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基于张拉整体结构的仿生腿式机器人设计方法研究

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基于张拉整体结构的仿生腿式机器人设计方法研究

作者：李维佳长春工业大学

学位级别：硕士

为了提高传统仿生腿式机器人的结构适应性并简化其控制系统,以人体腿部的生物结构为灵感,结合张拉整体结构和人体肌肉骨骼系统在刚柔耦合方面的相似性,设计了一种基于张拉整体结构的仿生腿式机器人。本文的主要内容包括:首先,从人体腿... 详细信息

为了提高传统仿生腿式机器人的结构适应性并简化其控制系统,以人体腿部的生物结构为灵感,结合张拉整体结构和人体肌肉骨骼系统在刚柔耦合方面的相似性,设计了一种基于张拉整体结构的仿生腿式机器人。本文的主要内容包括:首先,从人体腿部的生物结构和运动机理出发,根据肌肉组织在骨骼上的附着部位和几何行为,提取和简化肌肉骨骼系统,建立具有相同耦合关系的腿部Snelson X形张拉整体等效模型。其次,根据等效映射模型建立腿式机器人基本单元的数学模型,通过连接矩阵进行找形分析,由人体腿部的尺寸参数确定机构尺寸参数,分析结构稳定性;确定张拉整体机构单元的运动特征,得到指定参考点的工作空间;给出张拉整体结构的刚度匹配方法,完成运动学的理论分析。随后,设计分离的旋转和平移运动实现仿生膝关节移动的旋转中心,利用平面四杆机构的死点实现腿式机器人站立时膝关节的锁定。在机器人足部设计曲柄滑块机构和位移放大机构,采用绳缆连接机器人足部和仿生膝关节实现联动解锁,从而实现机器人关节联动过程中仿生膝关节的刚柔转换。最后,根据仿生腿式机器人的三维模型制造和装配物理样机,通过单个电机驱动机器人髋关节展开物理样机测试,验证提出结构的有效性和实用性。

关键词：腿式机器人张拉整体结构仿生膝关节自适应结构四杆机构死点

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异构双腿行走机器人机构优化设计

东北大学学报（自然科学版） 2008年第10期29卷 1470-1473页

作者：谢华龙许之伟史家顺徐心和东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110004 东北大学信息科学与工程学院辽宁沈阳110004

为了给智能仿生腿的开发提供一个理想的研究平台,提出了异构双腿行走机器人(BRHL)这一全新的类人机器人模式.阐述了BRHL的概念及研究意义,介绍了BRHL双腿机构的仿生设计.由于双腿机械结构类似,以仿生腿为例推导了BRHL的运动学模型.论述... 详细信息

为了给智能仿生腿的开发提供一个理想的研究平台,提出了异构双腿行走机器人(BRHL)这一全新的类人机器人模式.阐述了BRHL的概念及研究意义,介绍了BRHL双腿机构的仿生设计.由于双腿机械结构类似,以仿生腿为例推导了BRHL的运动学模型.论述了BRHL的优化原则、目标函数及约束条件.利用处理好的正常人体步态数据对BRHL进行了优化设计.优化结果表明,BRHL能够较好地实现拟人步态,是智能仿生腿的理想研究平台.

关键词：异构双腿行走机器人智能仿生腿仿生膝关节优化设计

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基于人类工效学的下肢助行外骨骼的设计

基于人类工效学的下肢助行外骨骼的设计

作者：潘有缘电子科技大学

学位级别：硕士

我国老年人的人数越来越多,关于老年人的问题引起了越来越多人的重视,帮助老年人和残疾人行走以及协助矫正步态异常的人群矫正步态是本文设计下肢助行外骨骼的主要目的。由于下肢助行外骨骼直接作用于穿戴者的下肢,所以他的舒适性和安... 详细信息

