水下外骨骼機器人動力學特性研究.pdf

1、利用外骨骼機器人提升單兵能力的方法自上世紀60年代起便有學者開始研究，50余年來已有頗豐的研究成果。水下外骨骼機器人定義為一種用于執(zhí)行水下作業(yè)的可穿戴機械裝置，將外骨骼機器人應用于水下以提升蛙人運動能力的方法在國內外還鮮有研究。
　　本研究采用D-H參數(shù)法和坐標系變換的基本原理建立了水下外骨骼機器人及其簡化結構的坐標系描述，并推導了機器人所有連桿的D-H參數(shù)及兩任意相鄰坐標系的變換矩陣。為保證潛水員佩戴外骨骼機器人后具有良好的人機

2、協(xié)調性，研究了人體標準自由泳運動姿態(tài)并獲取了髖關節(jié)和膝關節(jié)的理想運動曲線，并以此作為水下外骨骼機器人的運動目標曲線?；谒惴ㄓ嬎阈实慕嵌汝U述了使用牛頓-歐拉動力學迭代算法應用于水下外骨骼機器人的優(yōu)勢。依據(jù)機器人幾何模型對腿部慣性張量進行了計算，依據(jù)牛頓-歐拉算法的外推迭代過程完成了對從機器人運動姿態(tài)到大腿、小腿連桿質心慣性力和慣性力矩轉換的推導。著重考慮了機器人在水下的受力問題，對沿腿方向的壓力分布形式進行了假設，并使用力等效法將打水

3、的分布壓力等效為加載到連桿末端的集中力和等效力矩。根據(jù)機器人運動姿態(tài)對腳蹼打水產(chǎn)生的動力進行了求解，并依據(jù)牛頓-歐拉算法的內推迭代過程計算出髖關節(jié)和膝關節(jié)所需的關節(jié)扭矩、功率及液壓驅動力?；谒⒌膭恿W模型對機器人大腿小腿桿長對其動力學性能的影響進行了討論，同時也探討了為達到不同的水下前行速度機器人所需要的動力學參數(shù)的問題。利用Fluent動網(wǎng)格技術，對機器人腿部進行運動過程中液體壓力分布的求解，結果表明沿腿方向的動壓力分布符合動力