本文關(guān)鍵詞： 仿人機(jī)器人 仿生肌肉 柔性驅(qū)動(dòng)器 骨骼肌肉仿生 生物力學(xué)模型　出處：《合肥工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：仿人機(jī)器人因?yàn)榫哂蓄惾说碾p足行走功能而具有很廣闊的發(fā)展前景,但是目前的仿人機(jī)器人驅(qū)動(dòng)存在著柔性不足等缺點(diǎn),因此研制出類似于人類肌肉特性的柔性驅(qū)動(dòng)裝置具有深遠(yuǎn)意義。仿人機(jī)器人如果具備了這種可以改變自身柔順的特性,在完成各種動(dòng)作時(shí)就能具有更好的適應(yīng)性并降低系統(tǒng)的能耗。本文依據(jù)生物骨骼肌肉的Hill三元素模型,提出以運(yùn)動(dòng)單元、阻尼單元和彈性單元組成的仿生肌肉模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)生物肌肉的仿生;給出了仿生肌肉關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)過(guò)程,介紹了仿生肌肉的幾種工作狀態(tài);利用軟件建立了仿生肌肉的三維模型,對(duì)模型進(jìn)行分析得到合適的阻尼系數(shù),從而完成阻尼單元的設(shè)計(jì);通過(guò)模擬Hill和Baratta的實(shí)驗(yàn)過(guò)程,對(duì)仿生肌肉模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)本文所設(shè)計(jì)的仿生肌肉在力-速度關(guān)系和力-肌肉長(zhǎng)度-速度關(guān)系上符合Hill方程和Baratta三維數(shù)學(xué)模型;研究了仿生肌肉收縮后在無(wú)驅(qū)動(dòng)和無(wú)負(fù)載的情況下長(zhǎng)度變化情況,發(fā)現(xiàn)和生物骨骼肌肉性質(zhì)一致,均能回復(fù)到肌肉的原始長(zhǎng)度;依據(jù)人體的參數(shù)建立了人體下肢模型,在ADAMS中利用設(shè)計(jì)的仿生肌肉驅(qū)動(dòng)下肢模型,通過(guò)設(shè)置合理的仿真參數(shù),能夠得到與人體自由步態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符合的髖關(guān)節(jié)的角位移曲線。本研究為仿人機(jī)器人的柔性驅(qū)動(dòng)提供了一種新思路。提出的仿生肌肉經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證,其性質(zhì)與Hill和Baratta的生物骨骼肌肉性質(zhì)描述相似。仿生肌肉應(yīng)用于人體下肢模型驅(qū)動(dòng)所得與人體自由步態(tài)相符的髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng),驗(yàn)證了所提方案的可行性。
[Abstract]:Humanoid robot has a broad development prospect because of its humanoid biped walking function, but the current humanoid robot drive has some shortcomings such as lack of flexibility and so on. Therefore, it is of great significance to develop a flexible driving device similar to human muscle characteristics. If humanoid robot has this characteristic, it can change its own compliance. In order to achieve better adaptability and reduce the energy consumption of the system, this paper proposes a motion unit based on the Hill three-element model of biological skeletal muscle. The bionic muscle model composed of damping element and elastic element is used to realize the bionics of biological muscle. The design process of key parts of bionic muscle is given, and several working states of bionic muscle are introduced. The 3D model of bionic muscle is established by using software, and the appropriate damping coefficient is obtained by analyzing the model, and the design of damping element is completed. The experimental process of Hill and Baratta was simulated. The dynamic analysis of the biomimetic muscle model shows that the bionic muscle designed in this paper accords with Hill equation and Baratta 3D mathematical model in the relationship between force and velocity and the relationship between force and muscle length and speed. The length change of bionic muscle after contraction without driving or load was studied. It was found that the original length of the muscle could be restored to the same as the nature of the biological skeletal muscle. Based on the parameters of the human body, the lower limb model is established, and the lower limb model is driven by the designed bionic muscle in ADAMS, and the reasonable simulation parameters are set up. The angular displacement curve of hip joint can be obtained in accordance with the experimental data of human free gait. This study provides a new way of thinking for flexible driving of humanoid robot. The proposed bionic muscle is verified by simulation. Its properties are similar to those described by Hill and Baratta. Biomimetic muscles are used to drive hip joint motion in accordance with human free gait. The feasibility of the proposed scheme is verified.
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：1493566