在研究人体膝关节生物特征和运动机理的基础上,基于张拉整体结构,通过等效映射和仿生设计方法,构建了基于C4S2平面张拉整体结构的仿生膝关节机构映射模型,并采用机构构型分析方法,验证了机构稳定性。在满足人体膝关节刚柔耦合特征的基础上,利用反向动力学方法,完成了弹簧刚度匹配,实现了运动学求解,并通过Adams对该机构进行了仿真模拟,结果表明,仿生膝关节机构满足人体膝关节运动范围。通过弹簧形变量仿真结果与理论计算结果的对比,以及仿真运动模拟与实验测试的对比,验证了所提出基于张拉整体结构的仿生膝关节机构理论和设计的有效性和可行性。所设计的仿生膝关节机器人机构具有灵活性、半自主复位和自锁的特性,满足仿生设计要求。

为克服普通车轮结构在非结构化地形上越障能力和腿式机器人在结构化地形上移动速度方面的不足,基于张拉整体结构自适应、自稳定、柔性的结构优势,提出一种创新型张拉变径步行轮式结构。通过分析两杆三索平面张拉整体结构,设计出该变径步行轮的基本张拉步行单元,结合最小势能原理对张拉变径步行单元进行运动学分析,利用Matlab得出步行轮结构参数和张拉变径步行轮展收比。在此基础上,通过张拉变径步行轮展收比最优原则确定步行轮轮毂结构和传动限位机构,利用Catia软件建立张拉变径步行轮的结构模型;构建Adams步行轮构仿真模型,确定张拉变径步行轮的运动姿态特征并进行运动学仿真模拟分析,得到张拉变径步行轮半径随时间变化规律。仿真结果表明,设计出的张拉变径步行轮能够实现在不同环境下稳定行走,可以在轮式模式和步行模式中进行...

为了提高精密机械手的操作柔顺性,提出了一种四棱柱型六自由度张拉整体并联机构模型,由4条刚性驱动支链、2条绳索驱动支链和2条弹簧支链组成。建立了机构的运动学模型,推导了机构动平台角速度、角加速度与欧拉角之间的转化关系;根据螺旋理论建立了机构的静态平衡方程,从而进一步推导出机构的刚度矩阵表达式,并得到矩阵数值解;运用虚功原理建立了机构的伪刚体动力学方程。最后,对机构的速度、加速度、动力学方程进行数值计算、仿真,验证了上述数学模型的正确性,为该机构动力学特性的深入分析和控制策略的研究提供了理论参考。