仿照人体骨骼肌驱动,提出一种基于绳索驱动的新型拮抗驱动方式,采用一对电机带动绳索的方式对关节进行冗余驱动;基于绳索驱动方式完成仿人机器人下肢结构的设计;在给定的机器人运动轨迹下得出绳长的变化规律;利用逆动力学分析求解出机器人的关节力矩,采用优化方法求解出驱动关节两侧绳索的最优驱动力;最后利用ADAMS软件对绳索驱动机器人下肢进行动力学仿真,仿真结果验证了绳索长度驱动的可行性以及拉力计算的正确性。对于仿人机器人以及康复机器人的设计具有一定的借鉴意义。

在对下肢动力学分析的基础上,建立符合人体运动特点的仿人机器人下肢模型,根据人体动力学方程,在机械仿真模块中建模。利用惯性动作捕捉系统和数据采集软件对人体下肢关节角度信号进行采集。基于仿真模型进行能量流动特性研究和行走能量效率计算。通过比较仿真测得的生物力学信息与计算值的吻合程度验证模型的合理性,建立能量流动方程,实现高效行走步态分析。建立的仿真模型和能量流动方程能够为设计高性能的仿人机器人提供借鉴。

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。