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1、智能工程外骨骼负重机器人液压缸的设计顾镇兵,程涛(北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京100191)ResearchontheDesignofHydraulicCylinderofExoskeletonLoadCarrierGUZhen-bing,CHENGTao(SchoolofJetPropulsion,BeihangUniversity,Beijing100191,China)摘要:首先介绍了外骨骼负重机器人的基本组0引言成和工作原理.然后利用动力学仿真软件ADAMS[1]建立外骨骼机器人的虚拟样机,并进行动力学仿真,外骨骼负重机器人是一种人机一体化的机
2、械获得了行走过程中膝关节的驱动力矩.最后根据仿装置,穿戴于人体下肢外侧帮助人体负重行走,它把真结果对外骨骼负重机器人驱动系统的驱动器液压机器人的体力"与人类的智力结合起来,依靠人的缸进行设计.智力去控制机器人,通过机器人的能力来完成人类[2]关键词:外骨骼;ADAMS;动力学仿真;液压缸自身难以完成的任务.外骨骼负重机器人有着广中图分类号:TP242.3;TH137.51泛的应用前景,如士兵负重行军、抗震救灾、医疗康文献标识码:A复和辅助行走等.文章编号:1001-2257(2012)07-0077-04目前世界上最先进的外骨骼机器人包括美国加[3]Abstract:T
3、hispaperfirstlyintroducesthebas-州大学伯克利分校研制的BLEEX、洛克希德马[4]iccompositionandworkingprincipleoftheexo-丁公司生产的HULC和日本筑波大学研制的[5]skeletonloadcarrier.ThenthevirtualprototypeofHAL系列.BLEEX和HULC都采取液压驱动提theexoskeletonloadcarrierisestablishedbyAD-供助力,而HAL系列采用电机驱动,相比而言,液AMS,anddoesdynamicsimulationtoge
4、tdriving压驱动体积更小、质量更轻、布局更加灵活及结构更torquesofkneeduringwalking.Finallyhydraulic加紧凑,而且能够传递更大的力或转矩,动作响应灵cylinderisdesignedaccordingtotheresultsofsim-敏,易于控制和调节.BLEEX和HULC都是采取液ulation.压驱动,二者的区别在于BLEEX为髋关节、膝关节Keywords:exoskeleton;ADAMS;dynamic和踝关节都设置驱动器,而HULC只为膝关节设置[6]simulation;hydrauliccylinder驱动
5、器,在一项研究中发现,当负载增加40%,脚踝峰值转矩增加38%,膝盖峰值转矩增加98%以及髋部峰值转矩增加47%,在膝关节添加驱动器可以收稿日期:2012-02-22有效减少步行时的负载对于穿戴者的作用力,并比参考文献:[D].上海:上海交通大学,2008.[1]韩晓明.反恐排爆机器人机械手的设计和控制[D].上[6]张伟军,李建华,杨汝清.机器人开放式控制系统软件海:上海交通大学,2005.调度的同步Petri网方法[J].上海交通大学学报(中文[2]莫海军,吴少炜.排爆机器人及相关技术[J].机器人技版),2009,(11):1775-1779.术与应用,200
6、5,(4):31-36.[3]杨汝清,张伟军.机电控制技术[M].北京:科学出版作者简介:韩辉(1985-),男,安徽六安人,硕士研究生,社,2009.研究方向为特种机器人控制系统;张伟军(1970-),男,辽宁营口[4]蔡自兴.机器人学[M].北京:清华大学出版社,2000.人,副教授,研究方向为特种机器人.[5]刘琦.排爆机器人无线数据通讯与监控平台的研究机械与电子2012(7)77智能工程外骨骼负重机器人液压缸的设计多关节驱动更能有效的降低能量消耗.机,计算机预判出人体的动作,并发出指令驱动液压液压缸是外骨骼负重机器人驱动系统的驱动缸运动,使外
7、骨骼做出相应的动作,与人体运动保持器,主要对液压缸的设计进行研究.首先利用AD-协调一致,同时承载背架上的负重.AMS建立外骨骼负重机器人虚拟样机,进行动力学2外骨骼负重机器人动力学仿真仿真,获得行走过程中关节的运动学和动力学数据,然后在此基础上进行液压缸的设计.2.1外骨骼负重机器人虚拟样机的建立利用三维建模软件UG建立外骨骼负重机器人1外骨骼负重机器人基本组成和工作机械结构和人体的三维模型,并将人体模型与外骨原理骼模型装配起来,调整人体与外骨骼的位置关系,保1.1外骨骼负重机器人的基本组成证下肢主要关节的位置关系,
