摘要：结合差动轮系和杠杆原理设计了一种调刚范围从0~+∞的变刚度执行器,并完成了其结构优化设计和调刚能耗优化设计。该变刚度执行器具有变刚度范围大,调刚能耗需求低,占用空间小,易控制,响应速度快,可靠性强,技术实现可行性高等优点,具有一定的实际应用意义。在此基础上设计了一款欠驱动变刚度柔性手爪,将变刚度执行器作为手爪关节的驱动单元,通过调节变刚度执行器的刚度来改变手爪的刚度。最后,搭建了变刚度柔性手爪的硬件平台,对变刚度执行器进行了刚度测量,验证了所设计的变刚度执行器在进行刚度调节上的可行性。进行了变刚度柔性手爪的力控制实验,成功实现了对柔软物体的抓取。对变刚度柔性手爪的单指进行了性能分析,并验证了手指刚度与变刚度执行器刚度呈正相关关系,完成了变刚度柔性手爪性能实验验证。

摘要：针对传统刚性驱动的外骨骼在复杂人机交互环境中柔顺性不足、无法保证人体安全等问题,设计一种变刚度下肢外骨骼用于康复训练。提出了一种可重构的变刚度原理,通过调整关节弹簧的预紧力来实现关节刚度的改变,同时通过滑轮组的重构来增大外骨骼的刚度调整范围。基于所提出的可重构变刚度原理,设计了用于驱动外骨骼主动关节的变刚度执行器,并进一步设计了变刚度下肢外骨骼的机械结构。建立了外骨骼的理论刚度模型,并对其刚度特性进行了仿真分析。搭建了变刚度下肢外骨骼的试验平台,对样机的刚度特性进行了试验验证。结果表明,试验得到的刚度曲线与理论模型吻合。基于变刚度驱动的扭矩-偏角特性,提出一种无交互力传感器的外骨骼行走跟随控制方法,并在不同速度下进行了行走跟随试验。试验结果表明,外骨骼与人体的最大交互力矩为0.8243 N·m,证明外骨骼可以跟随人体运动。