可穿戴机器人机构的计算综合：应用于髋关节机构
摘要：可穿戴的连杆机构能够控制从执行器到佩戴者的力矩传递，可以确保低成本的可穿戴系统提供符合用户需求的先进功能。例如，如果臀部机构将输入的扭矩转化为空间变化的力矩，在行走过程中，即使只使用一个经济实惠的单执行器系统，佩戴者也能在矢状面和冠状面得到有效的辅助。然而，由于连杆机构设计空间具有组合性质，即使有大量计算资源和数值数据，确定这种非线性力矩发生机构的拓扑结构也很具有挑战性。此外，传统的合成方法几乎无法进行本地生产开发和交互式设计。在这里，我们提出了一种创新的自主计算方法来综合这种可穿戴机器人机构，从而消除了对详尽搜索或大量数据集的需求。我们的方法将综合问题转化为基于梯度的优化问题，并使用复杂的目标和约束函数，同时确保所需的自由度、运动范围和力传递特性。为了生成任意的机构拓扑结构和尺寸，我们采用了统一的基模型。通过将所提出的方法应用于髋关节机构的设计，获得了非串联型髋关节机构的拓扑结构和尺寸。生物力学模拟验证了其多力矩辅助能力，通过原型制作验证了其可穿戴性。所提出的设计策略可以为设计各种可穿戴机器人机构（如肩膀、膝盖和踝关节）打开一条新的途径。
作者：Seok Won Kang, Jegyeong Ryu, Suh In Kim, Youngsoo Kim, Yoon Young Kim
论文ID：2308.11018
分类：Robotics
分类简称：cs.RO
提交时间：2023-08-23