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作者：吴志光;杨家楠;曾达幸;
单位：山西机电职业技术学院数控工程系;燕山大学机械工程学院;东莞理工学院机械工程学院;
摘要：针对传统仿生肩关节刚性结构复杂、平滑性差，以及柔性结构承载卸荷机能不足的问题，结合并联机构精度高、刚度大、位置反解容易等特点，提出了一种并联型-张拉整体结构仿生肩关节机构。首先，从人体肩关节的结构和功能要求出发，将肱骨头和关节盂等效为并联机构的动、定平台，两者之间用绳索和弹簧连接，以映射肌肉和韧带的性能，结合肩关节生理尺寸确定机构中各构件尺寸，从而建立刚柔耦合的并联型-张拉整体多体肩关节映射模型。其次，提取仿生肩关节机构的结构拓扑模型，将无内力传递的邻近压杆合并，简化其成为一种只有杆索连接的类张拉整体结构，进而基于力密度法对机构进行找形分析，求解仿生肩关节机构在初始位姿下系统的预应力分布状态，并结合机构位置反解确定弹簧的刚度特性参数。再次，通过对仿生肩关节机构外展-内收、外旋-内旋及前屈-后伸方向进行连续性运动轨迹规划，模拟肩关节运动的轨迹曲线。最后，设计建立了仿生肩关节机构模型并进行实验，验证了仿生肩关节机构模拟人体肩关节运动的有效性与准确性。文中的研究为后续仿生肩关节机构的轻量化、高灵活性研究提供了基础和思路。
关键词：仿生肩关节;;张拉整体结构;;找形分析;;弹簧刚度匹配;;轨迹规划
基金资助：广东省教育厅高等学校科研平台和项目-智能关节康复机器人研究创新团队(2022KCXTD033)
