基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的人形機(jī)器人關(guān)節(jié)構(gòu)型綜合與性能研究.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，關(guān)節(jié)是人形機(jī)器人功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。本文以人形機(jī)器人踝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)為對(duì)象，以少自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)為原型，依據(jù)仿生原理，開(kāi)展人形機(jī)器人關(guān)節(jié)構(gòu)型綜合和性能分析的研究工作。主要內(nèi)容如下：
　　依據(jù)運(yùn)動(dòng)仿生原則，以二自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu) UP+R為原型，得到 UP+R踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，分析其靜力學(xué)、靜剛度性能，為機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)奠定力學(xué)基礎(chǔ)。在UP+R踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，依據(jù)仿生設(shè)計(jì)理論，得到高度擬人，具有力

2、學(xué)卸載特性，剛度均衡的球面并聯(lián)人形機(jī)器人踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。對(duì)該踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)和靜剛度分析。最后研制踝關(guān)節(jié)樣機(jī)并測(cè)量極限位姿角。
　　設(shè)計(jì)完成一組大工作空間被動(dòng)球面鉸鏈模仿球窩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，引入3-RRR三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)模仿肌肉群并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，采用偏置輸出設(shè)計(jì)思想以增大工作空間，綜合得到通用球窩關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。以此機(jī)構(gòu)為原型，依據(jù)結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)原則和空間一致性原則，綜合得到球面并聯(lián)人形機(jī)器人肩關(guān)節(jié)，對(duì)肩關(guān)節(jié)進(jìn)行工作空間分析。最后，研制肩關(guān)節(jié)

3、樣機(jī)驗(yàn)證工作空間的連續(xù)性。
　　對(duì)人體肩胛帶的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，得到描述人體肩胛帶運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。從運(yùn)動(dòng)仿生角度出發(fā)，提出2PUS+RR二自由度轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為人形機(jī)器人肩胛帶的原型機(jī)構(gòu)，根據(jù)人體肩胛帶的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，完成機(jī)構(gòu)參數(shù)的仿生設(shè)計(jì)。為了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便，又提出兩種二自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為人形機(jī)器人肩胛帶的原型機(jī)構(gòu)，得到兩個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解，綜合得到2PUS+U球面并聯(lián)人形機(jī)器人肩胛帶機(jī)構(gòu)和RPRS+U球面并聯(lián)人形機(jī)器人肩胛