移動(dòng)機(jī)器人非線性支撐設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性研究.pdf

1、外骨骼式雙足移動(dòng)機(jī)器人能被使用者“穿”在身上，并時(shí)刻保持與使用者一致的行走動(dòng)作，像人體的外骨骼一樣代替人體承擔(dān)外部負(fù)載，能夠緩解特殊環(huán)境下大負(fù)重、長(zhǎng)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?yàn)榻煌?、地震?zāi)害等引起的下肢傷殘人員的生活輔助。因此，對(duì)外骨骼式雙足移動(dòng)機(jī)器人的研究將具有廣泛的應(yīng)用前景。本文所指的移動(dòng)機(jī)器人即為外骨骼式雙足移動(dòng)機(jī)器人。
　　移動(dòng)機(jī)器人的支撐結(jié)構(gòu)是機(jī)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(duì)移動(dòng)機(jī)器人的支撐進(jìn)行研究設(shè)計(jì)顯得至關(guān)重要。
　　本文首先結(jié)合解剖學(xué)、人體運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)等相關(guān)知識(shí)，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(yùn)動(dòng)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(cè)量學(xué)理論，進(jìn)行了人體足部運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究。搭建了足部運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)及足力測(cè)量系統(tǒng)，通過對(duì)相機(jī)標(biāo)定、標(biāo)記點(diǎn)的捕捉識(shí)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(yùn)動(dòng)學(xué)信息，建立人體足部動(dòng)力學(xué)模

3、型，結(jié)合人體足部運(yùn)動(dòng)學(xué)研究結(jié)果及足底力信息，得到人體足部的動(dòng)力學(xué)信息。
　　基于人體足部特性及運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行了仿生非線性支撐的設(shè)計(jì)。對(duì)仿生非線性支撐進(jìn)行了建模分析，在選擇了適當(dāng)?shù)牟牧虾?，確定非線性支撐的尺寸參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行校核，并完成加工裝配。
　　最后，基于設(shè)計(jì)的非線性支撐，對(duì)其運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。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(yùn)動(dòng)學(xué)參