以人体运动为参照的仿人机器人设计参考准则

作者:张效; 吴伟国
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为了解决仿人机器人的设计主要基于经验设计或运动仿真验证的问题,目前还没有基于人本身并考虑行走、奔跑和跳跃等运动行为要求的初始设计方法。对人体的各种运动行为进行运动捕捉和足底力测量,并选取人体运动过程中的关节力矩和关节功率作为表征仿人机器人最终驱动能力的指标。利用PhaseSpace三维运动捕捉系统和自行研制的5倍以上体重的大范围综合测力鞋系统,对6名成年男性进行了步行、跑步、跳跃运动捕捉和足底力测量实验。根据获得的149组实验数据,对人体行走、跑步和跳跃的特点进行了分析和总结。采用Newton-欧拉法对人体下肢机构的逆动力学进行了计算,采用多元非线性拟合方法对计算结果进行拟合,得到了各关节的最大驱动力矩和功率方程。总结了不同运动模式下仿人机器人的设计参考准则,为步行、跑步、跳跃等多种运动模式的仿人机器人的设计提供了参考。