【摘 要】
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仿人机器人是从仿生的角度研究具有拟人功能的智能机器人,它需要结合机构、控制、传感和材料等技术,综合机器人学科的各种方法,是机器人学研究领域最具挑战性的问题之一.该文
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仿人机器人是从仿生的角度研究具有拟人功能的智能机器人,它需要结合机构、控制、传感和材料等技术,综合机器人学科的各种方法,是机器人学研究领域最具挑战性的问题之一.该文主要进行仿人机器人腰臂机构的综合与建模研究.仿人机器人腰臂机构与其它类型机器人机构的根本区别在于它需要在人类的生活环境中与人类安全协作,运动灵活性、环境适应性、行为自主性是实现安全协作的前提条件,因此,该文主要围绕腰臂机构的运动灵活性、运动柔顺性两个重点问题开展研究.首先该文以可操作度指标和三动杆原理为主要理论依据,以实现运动灵活性为目标,进行了仿人机器人手臂机构综合,确定了一种7DOF冗余手臂机构形式,并通过与其它两种7DOF冗余手臂机构在工作空间、奇异位形、自运动能力、自重引起的关节力矩等方面运动性能的比较分析,进一步验证了所选机构的合理性.针对冗余机器人逆运动学的求解难题,提出了一种与手臂自运动密切相关的几何求法,使逆解的求解过程大大简化.人类的腰部具有高度的灵活性、柔韧性,是人体系统运动的调节中枢.仿人机器人腰部同样应具有调节系统平衡、协调系统运动的作用.该文在全面、深入地进行了腰部机构综合的基础上,首次提出了并联驱动方式的仿人机器人腰部机构形式,以及采用封闭式差动轮系、连杆与柔索相结合的紧凑的腰部结构形式,并进行了腰部机构的运动学、动力学建模.由于其结构特点,该文的腰臂机构主要适用于重心较低的轮式移动仿人机器人,运动协调性和系统稳定性是此类机器人的主要研究问题,该文对仿人机器人系统进行了基于腰部的运动学、动力学建模,并采用零力矩点理论对机器人系统的动态稳定性进行了分析.最后,该文进行了腰部机构的被动柔顺性研究,首次提出了具有被动柔顺关节的腰部机构,使仿人机器人系统具有可变刚度的特性,提出了仿人机器人腰部机构俯仰运动的被动柔顺关节、侧倾运动的变刚度结构单元的设计方案,并通过仿真研究验证了理论分析结果.
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