双足机器人并联踝关节优化设计及其动力学分析

"这篇论文主要探讨了双足机器人并联踝关节的优化设计，通过分析人类踝关节的运动机制，提出了一种新型的并联机构设计。论文中建立了该并联机构的参数化模型，进行了运动学和动力学分析，揭示了其一阶影响矩阵以及与伸缩运动驱动力与零力矩点（ZMP）轨迹的关系。针对双足机器人行走时踝关节动力学不平衡的问题，结合并联机构的特性，通过迭代计算优化了结构参数，使得驱动元件的驱动力矩和角速度更加一致。实验证明，优化后的并联结构踝关节驱动功率降低了约一半，降低了对驱动元件功率的要求，有助于减小关节体积、质量和能耗。" 本文是机械工程领域的研究成果，重点关注双足机器人的关键部件——踝关节的设计。作者首先研究了人类踝关节的工作原理，以此为基础设计出一个具有2自由度的并联机构，用以模拟和增强双足机器人的稳定行走能力。并联机构的参数化模型使得设计过程更具灵活性，可以适应不同的运动需求。 论文中的运动学分析揭示了并联机构的一阶影响矩阵，这是理解机构运动特性和动力传递的关键。同时，通过对伸缩运动与ZMP（零力矩点）轨迹关系的研究，可以更好地控制机器人的步态，确保行走稳定性。ZMP是机器人动态平衡的重要指标，保持其稳定对于双足机器人行走至关重要。 在动力学层面，由于双足机器人行走时踝关节驱动力矩和角速度的差异可能导致动力不平衡，作者提出了结合并联机构特点的优化方法。通过迭代计算调整机构参数，使驱动元件的动力输出更加匹配，从而减少动力不均衡带来的问题。 实验结果显示，优化的并联踝关节驱动功率显著降低，仅为串联结构的50%左右，这意味着可以选用功率较小的驱动元件，这不仅减轻了关节的重量，减小了体积，还降低了能量消耗，提升了机器人的能效比。 这篇论文对双足机器人踝关节的并联设计进行了深入研究，提供了优化方案，旨在提高机器人的行走性能和稳定性，同时降低了硬件成本和能耗，对于双足机器人技术的发展具有积极的推动作用。