主動可變剛度柔性關(guān)節(jié)的仿生設(shè)計與研究.pdf

1、隨著工業(yè)4.0的發(fā)展和機(jī)器換人舉措的推進(jìn)，對機(jī)器人及其核心零部件提出更高的要求。主動可變剛度柔性關(guān)節(jié)成為提高機(jī)器人性能的關(guān)鍵零部件之一，同時對主動可變剛度柔性關(guān)節(jié)的研究是機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。本文主要圍繞主動可變剛度柔性關(guān)節(jié)和人體下肢行走步態(tài)特點(diǎn)展開研究，本文主要的研究工作如下:
　　1、根據(jù)人體下肢步態(tài)周期的行走特點(diǎn)以及人體下肢的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定了人體下肢的結(jié)構(gòu)尺寸;建立其運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型;依據(jù)其數(shù)學(xué)模型，分別求解出人體下肢

2、各關(guān)節(jié)角度和關(guān)節(jié)力矩。
　　2、使用解析法設(shè)計了主動可變剛度柔性關(guān)節(jié)的驅(qū)動機(jī)構(gòu);依據(jù)平面五桿機(jī)構(gòu)的格拉斯霍夫準(zhǔn)則分析研究了其可動性;依據(jù)機(jī)構(gòu)奇異性理論分析了其奇異性。
　　3、使用解析法建立了驅(qū)動系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)模型，運(yùn)用幾何解析法分析了仿生髖部系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)模型;依據(jù)牛頓定律和d'Alembert原理，建立了仿生髖部系統(tǒng)的動力學(xué)方程;建立了驅(qū)動系統(tǒng)的動力學(xué)模型和關(guān)節(jié)的等效剛度模型。
　　4、使用ProE軟件對人體下肢和驅(qū)動

3、系統(tǒng)進(jìn)行三維建模;在MATLAB/SimMechanics進(jìn)行運(yùn)動仿真，通過仿真測量，分別獲得人體下肢髖關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)力矩和驅(qū)動機(jī)構(gòu)的約束力;最后利用ProE建立主動可變剛度柔性關(guān)節(jié)虛擬樣機(jī)，并在ADAMS中進(jìn)行運(yùn)動仿真，通過仿真得到主動可變剛度柔性關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度;驗證了主動可變剛度柔性關(guān)節(jié)研究設(shè)計的正確性，為物理樣機(jī)的制造提供理論和指導(dǎo)。
　　本文結(jié)合了桿件機(jī)構(gòu)和柔索的特性，設(shè)計適用于人體下肢的仿生柔性關(guān)節(jié)，該研究為人體下肢的柔性驅(qū)