水下助力機(jī)器人動力學(xué)分析.pdf

1、外骨骼機(jī)器人作為助力裝置，在軍事、醫(yī)療康復(fù)、需要高強(qiáng)度作業(yè)的行業(yè)中都得以應(yīng)用。但是外骨骼機(jī)器人在水下的應(yīng)用相比陸地外骨骼而言還有較大差距，國內(nèi)外還比較少有可參考的應(yīng)用和文獻(xiàn)。水下外骨骼機(jī)器人技術(shù)的難點(diǎn)在于，在水下復(fù)雜的環(huán)境中，機(jī)器人運(yùn)動速度、水密度、入水深度、人機(jī)耦合的干涉等因素，使控制參數(shù)難以確定，難以實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的精確控制。本文旨在分析機(jī)器人水下應(yīng)用時的動力學(xué)問題，對其進(jìn)行理論模型建模和仿真模型建模，得出各關(guān)節(jié)輸入力矩和輸出的運(yùn)動之

2、間的關(guān)系，從而得出控制函數(shù)。
　　本文動力學(xué)分析的最終目的是要得到助力機(jī)器人的膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)液壓缸的驅(qū)動力、力矩的曲線和函數(shù)，可以采用逆向動力學(xué)求解方式求解。在求解的開始，我們需要得到助力機(jī)器人在水下的運(yùn)動情況，作為動力學(xué)分析求解的已知項。本文首先從兩個游泳實(shí)驗中得到相關(guān)的水下運(yùn)動數(shù)據(jù)，通過整理兩組數(shù)據(jù)驗證參數(shù)的正確性，將參數(shù)在Matlab中擬合成膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動函數(shù)，作為機(jī)器人水下運(yùn)動各關(guān)節(jié)的理想運(yùn)動曲線；建立運(yùn)動學(xué)理論模型

3、，將其理想運(yùn)動曲線作為已知的運(yùn)動輸入，采用轉(zhuǎn)換矩陣的方法對機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動學(xué)理論建模；利用Adams建立仿真模型，以關(guān)節(jié)理想運(yùn)動函數(shù)作為驅(qū)動函數(shù)，得到機(jī)器人各構(gòu)件的運(yùn)動特性；以機(jī)器人和穿戴者作為整體，對模型進(jìn)行水動力分析，做出相關(guān)假設(shè)，得出在相應(yīng)條件下機(jī)器人在水下受力的理論公式，利用CFD建立二維仿真模型，得出其水下受力的分布云圖和阻力系數(shù)；分析對比牛頓歐拉方法，kane方法，拉格朗日函數(shù)方法對動力學(xué)方程的求解，最后采用拉格朗日方程對機(jī)器