机械外骨骼是一种能够与人体自身运动协调配合的复杂机械系统。从人体下肢结构和步态研究角度出发,提出并设计了一种适用于人体负重状态时的下肢助力机械外骨骼,在助力人体下肢运动的同时提高人体负载能力。设计以人体下肢结构为基础,利用Solidworks三维设计软件建立了下肢机械外骨骼的三维模型。之后通过对人体步态的分析,建立了人体下肢运动学模型,并通过matlab/simulink软件建模进行仿真分析,得到结果与CGA标准曲线对比验证模型正确,进而实现步态规划与轨迹控制。最后通过Solidworks/Motion对装置模型进行动力学仿真分析。结果表明,机构可以实现人体步态行走。

外骨骼式下肢助行机器人的步态轨迹是当今研究的热点问题,稳定合理的步态运动是外骨骼有效辅助人体的基本保障。针对外骨骼式下肢助行系统的步态轨迹问题,基于零力矩点(ZMP)理论,采用五点规划法将人体步态划分为5个特殊姿态点,并求解相应的位置和角度坐标。利用MATLAB平台的三次样条插值函数模块,求解这些特殊点的三次样条曲线,仿真出髋关节和踝关节的轨迹曲线。最后根据ZMP动态轨迹方程,求解外骨骼系统的ZMP曲线,结果表明步态轨迹连续光滑,与理想的重心轨迹方向一致,符合外骨骼系统的轨迹路径要求。

提出了一种基于3-CUR并联机构的轮腿式机器人,其具有轮式的移动速度快和腿式的越障能力强的优点,并具备并联机构的刚度大、承载能力强等优势。对3-CUR轮腿式机器人进行结构设计,且对3-CUR并联机构进行研究分析,得到其具有3-DOF(两转一移)。通过运动空间需求量和最大稳定裕度对比分析,得到3-CUR轮腿式移动机器人在行走状态的最佳步态。利用SOLIDWORKS模拟了机器人在平地和沟壑的行走过程,得到了机器人的最大步长与步高;分析了机器人的质心变化情况,得到该机器人在行走过程中平稳性良好,可用于复杂、危险环境的探测和救援。

为满足越来越多的脑卒中患者辅助行走和康复训练的需要,设计了一款下肢外骨骼机器人模型,采用D-H参数法建立踝关节、膝关节、髋关节坐标系,推演出步态周期内的坐标方程。为了安全起见,要求脑卒中患者步行速度慢且步长短,利用CoG(Center of Gravity,重心地面投影点)作为步态规划中的稳定性判断依据,并用Robotics Toolbox for Matlab仿真,结果表明下肢外骨骼康复机器人在康复训练过程中各关节具有连续且稳定的步态轨迹,为后续脑卒中患者使用的下肢外骨骼康复机器人样机研制提供了必要的理论依据。

针对康复训练患者和治疗医师需求,提出一种新型下肢康复机器人,并对其进行被动式控制系统设计。使用Solidworks建立三维模型,制造样机并进行控制系统设计。建立运动学模型,并且对下肢康复机器人进行运动分析,结合CGA临床步态数据和RLA人体下肢步态,进行下肢康复机器人的运动轨迹规划。采用PID控制方法对运动轨迹进行跟踪控制,运用Simulink进行模拟仿真。设计基于位置阻抗的控制策略,使实际位置跟踪目标位置,以达到人机运动协调的目的。搭建控制系统平台,并且对样机进行周期步态速度检验和轨迹跟踪检验。

仿照蠕虫运动机理,利用自主研发的径向膨胀和轴向伸缩软体驱动器,研制了一种蠕动式气动软体管道机器人。研究了两种驱动器的结构设计和工艺流程;并进行了静力学实验,获得了驱动器静力学特性;依据轴向伸缩软体驱动器的形变原理,建立了机器人的运动学模型,获得了在不同气压、频率和负载情况下机器人的运动性能。结果表明,管道机器人具有较好的灵活性和适应性,可在一定直径范围的管道内自由爬行,爬行最大运动速度可达4.64 mm/s,负载能力为1000 g。

为解决绝大多数足式机器人的腰部是固定不可变的问题,研究一种腰部可变的四足爬行机器人,并分析腰部和腿部的形态,从数学上给出腰部构态变换的条件。另外,考虑腰部可变设计出扭腰直行步态和扭腰原地旋转步态,并将其与传统步态进行比较,分析不同步态在稳定裕度、活动空间和通过狭窄弯道等方面不同的优势。最后,研究腰部变胞使机器人在足尖活动空间、视觉观察等方面具有的特征,显示所设计的机器人对环境的适应能力。研究结果表明可基于变胞机构设计爬行机器人腰部使其构态可变,腰部构态可变可以提高四足机器人的灵活性和环境适应能力。

设计了一种空间八面体翻滚机器人,由6个顶点模块、12个伸缩单元模块以及1个载荷体模块构成;通过控制各伸缩杆之间的伸缩量来改变机器人重心,实现向目标方向翻滚。对空间八面体翻滚机器人的运动学正解和反解过程进行了分析计算,运用ADAMS软件对空间八面体翻滚机器人进行了步态规划及越障能力的动态仿真,验证了运动学分析的正确性,并得到了顶点及质心的运动规律曲线。该运动学分析方法与仿真结果为空间多面体翻滚机器人的优化设计提供了重要依据。

气动人工肌肉设计简单并具有独特的仿生性,该文应用气动人工肌肉驱动器设计了一个六足爬行机器人,从仿生学角度对这个机器人进行了步态规划.文章对机器人的三角步态选择和两层板式机械结构的设计作了详细介绍.

为实现机器人的高负载、不平地面的高适应性运动要求,设计了一种液压驱动的四足机器人。分析了四足机器人的机械结构,机器人腿结构具有运动关节少、运动空间范围大特点,利用ADAMS规划设计了四足运动步态,并在ADAMS中进行动力学仿真。仿真分析了对角步态下机器人质心位移、液压缸驱动力以及与地面的接触力等参数,获得了液压缸工作流量、功率参数。仿真结果验证了机器人结构设计、步态规划的可行性,为液压缸、发动机选型提供了参考依据。