针对现有的仿下颌机器人仿生性不足,提出一种绳索驱动的仿下颌机构。首先,基于人体口颌系统冗余驱动特性、肌肉单向拉力的特性以及咀嚼肌附着点位置,进行仿下颌机构设计;该仿下颌机构采用6根绳索仿人体口颌系统的三组主要咀嚼肌(咬肌、颞肌和翼外肌),采用一对点接触高副仿人体口颌系统的颞下颌关节;然后,分析机构和推导运动学方程与雅克比矩阵;接着,为研究绳索的这种单向力特性与位形之间的关系,对该机构进行了力封闭空间分析;最后,在Adams中建立仿真模型,进行下颌功能运动(开闭运动、前后运动、侧方运动)的轨迹规划,分析绳索长度变化与人体咀嚼肌伸缩的相似性。

针对下肢运动偏瘫患者,基于人体下肢运动规律,提出一种1R2T-1R型绳索驱动下肢康复机器人,并建立了完整模型。对该机器人进行运动学正逆解分析,并验证其正确性;基于蒙特卡洛法,在Matlab环境中求解该机器人在力封闭前提下的可控工作空间和实际工作空间,并进行了对比。结果表明,该康复机器人构型设计合理,其工作范围可以满足患者康复训练的需求。研究为后续的参数优化和轨迹规划提供了参考依据。

传动系统是大型可展开天线的重要组成系统,在其展开过程中起到驱动天线展开的作用。针对绳索驱动式环形天线在轨展开动力损耗问题,基于理论力学及摩擦学原理,分析得到动力绳绕过线轮动力损耗模型,该模型给出了动力绳与过线轮之间分别在静、滑动摩擦工况下的动力绳传动效率计算公式,揭示了摩擦效应对传动系统效率的影响机理;在此基础上,修正了已有绳索驱动式环形天线展开动力学的系统模型,实现了环形天线展开过程精准仿真与实验验证。文中提出的动力损耗模型可为绳索驱动式环形天线的展开设计与优化提供重要理论参考。

针对传统仿人机械臂载荷与自重比低的问题,提出一种多电机耦合驱动式仿人机械臂。根据人臂的运动特性,确定串联结构下的仿人机械臂构型,并将机械臂划分为肩关节模块、肘关节模块和腕关节模块。分析单电机驱动单关节的绳索传动特性,推导该模型下电机与关节的扭矩映射关系和转角映射关系。研究各模块中多电机耦合驱动多关节的电机布局和绳索绕线方式,解释各模块中多电机耦合后的工作原理,推导各模块中电机与关节的扭矩映射关系和转角映射关系。并通过实验验证各模块中映射关系的正确性,以及各模块关节的承载能力。结果表明:多电机耦合驱动方式在保证质量的前提下,可以有效提高各关节的承载力,为仿人机械臂的设计提供理论依据。

关节是机器人的重要组成部分,传统机器人的驱动方式大部分是采用电动机加减速器驱动,此种驱动方式使得机器人质量比较大,运动不自然;为解决上述问题,首先通过仿照人体肌肉肌腱驱动方式设计一种绳索驱动仿生关节,其次通过运动学得出绳索长度与关节转动角度的关系;最后利用上述结果作为驱动在ADAMS仿真软件中对该关节进行动力学仿真,验证通过绳索长度驱动关节的正确性,测量绳索所需要的拉力大小。该研究对于机器人的关节设计以及绳索驱动的研究具有一定的借鉴意义。