，分析机器人的结构自由度并对机器人的肢体、身体等建立三维模型并装配。接着根据机器人的动力学特点，规划机器人的行动步伐，并计算各关节的自由度变化情况。在上述基础上对机器人模型进行运动仿真，记录并分析仿真结果。关键词：双人舞蹈机器人、模型建立、仿真、CAXAModeling and Simulation of double dance robot based on CAXAAbstract: In this paper, the CAXA entity design is used to establish the model and motion simulation for the double dance robot. After consulting the relevant documentation of the dance robot, the robots structural freedom is analyzed, and the robots body and body are built up to build 3D model and assemble. Then according to the robots dynamic features, the robots action is planned, and the degree of freedom of the joints is calculated. On the basis of the above, the robot model is simulated, and the simulation results are recorded and analyzed. Keywords: Double dance robot, modeling, simulation, CAXA目 录一、前言11.1机器人概念的提出11.2机器人的发展11.3机器人的定义21.4 舞蹈机器人的发展31.5舞蹈机器人的研究意义31.6 双人舞蹈机器人的适用场所4二、理论基础52.1设计目变定位52.2机器人的自由度52.2舞蹈机器人自由度定位5三、双人舞蹈机器人模型建立83.1 模型建立工具83.2 CAXA的概念83.3 CAXA系统特性83.4 在本论文中CAXA用到的模块93.5双人舞蹈机器人模型建立93.5.1 踝关节的模型建设103.5.2 膝关节的模型建设113.5.3 髋关节的模型建设123.5.4 肩关节的模型建设133.5.5 肘关节的模型建设143.6 舞蹈机器人装配15四、机器人动力学174.1 机器人运动分析的必要性174.2 舞蹈机器人的结构174.3单脚支撑是机器人动力学特性分析174.4 舞蹈机器人双腿动力学分析19五、双人舞蹈机器人步伐设计235.1 舞蹈机器人步伐设计的作用235.2 舞蹈机器人步伐设计235.4 舞蹈机器人前向关节角25六、双人舞蹈机器人的运动仿真316.1 引言316.2 运动仿真过程31参考文献33致 谢34V太原工业学院毕业设计一、前言1.1机器人概念的提出 1920年，捷克作曲家在其剧本Rosam universal robotic中最早使用机器人一词。剧中机器人的本意是苦力，即作曲家笔下的具有认得外表、特征和功能的苦力。“Robot”虽出现的比较晚，然而这一概念在人类的想象中早已出现。制造机器人是机器人技术研究者的梦想，代表人类重塑自身、了解自身的一种强烈愿望。自古以来，就要不少科学家和杰出巨匠制造出具有人类特点或具有模拟动物特征的机器人雏形。1.2机器人的发展 在1939年的纽约世博会展出West House electric power company生产的一台机器人。它由电缆控制,可以行走,会说77个字,甚至可以抽烟,但不会做家务。但它是让机器人人更具体的视觉效果。在1959年，第一台工业机器人被德沃尔与美国发明家约瑟夫英格伯格联手制造出。随后，成立了Unimation公司（世界上第一家机器人制造工厂）。1968年 美国斯坦福研究所公布他们研发成功的名为沙基的机器人。此机器人配有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机很大，一个房间般大小。沙基机器人可以算是世界第一台智能机器人，拉开了第三代机器人研发的序幕。1999年 日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO)，非常受人们的喜爱，虽然此机器人具有很多缺陷，但不可否认的是，从此机器人进一步走进我们的生活中。BRH-0是由北京理工大学研制成功的我国第一个拟人机器人，这个机器人（高1.58米、重76公斤、有32个自由度、时速1公里，步幅0.33米)不仅打太极拳，而且还会腾空行走，最重要的一点是它能根据路面情形变化来保持自身的平衡状态，实现机器人在不同路况的稳步行走。BRH-0在机器人步态规划、系统控制、系统集成等方面都取得了重大突破，是我国双足机器人研究进展已经迈入世界研发的最前线的标志。2同时，国内的其他高校也积极加入机器人的研制行列，投入动力人力、物力，对我国的机器人研发其推动作用。如今机器人已被应用在各个领域，已是现代社会必不可少的组成部分。 图示为舞蹈机器人1.3机器人的定义 机器人问世已有几十年，但对机器人的定义仍然没有一个确切的定论。因为机器人也在不断的发展，新的功能和机型不断的被设计制造，或许某一天机器人将向科幻电影一样发展的和人类相同甚至超越人类的地步。 法国作家Villiers de Lisle-Adam在1886年他的小说(LEve Future中将的机器进行了定义，机器人由4部分组成：The life system、 the modelling solution nature、 the artificial muscle and the artificial skin. 为了防止机器人伤害人类，科幻作家阿西莫夫1950年在Im a robot一书中提出了“Robot three principle”：11. cannot under any circumstance harm another human being. must provide help for humans in dire needs 1. cannot under any circumstance harm another human being. must provide help for humans in dire needs ；2cannot disobey a direct human order as long as it is not in violation of law 1. ；3protect its own existance as long as it does not violate law 1 and 2 。这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界一直将这三原则作为机器人的开发的准则。1.4 舞蹈机器人的发展 从仿人型机器人问世以来，人行机器人的发展非常的迅速。并随着信息化的发展而愈加明显。如今已成为机器人领域主要研究方向之一。然而舞蹈机器人作为机器人发展的分支之一，也逐渐走进人们的生活中。各类舞蹈机器人出现在各个舞台上，极大丰富人们的视野，让科学走进生活。并且随着计算机技术、网络技术、人工智能等技术的发展，机器人越加向人工智能化、信息网络化、尺寸小型化、普便化的方向发展。而今各种简单廉价的舞蹈机器人是如今发展的主题。特别是机器人竞技比赛、表演让舞蹈机器人走进人们的生活。1.5舞蹈机器人的研究意义 随着社会科技的进步，人们生活水平的不断提高，很多人对传统的娱乐方式产生了厌倦，而对娱乐随也有了更新的要求和更高的标准。因此为了满足人们的需求，我们设计了会跳舞的舞蹈机器人，它不仅可以填补老人们的空虚与无聊，更满足了青年和儿童的好奇心，同时也能激发他们认识了解新科技和创造新科技。 基本思路：通过对人类运动动作的深入了解，分析人类身躯和肢体的动作特性，并且与控制对象跳舞机器人的工作原理、动作过程进行比较，从而确定机器人的基本构成并选择合适的机械构件，组装完成机器人的造型。分析机舞蹈机器人肢体动作的局限性与动作优势（机器人的难操控性和高自由度），设定机器人的舞蹈动作（在设计背景下），按动作编写程序，完成作品的设计。 创新点：舞蹈机器人的结构完全模仿现实人类,并且实现双足步行,腿臂有很大的自由度,可以完成各种困难的