适用于可穿戴型助力机器人的并联机构研究

人体运动系统由骨、关节和肌肉等组成，其功能是位移变化或保持姿势。人体最基本的位移运动是杠杆运动。其中骨是运动杠杆，关节是支点，肌肉是运动动力。肌肉收缩时，以关节为支点牵引骨改变位置，产生运动。考虑到这样一个生理特点，结合外骨骼穿戴型助力机器人的主要应用对象，如人体上肢、下肢及颈部等，结合仿生学，并联机构式可穿戴型助力机器人和穿戴者组成的人-机一体化系统能够对环境有更大的适应能力。该类结构包括上下环面、伸缩杆、绞球等，利用动力装置和控制装置以及为完成运动预判的感知信息网，它们组成一个可为人体颈部功能恢复运动提供助力支持及静止支撑的辅助机器人系统以及一个类似人类神经系统的局域网。本研究从人体工程学及仿生学基本原理出发，研究人体特定部位运动机理，综合和借鉴运动生物力学、机器人学等方法构筑一并联系统，解决从运动学、动动学，到构造雅可比矩阵等一系列理论与应用的关键问题.

助力机器人可帮助人们扩展其身体某些特定部位的运动能力，可在帮助老人、残疾人提高自主生活能力，增加救灾、防暴人员运动能力等方面发挥重要作用。助力机器人包括可穿戴在人体上各部位的机械装置、动力装置和控制装置以及检测人体运动信息的多种传感器，它们组成一个可提高人体相应部位运动功能与负荷能力的辅助机器人系统以及一个类似人类神经系统的局域网。.基于人体髋关节的解剖结构特征，从机器人学、人体工程学、仿生学的角度，设计和研制了一套新型的髋关节3自由度助力机构。该机构不同于其他髋关节助力机构，它是一个6自由度3UPS并联机构，能够和人体大腿共同完成3自由度的运动。另外为了满足建立人体大腿和助力机构的运动学模型的要求，采用了计算机视觉技术来检测人体髋关节的位置信息。.结合串联机构学，构建了人体大腿和UPS支链的运动学模型，并且构建了助力机构的逆运动学雅克比。针对并联机构比较难建立正雅克比的问题，我们从并联机构的几何约束方程出发，通过微分法得到了被动关节和主动关节之间的速度关系，在此基础上提出了新的并联机构正运动学雅克比构建方法。.助力机构的控制直接影响到助力机构的助力性能。结合助力机构与人体之间的力传感器提供的人机交互信息，我们采用了基于假想柔顺的控制策略。通过仿真实验、基于假肢的实验以及实际人腿实验，验证了该控制策略的可行性。.已申请发明专利6项（4项已授权）；在国内外学术期刊和会议上发表论文26篇（其中15篇被SCI、EI、ISTP等检索）。