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人形机器人是机器人技术领域最活跃的分支之一,是全球学术界与工业界广泛关注的热点前沿问题。作为人形机器人的重要组成部分,现有仿生踝关节机构存在承载能力弱、刚度不均衡、工作空间小、仿生水平低等问题。为此,本文从结构功能仿生角度出发,对一种与人类踝关节在形态结构、运动功能、均衡刚度、承载能力等方面高度吻合的、具有中心球副支链的、2-Dof球面并联的新型三支链仿生踝关节机构UP+R+S进行了系统研究。论文主要内容如下:基于闭环矢量法对新型三支链仿生踝关节机构UP+R+S进行运动学分析,求得机构的位置正反解、各支链运动副角位移、各构件质心线速度及角速度;将Xsens MVN惯性动态跟踪仪采集的人类正常行走时踝关节的姿态角轨迹函数作为机构的输出,进行位置反解数值计算与分析。为后续机构静刚度分析、动力学分析奠定理论基础。基于小变形线性叠加原理对新型三支链仿生踝关节机构UP+R+S进行刚度分析与评估。由动平台位移变形与外力的关系,推得机构的柔度与刚度矩阵,采用正交变换法确定机构的6个主刚度指标及主方向,并与2自由度球面并联原型机构UP+R的刚度进行对比。为踝关节机构工程设计奠定理论基础,为机构选择工作空间提供理论技术支撑。对新型三支链仿生踝关节机构UP+R+S进行动力学实时控制建模分析。基于拉格朗日原理,建立了机构动力学理论模型;从条件数出发,推导获得机构速度、加速度及惯性力全域性能指标并进行数值计算。利用三角函数近似简化原则,对拉杆支链的能量方程进行了简化,针对计算精度、响应速度、占用内存三个动态实时控制要求,建立了机构的初步系统动力学控制模型并进行了数值分析。为后续机构动力学动态实时控制提供理论技术指导。利用SOLIDWORKS软件建立了新型三支链仿生踝关节机构UP+R+S的三维实体模型,以.xt格式导入ADAMS软件中进行仿真模拟实验,对运动学与动力学模型的理论计算结果与仿真模拟结果进行了对比分析。