基于人體上肢運動學的仿生機械臂設(shè)計方法.pdf

1、隨著仿生技術(shù)與機器人技術(shù)的進步，仿生機械臂從眾多類型的機器人中脫穎而出，為機器人技術(shù)的發(fā)展開辟出廣闊空間。如何合理地配置仿生機械臂的自由度和關(guān)節(jié)形式，對其設(shè)計與實際應(yīng)用有十分重要的意義。有必要提出仿生機械臂自由度的配置方法，配合以往依靠經(jīng)驗配置機械臂自由度的方式，為仿生機械臂的自由度選取和優(yōu)化提供參考依據(jù)，為設(shè)計高效實用的機械臂奠定基礎(chǔ)。
　　本文通過文獻的查閱與分析，總結(jié)了仿生機械臂的自由度與關(guān)節(jié)形式研究的不足。以人體運動學為基

2、礎(chǔ)，結(jié)合機器人奇異性理論和運動性能分析，對仿生機械臂的自由度和關(guān)節(jié)形式的優(yōu)化原則及方法進行了詳細研究。
　　結(jié)合人體運動學和機構(gòu)運動學相關(guān)知識，以人體上肢結(jié)構(gòu)和運動參數(shù)為基礎(chǔ)，提出了七自由度人體上肢模型和簡化的六自由度、五自由度模型。將理論模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學模型，進行仿生機械臂的奇異性和運動性能分析，建立了機械臂設(shè)計的自由度選取方法。
　　基于機械臂冗余性和奇異性理論，實現(xiàn)七自由度冗余仿生機械臂的奇異構(gòu)形由數(shù)學計算到可視化圖形的

3、轉(zhuǎn)化，提出回避奇異構(gòu)形的自由度配置依據(jù)。結(jié)合數(shù)值法和蒙特卡洛法分析三種不同自由度的仿生機械臂模型的運動性能，實現(xiàn)了作業(yè)空間和運動靈活性的可視化呈現(xiàn)，提出針對不同運動性能要求的仿生機械臂自由度配置依據(jù)。
　　以仿生機械臂自由度配置依據(jù)為指導(dǎo)，針對上述研究結(jié)果設(shè)計研發(fā)一臺巡檢機器人樣機。對機器人搭載的仿生機械臂的自由度進行優(yōu)化，對樣機在模擬線路環(huán)境下進行了上述研究的實驗驗證。通過對實驗結(jié)果的分析，論證了仿生機械臂自由度配置依據(jù)的合理性