人工腿仿生設計及氣動人工肌肉(PMA)實驗建模研究.pdf

1、在智能假肢研究及開發(fā)過程中，需要對其進行大量的性能測試實驗，但由于實驗測試的工作量大且要求重復性好，讓殘疾人穿戴假肢進行實驗不太現(xiàn)實。為了給智能假肢的性能測試提供理想的實驗平臺，課題組將仿人機器人與智能假肢研究相結合，提出了異構雙腿行走機器人模式。人工腿作為異構雙腿行走機器人的重要組成部分，其主要功能是模擬殘疾人健康腿的正常步態(tài)，給智能仿生腿提供步態(tài)跟隨目標軌跡。因此，人工腿的擬人化設計對整個異構雙腿行走機器人的研究具有非常重要的意義。

2、
　　基于對人體下肢的生理結構及運動機理的分析，本文對人工腿的整個機械系統(tǒng)進行了結構設計，包括髖關節(jié)、膝關節(jié)及踝關節(jié)的結構設計。為了使人工腿更好地模擬殘疾人健康腿的步態(tài)軌跡，采用四桿機構作為膝關節(jié)的機械結構，解決了單軸膝關節(jié)帶來的行走步態(tài)不自然的問題。在驅(qū)動方面，采用氣動人工肌肉(PMA)作為膝關節(jié)的驅(qū)動源，從而解決了伺服電機、液壓裝置等帶來的剛度太大等問題。在整個結構設計過程中，充分考慮了健康人腿的結構尺寸，使人工腿的結構尺寸與

3、人體相應的部位盡量一致。
　　由于氣動人工肌肉(PMA)本身具有非線性，解析計算建模較為困難，本文采用通過實驗建模的方法來建立PMA的數(shù)學模型。搭建了氣動人工肌肉性能測試實驗平臺，分別在等壓、等長、等載的條件下對其特性進行分析，建立了輸出力、收縮率及輸入壓力三者之間的關系，基于最小二乘法對模型進行參數(shù)辨識，建立了其精確的數(shù)學模型。
　　本文詳細地分析了氣動人工肌肉驅(qū)動關節(jié)的原理，選擇了驅(qū)動的方式，并在動力學分析的基礎上，建立