【摘要】：利用外骨骼機(jī)器人提升單兵能力的方法自上世紀(jì)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(jī)器人定義為一種用于執(zhí)行水下作業(yè)的可穿戴機(jī)械裝置,將外骨骼機(jī)器人應(yīng)用于水下以提升蛙人運(yùn)動(dòng)能力的方法在國內(nèi)外還鮮有研究。本文主要圍繞水下外骨骼機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)問題開展一系列的研究。采用D-H參數(shù)法和坐標(biāo)系變換的基本原理建立了水下外骨骼機(jī)器人及其簡化結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)系描述,并推導(dǎo)了機(jī)器人所有連桿的D-H參數(shù)及兩任意相鄰坐標(biāo)系的變換矩陣。為保證潛水員佩戴外骨骼機(jī)器人后具有良好的人機(jī)協(xié)調(diào)性,研究了人體標(biāo)準(zhǔn)自由泳運(yùn)動(dòng)姿態(tài)并獲取了髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的理想運(yùn)動(dòng)曲線,并以此作為水下外骨骼機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)曲線�；谒惴ㄓ�(jì)算效率的角度闡述了使用牛頓-歐拉動(dòng)力學(xué)迭代算法應(yīng)用于水下外骨骼機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)。依據(jù)機(jī)器人幾何模型對(duì)腿部慣性張量進(jìn)行了計(jì)算,依據(jù)牛頓-歐拉算法的外推迭代過程完成了對(duì)從機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(jī)器人在水下的受力問題,對(duì)沿腿方向的壓力分布形式進(jìn)行了假設(shè),并使用力等效法將打水的分布?jí)毫Φ刃榧虞d到連桿末端的集中力和等效力矩。根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)姿態(tài)對(duì)腳蹼打水產(chǎn)生的動(dòng)力進(jìn)行了求解,并依據(jù)牛頓-歐拉算法的內(nèi)推迭代過程計(jì)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(dòng)力�；谒⒌膭�(dòng)力學(xué)模型對(duì)機(jī)器人大腿小腿桿長對(duì)其動(dòng)力學(xué)性能的影響進(jìn)行了討論,同時(shí)也探討了為達(dá)到不同的水下前行速度機(jī)器人所需要的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的問題。利用Fluent動(dòng)網(wǎng)格技術(shù),對(duì)機(jī)器人腿部進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過程中液體壓力分布的求解,結(jié)果表明沿腿方向的動(dòng)壓力分布符合動(dòng)力學(xué)建模過程中對(duì)水流阻力分布的假設(shè)。利用多體動(dòng)力學(xué)軟件Adams對(duì)水下機(jī)器人動(dòng)力學(xué)逆問題進(jìn)行仿真,將動(dòng)力學(xué)建模中關(guān)節(jié)角度函數(shù)作為輸入,考慮等效的流體阻力對(duì)機(jī)器人的影響,獲得關(guān)節(jié)扭矩仿真解。對(duì)比仿真結(jié)果與動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算結(jié)果,兩者具有較高的擬合度。
【圖文】：

究與應(yīng)用僅限于陸地，將其應(yīng)用于水下領(lǐng)域國內(nèi)外還鮮有研究。于淺水區(qū)域水兵來說，在水下復(fù)雜環(huán)境中作業(yè)時(shí)行動(dòng)力和體力的限執(zhí)行的重要因素。相比于執(zhí)行陸地任務(wù)，水下作業(yè)環(huán)境對(duì)士兵要求作業(yè)時(shí)水的阻力較大，導(dǎo)致士兵體能消耗大，從而限制了很多水下如果能夠?qū)⑼夤趋罊C(jī)器人應(yīng)用于水下，使士兵能夠在水下具有更高么裝備了水下外骨骼機(jī)器人的潛水員將能夠完成更高難度的作業(yè)和外骨骼機(jī)器人應(yīng)用于水下，研制水下環(huán)境所能夠使用的外骨骼機(jī)器義。下外骨骼機(jī)器人定義為一種用于執(zhí)行水下作業(yè)的可穿戴機(jī)械裝置。水器的是，它具有人形結(jié)構(gòu)并能夠按照人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，最潛水員下肢能量消耗，如圖 1-1 所示。它既可以檢測(cè)潛水員的運(yùn)動(dòng)水員運(yùn)動(dòng)意圖，跟隨人體運(yùn)動(dòng)，從而減少潛水員在水下的體能消耗遠(yuǎn)距離水下作業(yè)任務(wù)。也可以通過姿態(tài)規(guī)劃，設(shè)計(jì)優(yōu)化的水下運(yùn)動(dòng)人帶動(dòng)人體運(yùn)動(dòng)，從而提高潛水員的運(yùn)動(dòng)能力，，完成高強(qiáng)度高難度務(wù)。

的過程中其動(dòng)力學(xué)部分的研究必不可少。課題以“xx 項(xiàng)目”為依托，通過研究水下機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特性、運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，為進(jìn)一步研制適應(yīng)水下環(huán)境應(yīng)用的外骨骼機(jī)器人樣機(jī)提供支撐內(nèi)外研究歷史及現(xiàn)狀外骨骼機(jī)器人的國內(nèi)外研究歷史及現(xiàn)狀外骨骼機(jī)器人的研究最早要追溯到 20 世紀(jì) 60 年代，美國通用電氣奈爾大學(xué)在軍方的支持下聯(lián)合研制了世界上首款外骨骼機(jī)器人 Hard 1-2 所示。Hardiman 采用液壓驅(qū)動(dòng)，體積較為龐大，重量達(dá) 6man 系統(tǒng)并不穩(wěn)定，是學(xué)者們對(duì)于外骨骼機(jī)器人的初探，其研究也并這個(gè)項(xiàng)目在研發(fā)中遇到的一系列問題引起了學(xué)者們的思考：機(jī)器人應(yīng)、怎樣保證人機(jī)協(xié)調(diào)性和舒適性等問題[4,5]�？傮w來說，Hardiman后來的外骨骼機(jī)器人研制工作打下了基礎(chǔ)，在外骨骼機(jī)器人研究歷遠(yuǎn)的意義。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 宗光華;畢樹生;王巍;李大寨;;機(jī)器人技術(shù)開拓未來——2005年國際機(jī)器人展(日本)巡禮[J];機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用;2006年01期

2 陳林;奚如如;王興松;;套索驅(qū)動(dòng)細(xì)長機(jī)器人的初步設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J];機(jī)電工程;2011年03期

3 謝芝馨;;蘇聯(lián)機(jī)器人技術(shù)述評(píng)[J];機(jī)械與電子;1989年04期

4 羅飛，余達(dá)太;主動(dòng)式控制──機(jī)器人抑振控制的有效方式[J];機(jī)器人;1995年04期

5 盧桂章;當(dāng)前高技術(shù)發(fā)展的前沿——機(jī)器人技術(shù)[J];天津科技;1995年01期

6 蘇陸;日本機(jī)器人技術(shù)與產(chǎn)品[J];全球科技經(jīng)濟(jì)w

本文編號(hào)：2566895