[发明专利]仿生机械运动学优化方法

摘要

基于关节插入点的仿生机械运动学优化方法，包括以下操作，获得自然肢体运动数据库，对自然肢体建立运动模型，自然肢体的运动模型中，骨骼作为连杆，关节作为弹性铰链，肌腱作为力输出线，每个关节的参数包括肌腱长度l和关节的刚度，利用正逆运动学获得自然肢体肌腱运动量△l与关节角度θ之间的关系l＝f(θi)；使用PCA算法，获得自然肢体的第一主成分的维度方向，以及在该维度方向下肌腱运动量△l与关节角度θ的关系、以及当有多个关节时、多个关节角度之间的比例关系。本发明将每个关节优化为两个插入点和一个刚度值，通过插入点和刚度值和力输出线的优化配置，实现将仿生机械在给定的自由度方向上复原自然肢体的自然运动。

主权项

1.基于关节插入点的仿生机械运动学优化方法，其特征在于：该方法包括以下操作，获得自然肢体运动数据库，对自然肢体建立运动模型，自然肢体的运动模型中，骨骼作为连杆，关节作为弹性铰链，肌腱作为力输出线，每个关节的参数包括肌腱长度l和关节的刚度，利用正逆运动学获得自然肢体肌腱运动量△l与关节角度θ之间的关系l＝f(θ_i)；使用PCA算法，获得自然肢体的第一主成分的维度方向，以及在该维度方向下肌腱运动量△l与关节角度θ的关系、以及当有多个关节时、多个关节角度之间的比例关系；建立被牵引结构的运动模型，将运动模型的运动自由度约束在第一主成分的维度方向，运动模型包括连杆、相邻连杆之间的弹性铰链和力输出线，每个弹性铰链的参数包括两个插入点的位置和弹簧的刚度，两个插入点之间的力输出线长度表示肌腱长度；将弹簧刚度和肌腱长度作为输入，将每个关节的角度作为输出，以运动模型中肌腱运动量△l与关节角度θ之间的关系与自然肢体中肌腱运动量△l与关节角度θ之间的关系差距最小作为目标，不断调整插入点位置和弹簧刚度，迭代计算，直到目标达成；输出插入点位置和弹簧刚度，导线轴位置和弹簧刚度优化完成。