人形機(jī)器人兩自由度球面并聯(lián)仿生踝關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、人形機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域最活躍的分支之一，是全球?qū)W術(shù)界與工業(yè)界廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)前沿問題。作為人形機(jī)器人的重要組成部分，現(xiàn)有仿生踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)存在承載能力弱、剛度不均衡、工作空間小、仿生水平低等問題。為此，本文從結(jié)構(gòu)功能仿生角度出發(fā)，對(duì)一種與人類踝關(guān)節(jié)在形態(tài)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)功能、均衡剛度、承載能力等方面高度吻合的、具有中心球副支鏈的、2-Dof球面并聯(lián)的新型三支鏈仿生踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)UP+R+S進(jìn)行了系統(tǒng)研究。論文主要內(nèi)容如下：
　　基于閉環(huán)矢量法

2、對(duì)新型三支鏈仿生踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)UP+R+S進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，求得機(jī)構(gòu)的位置正反解、各支鏈運(yùn)動(dòng)副角位移、各構(gòu)件質(zhì)心線速度及角速度；將Xsens MVN慣性動(dòng)態(tài)跟蹤儀采集的人類正常行走時(shí)踝關(guān)節(jié)的姿態(tài)角軌跡函數(shù)作為機(jī)構(gòu)的輸出，進(jìn)行位置反解數(shù)值計(jì)算與分析。為后續(xù)機(jī)構(gòu)靜剛度分析、動(dòng)力學(xué)分析奠定理論基礎(chǔ)。
　　基于小變形線性疊加原理對(duì)新型三支鏈仿生踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)UP+R+S進(jìn)行剛度分析與評(píng)估。由動(dòng)平臺(tái)位移變形與外力的關(guān)系，推得機(jī)構(gòu)的柔度與剛度矩陣，采用

3、正交變換法確定機(jī)構(gòu)的6個(gè)主剛度指標(biāo)及主方向，并與2自由度球面并聯(lián)原型機(jī)構(gòu)UP+R的剛度進(jìn)行對(duì)比。為踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)工程設(shè)計(jì)奠定理論基礎(chǔ)，為機(jī)構(gòu)選擇工作空間提供理論技術(shù)支撐。
　　對(duì)新型三支鏈仿生踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)UP+R+S進(jìn)行動(dòng)力學(xué)實(shí)時(shí)控制建模分析?；诶窭嗜赵?，建立了機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)理論模型；從條件數(shù)出發(fā)，推導(dǎo)獲得機(jī)構(gòu)速度、加速度及慣性力全域性能指標(biāo)并進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。利用三角函數(shù)近似簡(jiǎn)化原則，對(duì)拉桿支鏈的能量方程進(jìn)行了簡(jiǎn)化，針對(duì)計(jì)算精度、響應(yīng)速