双足机器人四连杆仿生膝关节的研究

机器人关节通常采用二连杆单轴关节,仿生特性不强。结合生物医学人体关节研究成果,研究了一种四连杆封闭链仿生关节;给出了一种由四连杆机构组成、智能MR阻尼器控制的多轴仿生膝关节机构;并与人腿膝关节对比分析了四连杆膝关节的仿生特点;通过多变量优化设计方法求解膝关节机构和阻尼器安装位置参数;并建立了仿生膝关节的虚拟样机,进行仿真,结果表明四连杆关节有好的仿生特性。

四连杆仿生膝关节机构优化设计

针对四连杆仿生膝关节能实现人腿自然步态的仿生特性要求,考虑摆动期灵活性,以踝关节中心点轨迹与实际人腿相应轨迹误差的均方根最小为优化目标,提出四连杆仿生膝关节尺寸参数的优化数学模型,采用二次规划方法对其进行优化设计,并通过MATLAB的中型算法来实现。通过运动仿真得到踝关节中心轨迹与实际轨迹吻合良好,能够获得自然人腿步态,并得到‘J’形膝关节瞬心轨迹,充分验证了其良好的运动仿生性能。最后,对支撑期速度瞬心位置进行分析,并针对支撑期稳定性提出采用智能磁流变阻尼器的承重自锁方案。

仿生膝关节虚拟样机与协同仿真方法研究

设计用于仿人机器人的四连杆封闭链膝关节。以仿生膝关节研发为实例,提出用虚拟样机协同仿真进行系统仿真。研究用Pro/E,ADAMS和Simulink相联合的组织内部协同仿真方法。建立了四连杆仿生膝关节和机器人腿虚拟样机,并详细给出异构层次化模型协作方法和迭代学习控制协同仿真方法,进行了仿真实验。虚拟样机协同仿真方法面向多领域,可避免复杂的人工建模和求解过程,仿真逼真且接近实际系统,为四连杆仿生膝关节提供好的研究方法。