题目：具有并联关节的仿人机器人关键技术研究

采用并联机构作为仿人机器人的关节，该机构具有并联机构的优点，又具有串联机器人的优点。研究串并联仿人机器人机构的设计、运动学、运动规划等具有重要意义。本文开展的主要研究工作如下：根据人体关节的运动特点设计了仿人机器人SJTU-HR1的各个关节。采用两自由度和三自由度并联球关节作为仿人机器人关节，得到一种结构新颖的仿人机器人。通过对人体各部分比例的分析，模仿普通人的尺寸设计了机器人各个主要肢体的尺寸。建立了统一的世界坐标系，并构建各个杆件之间的齐次变换矩阵。基于齐次变换矩阵对仿人机器人末端：手臂，腿以及头，建立了相对于世界坐标系的运动学模型。采用ADAMS软件对运动模型进行了仿真验证。基于GF集对仿人机器人SJTU-HR1末端特征进行了描述，对站立构态，躺构态以及坐构态进行了分类和表示，分析了各个构态之间的变化过程，基于省力和省时间两个原则得出了构态变化的较优路径，得到了各个末端的运动特征GF集表示。基于齐次变换矩阵对典型的构态变换过程的末端位置和姿态进行了运动学描述。通过14个普通人躺-站立拍摄观察实验，证明了最省力原则正确性，为下一步仿人机器人动作设计提供了帮助。假设髋关节的固定平台固定，手和脚最为输出末端，分析了各个关节输入电机的转矩与末端输出的关系。对仿人机器人进行了近似化处理，简化为一个二维线性倒立摆模型；采用线性倒立摆的相关理论对仿人机器人的步行模式进行了规划；据线性倒立摆的轨道能量与运动的的关系求得三个阶段质心的轨迹方程，步行运动可以通过控制摆动脚的运动满足切换条件来实现，假设在行走过程中，摆动脚底面与地面始终平行，采用五次样条插值对踝关节进行了轨迹规划。