下肢外骨骼助力机器人动力学建模及实验研究

作     者：王月朋 汪步云 WANG Yue-peng;WANG Bu-yun

作者机构：安徽信息工程学院机械工程学院安徽芜湖241199 安徽工程大学人工智能学院安徽芜湖241000 安徽工程大学机器人产业技术研究院安徽芜湖241007 

出 版 物：《工程设计学报》 (Chinese Journal of Engineering Design)

年 卷 期：2022年第29卷第3期

页      面：358-369,383页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 080203[工学-机械设计及理论] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(61741101) 安徽省重点研究与开发计划资助项目(202004a05020013) 安徽省属公办普通本科高校领军骨干人才项目(2020年) 安徽工程大学创新团队项目(2019年) 

主　　题：下肢外骨骼助力机器人 动力学分析 牛顿-欧拉法 人机协同助行实验 

摘      要：下肢外骨骼助力机器人存在人-机关节是否匹配、主动关节设计是否满足人体关节运动的驱动力要求等问题。为解决上述问题,基于所设计的电液伺服驱动下肢外骨骼助力机器人,将其简化为七连杆结构,并结合步态平衡理论,采用牛顿-欧拉法构建了其摆动相与支撑相瞬时动力学模型。然后,将不同步态相位下人体运动时的角度数据、速度数据及机器人结构参数代入牛顿-欧拉动力学迭代方程,求得机器人各关节的理论驱动力矩。最后,开展ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析)仿真实验和人机协同助行实验,通过对机器人各关节的驱动力矩峰值进行比较,验证了所构建动力学迭代方程的正确性和有效性。结果表明,通过采用牛顿-欧拉法来求解下肢外骨骼助力机器人关节的驱动力矩,可为其结构优化与控制策略制定提供重要的理论支撑。