摘要：由刚性结构制成的传统机器人存在灵活性差、环境适应能力低、人机交互不友好等缺点,而近些年受自然界生物启发研制的各类软体机器人则可克服这些缺点,但由于具有无限自由度,软体机器人的优化设计与在线控制尚面临诸多瓶颈.通过力学建模与数值仿真,则能够更好地理解其形变过程,进而指导软体机器人的设计与制造.本文聚焦最新的软体机器人动力学仿真研究,关注结构建模方法和交互仿真方法在理论计算中的应用.在结构建模方法中,从三维实体单元模型出发,介绍有限元方法的基本原理及其在静态模型、可微框架和可微投影动力学等策略中的应用;在板壳模型方面,探讨经典的基尔霍夫-勒夫板壳模型和离散壳模型.接着在结构建模中聚焦简化模型,包括基于一维降阶模型的细长结构仿真,其中涵盖了分段常曲率模型、Cosserat杆模型和绝对节点坐标方法等基本模型理论.通过典型工作的案例,探讨了一维简化模型的优势与缺点,并介绍了质量弹簧阻尼经典模型的操作方法以及最新的相关工作.在交互仿真技术中,围绕动力学仿真,涵盖外部环境交互和外场驱动交互两个方面,探讨了软体机器人动力学仿真中的挑战与应对策略.此项工作旨在为机器人开发者提供全新的动力学仿真思路,实现更逼真的仿真效果,进而为软体机器人的优化设计及在线控制提供理论支撑.

摘要：受盂肱关节浮动转动中心的生理运动学属性影响,在基于外骨骼的肩部康复中,人体与外骨骼的兼容性将直接影响康复的效果甚至危及患者的安全。通过分析肩部协同运动特征,提出一种结构紧凑的顺应性肩关节自对准机构,并能够实现独立的锁骨和肩胛骨协同驱动锻炼。基于建立的人机闭链系统,提出4种完整的外骨骼构型,以肩部外骨骼运动空间灵巧性为评价标准,确定了最佳构型,设计并开发肩部外骨骼原型样机。穿戴性能测试试验结果表明,前伸和外摆时人机耦合界面相互作用力从20 N和35 N降低至1 N以下,人体自主外展轨迹和外骨骼穿戴对应点外展轨迹具有良好的吻合性,所提出的顺应性肩部康复外骨骼具有良好的人机相容性。