一种简单的行走助力机器人的设计与仿真.pdf

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1、第23卷第4期2010年7月机电产品开发与剀新Deve[opmem＆

2、nno'vatlondMachinery＆Electric'dProductsV01．23．No．4JuLy．，20lO文章编号：1002—6673(2010)04-009-03一种简单的行走助力机器人的设计与仿真何伟宾，王鹏杰，金美光，丁志鹏(北京邮电大学自动化学院。北京100876)摘要：行走助力机器人是近年来兴起一新的研究领域，它属于特种机器人的范畴。行走助力机器人可以增强人体下肢的力量，可以为老年人、残疾人、士兵和消防员等提供增强行走能力的服务。在本篇论文中。首先是在分析人体行走特定的基础上设计了一款简单的行走助力机

3、器人，并通过运动学逆求解得到了各个关节的角位移计算方程。然后采用微分变换法来求取雅可比矩阵来对速度运动学进行分析。最后采用Pro／E和ADAMS对机器人进行了动力学仿真，并对仿真中出现的问题和测量所得曲线进行了分析。关键词：行走助力机器人；运动学；动力学；仿真中图分类号：TP242文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1002—6673．2010．04．004DesignandSimulationofaSimpleWalkingPower-assistedRobotHEWei-Bin，WANGPeng-Jie，JINMei-Guang，DINGZhi-Peng(BeijingUn

4、iversityofPostsandTelecommunicatiom，ShoolofAutomation，Beijing100876，China)Abstract：Thewalkingpower—assistedrobotisanewresearchfieldinrecentyears，whichbelongstospecialrobotcategory．Thewalkingpower—assistedrobotcallstrengthenthepowerofthewearer’Sleg，anditCanbeusedforelderlypeople，handicapped，soldiersa

5、ndfiremen．Atfirst，basedonthebiologicalcharacteristicofhumanwalking，asimplewalkingpower—assistedrobotisdesignedinthispaper．Then，thepositiveandinversekinematicsmodeloftherobotisanalyzedbasedontheD—Hmatrix．Andthesolutionsofthekinematicsequationsweregot．ThedynamicalmodeloftherobotWaspresentedbasedonLagr

6、angemethod．Basedonthedynamicsequations．thedrivingtorqueofeveryjointintherobotCanbecalculated．Atlast，Pro／EandADAMSareusedmthesimulationexperimentsoftherobot．thevalidityofthedesignedrobotistestifiedbycomputersimulation．Keywords：walkingpower—assistedrobot；kinematics；dynamics；simulation0引言社会发展变化的迫切需要促使国

7、家加大对服务类机器人研发的投入，许多科技工作者也将注意力集中到家政服务机器人及辅助助力机器人的研究方向上来．从而使得各种助力机器人的研究成为热点。本文的研究目标是在前人研究的基础上。运用人体工程学、机器人学等知识设计一款简单的行走助力机器人．要求得到机器人较为详细的三维几何模型。采用理论分析与仿真分析相对比的方式，对机器人的运动特征和力学机理进行研究。1行走助力机器人运动学分析运动学分析的内容是如何求解所建立的机构模型的收稿日期：2010—06—09作者简介：何伟宾(1988-)，男．北京邮电大学本科在读，所研究的领域：机械工程及自动化控制。主动构件与输出构件之间的运动关系。主要包括位姿分析、

8、速度分析和加速度分析。其中，对运动学正问题的求解．可以判断机器人在给定的关节角下所得的末端位置，是否符合实际的使用环境。对运动学逆问题的求解，则可以得到机器人末端按照预设的运动轨迹进行运动所需要的关节角位移．从而实现对机器人的位姿控制。机器人的雅可比矩阵是个重要概念．它可以将末端的速度从关节空间变换到笛卡尔空间．而雅克比逆矩阵则可以将速度由笛卡尔空间变换到关节空间；所以．若要对机器人进行速度控制则