绳驱动仿人机器人下肢设计与仿真分析

王从浩，朱旭旭，刘本奇，胡小春

（合肥工业大学机械工程学院，安徽 合肥 230009）

1引言

仿人行走机器人是一类能够模仿人类形态和步行特点的机器人，具有较高的环境适应能力和广阔的工作空间，以及一定的越障能力，此外仿人机器人还可以帮助人类完成一些生活上或者极限环境下的工作，如帮助行动不便者行走，在有毒有害的工作环境中代替人类工作。因此各国都开始研制仿人机器人，迄今为止比较先进的仿人机器人主要有日本的ASIMO[1]、美国波士顿公司的Atlas[2]等。这些仿人机器人已经能够模仿人类的行走和完成一些简单的动作，但是由于这些机器人大都采用的是电机加谐波减速器安装于关节处对机器人进行驱动，不可避免的会造成机器人行走步态的僵化，与人类的自然行走步态存在较大差距。鉴于此很多学者开始探索新的关节驱动方式来解决以上问题。仿照人体肌肉-肌腱驱动方式，利用气动人工肌肉驱动关节[3]，能够实现关节的柔性驱动，但是这种驱动由于空气的可压缩性导致了驱动的不准确性。利用绳索驱动，文献[4]研制出了绳索机器人Kenzoh，该机器人只有上半身。文献[5]研制了绳驱动的仿人腿机器人，但只有两个自由度。2016年，德国达姆施塔特工业大学利用绳索串联弹簧驱动方式，设计了biobiped机器人[6]。这些机器人较电机直接驱动关节的机器人在柔顺性上有了很大的改观，但也存在着额外负载加大，关节间存在耦合关系，结构较复杂等不足。……