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。

为了提高柔索驱动关节转动的位置精度和控制速度,建立了基于自适应控制器(ADRC)的单自由度关节拮抗柔索驱动控制系统。使用柔索串联弹簧阻尼装置,对关节装置进行驱动,通过控制拮抗柔索的收缩量对柔索张力进行调整,进而对关节转矩进行实时调整。基于改进人工鱼群算法,得到了在拮抗柔索装置控制关节位置调整过程中的ADRC最优参数。经仿真实验验证,该控制系统具有响应速度快、无超调、适应性强等优点,这在柔索驱动关节的控制方面具有重要意义。