水下外骨骼機器人動力學(xué)特性研究.pdf

1、利用外骨骼機器人提升單兵能力的方法自上世紀60年代起便有學(xué)者開始研究，50余年來已有頗豐的研究成果。水下外骨骼機器人定義為一種用于執(zhí)行水下作業(yè)的可穿戴機械裝置，將外骨骼機器人應(yīng)用于水下以提升蛙人運動能力的方法在國內(nèi)外還鮮有研究。
　　本研究采用D-H參數(shù)法和坐標系變換的基本原理建立了水下外骨骼機器人及其簡化結(jié)構(gòu)的坐標系描述，并推導(dǎo)了機器人所有連桿的D-H參數(shù)及兩任意相鄰坐標系的變換矩陣。為保證潛水員佩戴外骨骼機器人后具有良好的人機

2、協(xié)調(diào)性，研究了人體標準自由泳運動姿態(tài)并獲取了髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的理想運動曲線，并以此作為水下外骨骼機器人的運動目標曲線。基于算法計算效率的角度闡述了使用牛頓-歐拉動力學(xué)迭代算法應(yīng)用于水下外骨骼機器人的優(yōu)勢。依據(jù)機器人幾何模型對腿部慣性張量進行了計算，依據(jù)牛頓-歐拉算法的外推迭代過程完成了對從機器人運動姿態(tài)到大腿、小腿連桿質(zhì)心慣性力和慣性力矩轉(zhuǎn)換的推導(dǎo)。著重考慮了機器人在水下的受力問題，對沿腿方向的壓力分布形式進行了假設(shè)，并使用力等效法將打水

3、的分布壓力等效為加載到連桿末端的集中力和等效力矩。根據(jù)機器人運動姿態(tài)對腳蹼打水產(chǎn)生的動力進行了求解，并依據(jù)牛頓-歐拉算法的內(nèi)推迭代過程計算出髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)所需的關(guān)節(jié)扭矩、功率及液壓驅(qū)動力?；谒⒌膭恿W(xué)模型對機器人大腿小腿桿長對其動力學(xué)性能的影響進行了討論，同時也探討了為達到不同的水下前行速度機器人所需要的動力學(xué)參數(shù)的問題。利用Fluent動網(wǎng)格技術(shù)，對機器人腿部進行運動過程中液體壓力分布的求解，結(jié)果表明沿腿方向的動壓力分布符合動力