偏置輸出四支鏈三自由度球面并聯(lián)仿生髖關(guān)節(jié)研究.pdf

1、人形機器人是外形、結(jié)構(gòu)、功能與人相似的一類智能型機器人。目前已成為機器人技術(shù)領(lǐng)域最活躍的分支之一。仿生關(guān)節(jié)是人形機器人本體結(jié)構(gòu)的核心、實現(xiàn)功能的關(guān)鍵，其性能的好壞將直接影響著整個人形機器人性能及進一步擴展。
　　本文以具有中心球面支鏈的、偏置輸出、高次超靜定(過約束)的3RRR+(S-P)新型三自由度球面并聯(lián)仿生關(guān)節(jié)機構(gòu)為研究對象，針對機構(gòu)的位置、工作空間、靜剛度、動力學(xué)等幾個方面展開了系統(tǒng)研究。為人形機器人并聯(lián)仿生關(guān)節(jié)進一步的設(shè)

2、計與開發(fā)，提供了新思路和一定的理論基礎(chǔ)。
　　基于3-RRR原型機構(gòu)的位置正反解，考慮與人體關(guān)節(jié)空間分布的一致性，確定了關(guān)節(jié)機構(gòu)安裝位姿參數(shù)，建立了人體與機構(gòu)空間的映射關(guān)系，推導(dǎo)并獲得新型3RRR+(S-P)仿生髖關(guān)節(jié)的位置正反解。并進行了數(shù)值計算與分析。
　　在分析了人體中髖關(guān)節(jié)的位置、姿態(tài)、運動空間特征與新型3RRR+(S-P)機構(gòu)關(guān)節(jié)的工作空間基礎(chǔ)上，比照人體髖關(guān)節(jié)的工作空間，以機構(gòu)關(guān)節(jié)的工作空間覆蓋人體髖關(guān)節(jié)的實際運

3、動空間為條件，確定了關(guān)節(jié)在人形機器人本體中的安裝位姿參數(shù)。
　　采用傳統(tǒng)的拆桿法和小變形疊加原理，對高次超靜定(過約束)3RRR+(S-P)型仿生髖關(guān)節(jié)機構(gòu)進行了靜剛度分析；通過數(shù)值計算得到機構(gòu)的對角化剛度矩陣。與3RRR原型機構(gòu)剛度進行比較分析發(fā)現(xiàn)：引入中心球面支鏈的3RRR+(S-P)機構(gòu)線位移剛度得到較大加強，使線位移與角位移剛度比較均衡。證明了新型三自由度球面并聯(lián)仿生關(guān)節(jié)機構(gòu)可以滿足實際。
　　在分析3RRR+(S-

4、P)機構(gòu)各個構(gòu)件的速度和能量基礎(chǔ)上，建立了機構(gòu)的拉格朗日逆向動力學(xué)模型，求得了平穩(wěn)的驅(qū)動力矩表達式。通過數(shù)值計算獲得了驅(qū)動力矩的曲線圖，為關(guān)節(jié)機構(gòu)控制提供理論支持。
　　建立新型3RRR+(S-P)仿生髖關(guān)節(jié)的虛擬樣機，并運用ADAMS對其進行運動學(xué)和動力學(xué)仿真。分析了外力與外力矩對引入中間球面副分支后的3RRR+(S-P)機構(gòu)與3RRR原型機構(gòu)的驅(qū)動力矩的影響。分析發(fā)現(xiàn)：外力對3RRR+(S-P)機構(gòu)的驅(qū)動影響較??；在相同外載下