移動機器人非線性支撐設(shè)計及穩(wěn)定性研究.pdf

1、外骨骼式雙足移動機器人能被使用者“穿”在身上，并時刻保持與使用者一致的行走動作，像人體的外骨骼一樣代替人體承擔外部負載，能夠緩解特殊環(huán)境下大負重、長距離行走可能引起的疲勞和下肢傷痛等問題，且可以作為那些因為交通、地震災(zāi)害等引起的下肢傷殘人員的生活輔助。因此，對外骨骼式雙足移動機器人的研究將具有廣泛的應(yīng)用前景。本文所指的移動機器人即為外骨骼式雙足移動機器人。
　　移動機器人的支撐結(jié)構(gòu)是機器人與地面的唯一接觸部位，因此，利用仿人體足部

2、的原理，對移動機器人的支撐進行研究設(shè)計顯得至關(guān)重要。
　　本文首先結(jié)合解剖學、人體運動生物力學等相關(guān)知識，分析了人體足部骨骼、肌肉、韌帶及足弓的組成，研究了足弓的運動特征及人體步態(tài)特征。
　　基于人體足部特征的分析結(jié)果，結(jié)合人體測量學理論，進行了人體足部運動生物力學的實驗研究。搭建了足部運動捕捉系統(tǒng)及足力測量系統(tǒng)，通過對相機標定、標記點的捕捉識別，得到行走過程中人體足部關(guān)節(jié)角度變化、足弓變化等運動學信息，建立人體足部動力學模

3、型，結(jié)合人體足部運動學研究結(jié)果及足底力信息，得到人體足部的動力學信息。
　　基于人體足部特性及運動生物力學實驗結(jié)果，進行了仿生非線性支撐的設(shè)計。對仿生非線性支撐進行了建模分析，在選擇了適當?shù)牟牧虾?，確定非線性支撐的尺寸參數(shù)，對其進行校核，并完成加工裝配。
　　最后，基于設(shè)計的非線性支撐，對其運動穩(wěn)定性性能進行了實驗評價。分別利用非線性支撐及普通線性支撐代替人足行走，獲得人體在行走過程中的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的角度等運動學參