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ㆍ研究产品: 穿戴机器人 (Wearble Robot)

ㆍ仿真目的:构建人体和可穿戴机器人的动力学模型，以验证设计产品的耐久性，并验证控制模型

事实上，构建人体动力学模型来设计人体穿戴机器人的动态模型至关重要。此外，人体模型和可穿戴机器人配对 后，根据人的行为预测机器人执行器所需的扭矩，并预测各关节的ROM（运动范围），检查机器人是否可以在各 种情况下实现所有必要的姿势。最后，通过控制执行器模型和动力学模型的耦合仿真确认了控制器的性能。

仿真过程

① 获取人体运动测量数据、人体程序、创建人体模型和输入运动数据的“Bio-motion”

② 将生成的人体模型导入 RecurDyn，然后实现动力学模型

③ 利用衬套力建模，仿真人体的动态行为，获得人体与穿戴机器人相结合的运动结果

④ 地面反作用力 （GRF） 和可穿戴机器人运动数据输入后的动力学分析

⑤ 获取可穿戴机器人执行器所需的扭矩数据和机器人关节容许角度（ROM）

⑥ 利用可穿戴机器人执行器的位移和速度数据构建控制联动模型，并进行联合仿真

关键仿真技术

ㆍ 利用RecurDyn/Bio-motion创建人体动力学模型

ㆍ 通过皮带将可穿戴机器人固定在人体上并建立动力学模型

ㆍ 使用 ProcessNet 进行定制应用后处理和各种人体运动测量数据

ㆍ 动力学模型和Simulink控制联合仿真

工具包

ㆍRecurDyn/Professional

ㆍProcessNet

ㆍRecurDyn x Simulink Co-simulation (RecurDyn/Control) or CoLink

工程问题

• 在验证阶段难以预知测试中的破坏而带来的时间和费用的损失

• 直接佩戴样机具有一定危险性

• 修改设计变量（设计、执行器容量和允许的运动角度）会增加实验时间和成本

• 需要通过各项人体模型身体外观对穿戴机器人进行验证

解决方案

• 使用人体模型构建动力学模型，以验证每个关节的扭矩载荷

• 使用逼真的、多样化的人体模型进行仿真

• 通过在虚拟环境中验证执行器容量、关节活动度（ROM）等 来降低样机设计成本

结论

ㆍ在RecurDyn中导入“考虑各关节上加载力矩执行器”的人体模型，建立动力学模型

ㆍ预测机器人构建动力学模型所需的扭矩和关节运动范围，并在此基础上得到执行器驱动范围

其他应用场景

◀ 上台阶机器人分析

ㆍ防止机器人摔倒的控制器设计

ㆍ选择机器人驱动所需的电机容量