绳索-齿轮混合传动的仿人机器人下肢研究

张 浩，王 海，徐曼曼，陈品品

(安徽工程大学 机械工程学院，安徽 芜湖 241000)

仿人机器人可以协助人类完成日常任务，但完全参照人体结构进行机械结构设计尚存在一定困难。现有的仿人机器人还不能有效模拟人体结构中存在的诸多冗余自由度和结构之间的强耦合性等特性，因此仿人机器人的运动功能还有一定的局限性。构成人体的关节由多块肌肉驱动，具有非线性弹簧的特性，受此启发，国内外专家学者开始探索绳索驱动的仿生关节研究，这种传动方式具有较好的柔顺性，还能够吸收一定的末端冲击进而保护机构不受损伤。国内绳索驱动机器人的研究方向主要聚焦在绳索并联机构、绳索驱动康复机构和绳索驱动机械臂三方面。颜玉娇等针对绳索牵引并联机器人建立了绳索的直线模型和悬链线模型。吕伟等针对海上船舶起重机的绳索牵引并联机构进行了相关技术研究。甘振波等进行了基于绳索驱动的下肢康复外骨骼设计，制造了实验样机并进行了轨迹跟踪性能试验。日本JSK研究室使用绳索传动机构研制出了较为成熟的仿人机器人Kenzoh；该研究室随后改进了Kenzoh的绳驱动关节刚度调整机构并且加入了张力传感器模块来准确控制关节的转动。美国佐治亚理工学院的Deweerth研究小组研发出一款绳索驱动的、具有髋关节和膝关节两个自由度的仿人下肢单腿结构。

常规的电机驱动的机器人由于电机及减速器结构自重较大，导致机器人的关节运动刚性偏大，运动平顺性不足。……