異構雙腿行走機器人動力學建模與步態(tài)規(guī)劃研究.pdf

1、從改進仿人機器人行走擬人特性，為智能假肢提供理想研究平臺等角度出發(fā)，本文提出了一種新型的類人機器人模式——異構雙腿行走機器人(BRHL)。BRHL是雙腿步行機器人與智能假肢研究的集成，可以很好地模擬殘疾人穿戴智能假肢的情形，其人工腿對應殘疾人的健康腿，仿生腿對應殘疾人穿戴的智能假肢。本文以BRHL作為研究平臺，主要做了以下工作:
　　在詳細闡述仿人機器人與智能假肢國內外研究現(xiàn)狀的基礎上，提出了異構雙腿行走機器人設計方案。BRHL髖

2、關節(jié)具有3個自由度，由電機驅動;雙腿膝關節(jié)采用四桿閉鏈仿生膝關節(jié)。人工腿膝關節(jié)由人工肌肉主動驅動，仿生腿膝關節(jié)由磁流變阻尼器半主動驅動。
　　在闡述BRHL運動學建模目的及方法的基礎上，進行了機器人的位姿分析，討論了膝關節(jié)四桿機構的約束問題，基于齊次坐標變換推導了BRHL運動學模型。在運動學建模的基礎上，基于第一類拉格朗日動力學方程及分割建模思想，首先建立了人工腿和仿生腿在支撐相和擺動相的動力學模型，然后給出了BRHL協(xié)調動力學模

3、型。該建模方法可以方便地分析各關節(jié)所需的驅動力矩。
　　為了研究BRHL在行走過程中的步態(tài)特征，采用基于人類步行運動數(shù)據(jù)的方法首先對BRHL人工腿進行了步態(tài)規(guī)劃，確定步態(tài)過程中存在的約束，通過逆運動學求解，得到各關鍵點的角度，采用三次樣條插值函數(shù)對關鍵點插值，計算出機器人各個關節(jié)的運動軌跡曲線;然后基于步態(tài)跟隨的思想，對仿生腿進行了步態(tài)跟隨優(yōu)化，仿真表明該方法可行而且有效。
　　基于虛擬樣機技術，在Pro/E軟件中建立了簡化