【摘 要】
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从改进仿人机器人行走拟人特性,为智能假肢提供理想研究平台等角度出发,本文提出了一种新型的类人机器人模式——异构双腿行走机器人(BRHL)。BRHL是双腿步行机器人与智能假肢
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从改进仿人机器人行走拟人特性,为智能假肢提供理想研究平台等角度出发,本文提出了一种新型的类人机器人模式——异构双腿行走机器人(BRHL)。BRHL是双腿步行机器人与智能假肢研究的集成,可以很好地模拟残疾人穿戴智能假肢的情形,其人工腿对应残疾人的健康腿,仿生腿对应残疾人穿戴的智能假肢。本文以BRHL作为研究平台,主要做了以下工作：在详细阐述仿人机器人与智能假肢国内外研究现状的基础上,提出了异构双腿行走机器人设计方案。BRHL髋关节具有3个自由度,由电机驱动；双腿膝关节采用四杆闭链仿生膝关节。人工腿膝关节由人工肌肉主动驱动,仿生腿膝关节由磁流变阻尼器半主动驱动。在阐述BRHL运动学建模目的及方法的基础上,进行了机器人的位姿分析,讨论了膝关节四杆机构的约束问题,基于齐次坐标变换推导了BRHL运动学模型。在运动学建模的基础上,基于第一类拉格朗日动力学方程及分割建模思想,首先建立了人工腿和仿生腿在支撑相和摆动相的动力学模型,然后给出了BRHL协调动力学模型。该建模方法可以方便地分析各关节所需的驱动力矩。为了研究BRHL在行走过程中的步态特征,采用基于人类步行运动数据的方法首先对BRHL人工腿进行了步态规划,确定步态过程中存在的约束,通过逆运动学求解,得到各关键点的角度,采用三次样条插值函数对关键点插值,计算出机器人各个关节的运动轨迹曲线；然后基于步态跟随的思想,对仿生腿进行了步态跟随优化,仿真表明该方法可行而且有效。基于虚拟样机技术,在Pro/E软件中建立了简化的BRHL三维模型,然后导入到ADAMS软件中进行了步行运动仿真,从而对步态规划结果进行验证。最后,总结本文所做工作,分析不足之处,并提出今后的研究重点。
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