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1、上海理工大学学报第29卷第2期J.UniversityofShanghaiforScienceandTechnologyVol.29No.22007文章编号:1007-6735(2007)02-0109-04两足步行椅机器人的设计与研究121曹曦,赵群飞,马培荪(1.上海交通大学机械与动力工程学院,上海200030;2.上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200030)摘要:介绍了一种两足步行椅机器人机械系统和控制系统的硬件设计,分析了载人两足机器人与一般两足机器人在安全性、载重量和干扰方面的不同.并通过计算机仿真技术提高了设计的效率和可靠性,
2、从而降低了系统级开发风险.关键词:步行椅机器人;步态;两足机器人中图分类号:TP242文献标识码:ADesignandstudyofabipedwalkingchairrobot121CAOXi,ZHAOQun2fei,MAPei2sun(1.SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030,China;2.SchoolofElectronic,InformationandElectricalEngineering,ShanghaiJiaotongUniv
3、ersity,Shanghai200030,China)Abstract:Themechanicalandcontrolsystemdesignofanewbipedwalkingchairrobotisintroduced.Tomakesystemdesignmoreefficientandreliable,alotofcomputersimulationsarecarriedout.Keywords:walkingchairrobot;gait;bipedrobot[6]要提高下肢残障人的生活质量,首先要解决其人.这台机器人腿部设计类似于鸟类的
4、下肢,在在日常环境中能自由移动的问题.随着两足步行机载人的情况下实现了较为灵活的前进和拐弯,但其[1～3]器人研究的快速进展,日本研究人员提出了一体积庞大,乘坐的人左右摇晃,而且只能在平整地面种新的解决方案,他们从研制两足步行机器人技术上行走.和经验出发,设计可以载人的两足步行机器人.2003两足步行椅机器人与通常的两足机器人的主要年底,日本早稻田大学研制成功了一台可载人的步区别:两足步行椅机器人的安全性要求高,需要设计[4,5]行机器人.这台机器人可以乘坐一个成人在平保护装置以保证乘客和机器人的安全,特别是当机整的地面上实现简单地前向步行.其结构
5、设计以多器人跌倒时的安全保护,而通常的两足机器人只能个液压机构的伸缩来带动两个脚板的运动.这样的保护机器人本身的安全;两足步行椅机器人的载重结构虽然保证了机器人在大负载情况下的稳定性,量大,能够承载成年人的体重,另外通常的两足机器但在某种程度上牺牲了双足机器人的灵活性.因此,人只能承载自身的重量,载重量较小;乘客的身体晃要将它推广到实际应用中还有很大的困难.2004动是对两足步行椅机器人不可预知的干扰,通常的年,日本丰田公司推出了它们研制的搭乘机器两足机器人只需克服外界的干扰,而乘客身体晃动收稿日期:2006-06-08基金项目:国家自然科学基金资
6、助项目(60575049);科技部国际科技合作重点项目计划资助(2003DF000017);上海市科委国际合作项目资助(041107039)作者简介:曹曦(1971-),男,博士研究生.110上海理工大学学报2007年第29卷造成的干扰一般是不随机的,因为乘客会自动保持表1两足步行椅机器人基本设计参数上身的直立状态,从控制系统角度看这属于人的环Tab.1Specificationofthebipedrobot路闭环控制(human2in2the2loopcontrol).本文根据部位名称l/mmm/kg两足步行椅机器人的特点,对其进行了设计和研究.
7、大腿3007小腿3006其中,安全性和载重量主要通过合理的硬件设计来脚(l×b)200×3002保证,乘客干扰通过控制软件来解决.乘客60椅子20两腿间距2401机械系统踝关节高度1251.1基本设计参数1.2关节活动范围两足步行椅机器人的样机和自由度布置如图1两足步行椅机器人的关节活动空间设计参考了和图2所示.两足步行椅机器人的设计目标是实现人类下肢关节活动范围.由于两足机器人的关节设在人类生活环境中的载人步行,主要功能包括平地计与人类不同,为了进一步确定关节活动范围,进行直线步行、上下楼梯、避障、下蹲和站立(用于乘客上了两足步行椅机器人基本动作
8、的仿真,包括直线步下步行椅)等.根据设计目标得到两足步行椅机器人行、下蹲和站立、上楼梯等.得到了两足步行椅机器的长度l和质
