可穿戴型并聯(lián)式髖關節(jié)助力機器人研究.pdf

1、助力機器人是目前機器人領域研究和發(fā)展的一個重要課題，而可穿戴型助力機器人又是使助力機器人走向室外更廣闊空間的必要手段之一?？纱┐餍椭C器人通過把助力機構穿戴在使用者身上，進而可以輔助使用者，如具有行動困難的老年人或殘障人士，可以幫助他們克服困難，實現(xiàn)正常人的日常行動。因此，可穿戴型助力機器人受到領域?qū)＜覍W者的重視。隨著現(xiàn)代機器人技術的發(fā)展，可穿戴型助力機器人面臨巨大的發(fā)展挑戰(zhàn)與機遇?？纱┐髦C器人的研究囊括了從膝關節(jié)助力、髖關節(jié)助力

2、，到人體下肢助力、上肢助力，從特定動作如上下樓梯、行走到廣泛動作的助力。
　　 本論文面向人體髖關節(jié)助力，從各個方面討論了髖關節(jié)助力機器人的研究現(xiàn)狀和應用需求。以國家“十一五”863服務機器人重點項目“可穿戴型助殘助老智能機器人示范平臺”為基礎，旨在進一步深入研究認識、理解人體助力的基礎上，設計和研制出針對人體特定部位髖關節(jié)的助力機器人，達到人體髖關節(jié)3自由度助力和減輕髖關節(jié)負擔的目的。本論文的主要研究工作概括如下:
　　

3、 基于人體髖關節(jié)的解剖結構特征，從機器人學、人體工程學、仿生學的角度，設計和研制了一套新型的髖關節(jié)3自由度助力機構。該機構不同于其他髖關節(jié)助力機構，它是一個6自由度3UPS并聯(lián)機構，能夠和人體大腿共同完成3自由度的運動。另外為了滿足建立人體大腿和助力機構的運動學模型的要求，采用了計算機視覺技術來檢測人體髖關節(jié)的位置信息;
　　 結合串聯(lián)機構學，構建了人體大腿和UPS支鏈的運動學模型，并且構建了助力機構的逆運動學雅克比。針對并聯(lián)

4、機構比較難建立正雅克比的問題，我們從并聯(lián)機構的幾何約束方程出發(fā)，通過微分法得到了被動關節(jié)和主動關節(jié)之間的速度關系，在此基礎上提出了新的并聯(lián)機構正運動學雅克比構建方法;
　　 在機構特性方面，無論是串聯(lián)機構，還是并聯(lián)機構，都存在機構奇異的問題。目前的機構奇異空間求解往往是通過掃描的方法實現(xiàn)的，求解效率比較低。本文結合隨機逼近的思想，利用機構雅克比本身具有的特性，提出了一種新的機構奇異值快速查找算法;
　　 助力機構的設計優(yōu)

5、劣直接影響到助力機構的最終助力結果，但是目前仍然沒有有效的方法可以在助力機構的設計優(yōu)化階段評價其助力性能。針對該問題，我們從助力機構的本質(zhì)物理意義出發(fā)，從運動學的角度，通過比較人體模型的可操作性橢球和從動助力機構的可操作性橢球，可以評價助力機構的助力可行性和助力效果。該方法有助于提高可穿戴型助力機器人的設計效率，加強其助力性能;
　　 助力機構的控制直接影響到助力機構的助力性能。結合助力機構與人體之間的力傳感器提供的人機交互信息