人形機器人兩自由度球面并聯(lián)仿生踝關(guān)節(jié)動力學(xué)研究.pdf

1、人形機器人是機器人技術(shù)領(lǐng)域最活躍的分支之一，是全球?qū)W術(shù)界與工業(yè)界廣泛關(guān)注的熱點前沿問題。作為人形機器人的重要組成部分，現(xiàn)有仿生踝關(guān)節(jié)機構(gòu)存在承載能力弱、剛度不均衡、工作空間小、仿生水平低等問題。為此，本文從結(jié)構(gòu)功能仿生角度出發(fā)，對一種與人類踝關(guān)節(jié)在形態(tài)結(jié)構(gòu)、運動功能、均衡剛度、承載能力等方面高度吻合的、具有中心球副支鏈的、2-Dof球面并聯(lián)的新型三支鏈仿生踝關(guān)節(jié)機構(gòu)UP+R+S進行了系統(tǒng)研究。論文主要內(nèi)容如下：
　　基于閉環(huán)矢量法

2、對新型三支鏈仿生踝關(guān)節(jié)機構(gòu)UP+R+S進行運動學(xué)分析，求得機構(gòu)的位置正反解、各支鏈運動副角位移、各構(gòu)件質(zhì)心線速度及角速度；將Xsens MVN慣性動態(tài)跟蹤儀采集的人類正常行走時踝關(guān)節(jié)的姿態(tài)角軌跡函數(shù)作為機構(gòu)的輸出，進行位置反解數(shù)值計算與分析。為后續(xù)機構(gòu)靜剛度分析、動力學(xué)分析奠定理論基礎(chǔ)。
　　基于小變形線性疊加原理對新型三支鏈仿生踝關(guān)節(jié)機構(gòu)UP+R+S進行剛度分析與評估。由動平臺位移變形與外力的關(guān)系，推得機構(gòu)的柔度與剛度矩陣，采用

3、正交變換法確定機構(gòu)的6個主剛度指標(biāo)及主方向，并與2自由度球面并聯(lián)原型機構(gòu)UP+R的剛度進行對比。為踝關(guān)節(jié)機構(gòu)工程設(shè)計奠定理論基礎(chǔ)，為機構(gòu)選擇工作空間提供理論技術(shù)支撐。
　　對新型三支鏈仿生踝關(guān)節(jié)機構(gòu)UP+R+S進行動力學(xué)實時控制建模分析?；诶窭嗜赵?，建立了機構(gòu)動力學(xué)理論模型；從條件數(shù)出發(fā)，推導(dǎo)獲得機構(gòu)速度、加速度及慣性力全域性能指標(biāo)并進行數(shù)值計算。利用三角函數(shù)近似簡化原則，對拉桿支鏈的能量方程進行了簡化，針對計算精度、響應(yīng)速