我国老年人的人数越来越多,关于老年人的问题引起了越来越多人的重视,帮助老年人和残疾人行走以及协助矫正步态异常的人群矫正步态是本文设计下肢助行外骨骼的主要目的。由于下肢助行外骨骼直接作用于穿戴者的下肢,所以他的舒适性和安全性的设计合理与否直接影响到下肢助行外骨骼的成败。人类工效学是一门研究人类和所处环境之间的关系的学科,人类工效学工作者就是利用原理、方法和数据来设计使得“人类感觉舒适、幸福”和“系统完成所有任务”两者之间达到最优化关系,所以本文将人类工效学的相关知识,融入下肢助行外骨骼的机械机构设计中。本文的主要工作有以下几点:研究国人的体形尺寸和下肢运动范围,物理人机交互的相关知识以及膝关节运动的简化模型,为下肢助行外骨骼的体型匹配设计和绑缚设计以及安全性设计供理论基础,并且为下肢助行外骨骼的膝关节运动匹配提供支持。下肢助行外骨骼的结构设计,主要包含体形匹配设计,人机交互设计和安全性设计。体型匹配设计要求下肢助行外骨骼能够根据穿戴者的体型尺寸进行调节;物理人机交互主要是指绑缚设计,包含绑缚位置和绑缚材料的选择;安全性设计包括代表下肢助行外骨骼本身安全的机械限位设计,帮助穿戴者支撑以达到平衡的拐杖设计和协助行走训练的训练支架设计。多轴假肢膝关节可以用来解决下肢助行外骨骼的膝关节与人体下肢膝关节的关节错位问题,但是它没有考虑到使用者的个体差异,为了弥补这一缺点本文通过实验的方式获得不同个体的下肢运动数据,根据单侧算法计算个体的膝关节瞬心曲线,从而为可调仿生膝关节的设计提供数据支撑。下肢助行外骨骼的设计实现,根据不同穿戴者的膝关节瞬心曲线的差异,设计可调节仿生膝关节,这个膝关节可以让外骨骼的膝关节运动和穿戴者下肢膝关节运动达到完美的匹配关系,下肢助行外骨骼安装这个仿生膝关节而不是使用传统的单轴膝关节会大大减少绑缚对下肢的应力作用。

关键词：下肢助行外骨骼膝关节瞬时中心人类工效学仿生膝关节

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行走机器人控制策略与开闭环学习控制

东北大学学报（自然科学版） 2005年第8期26卷 722-725页

作者：王斌锐谢华龙丛德宏徐心和东北大学教育部暨辽宁省流程工业综合自动化重点实验室辽宁沈阳110004

主从式双腿协调控制用于异构双腿行走机器人可减少规划量,控制的关键是步态轨迹跟踪.仿生膝关节使机器人步态更加仿人;但仿生腿模型复杂,跟随人工腿步态控制困难.P型开闭环迭代学习控制结合开环和闭环学习控制优点,不依赖于模型,适用于... 详细信息

主从式双腿协调控制用于异构双腿行走机器人可减少规划量,控制的关键是步态轨迹跟踪.仿生膝关节使机器人步态更加仿人;但仿生腿模型复杂,跟随人工腿步态控制困难.P型开闭环迭代学习控制结合开环和闭环学习控制优点,不依赖于模型,适用于复杂机器人轨迹跟踪控制.从开闭环结合角度,证明了算法收敛性.算法在虚拟样机上的仿真表明算法有效、鲁棒性好且收敛速度优于单独开或闭环学习控制.

关键词：异构双腿行走机器人仿生膝关节开闭环学习控制收敛性虚拟样机仿真

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人工关节多目标优化算法研究

电子设计工程 2014年第10期22卷 4-6页

作者：陈垚西北工业大学机电学院陕西西安710072 商洛学院计算机科学系陕西商洛726000 陕西省尾矿资源综合利用实验室陕西商洛726000

针对传统机器人关节难以满足现代机器人越来越高的性能需要,根据仿生学原理,模拟生物体结构设计了人工肌肉驱动的仿生膝关节。为了使仿生膝关节在要求的运动范围内有最优的有效力传动性能,建立了该仿生膝关节传动角的多变量非线性数学... 详细信息

针对传统机器人关节难以满足现代机器人越来越高的性能需要,根据仿生学原理,模拟生物体结构设计了人工肌肉驱动的仿生膝关节。为了使仿生膝关节在要求的运动范围内有最优的有效力传动性能,建立了该仿生膝关节传动角的多变量非线性数学优化模型,对其仿生结构进行了结构优化。通过仿真对比分析,优化后的结构比优化前的结构在有效力传动性能方面有了较大提高。本文为仿生关节的设计及优化提供了一种新的思路。

关键词：仿生膝关节传动角优化设计人工肌肉