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摘要：随着经济和互联网的不断深入，仿人机器人的研发也逐渐深入，但是现阶段的仿人机器人研发并不够全面，所制造的机器人大都缺乏灵活性和稳定性，因此为了提高仿人机器人的环境适应能力，从而提高机器人的使用范围，本文基于并联机构，对仿人机器人的结构进行研究，提高机器人的稳定性和灵活性。
关键词：并联机构；放任机器人；结构研究
一、并联机构仿人机器人的定义特点以及分类
（一）并联机构仿人机器人的定义和特点
并联机构机器人的英文简称是PM，定义是动平台和顶平台之间通过最少两个运动链相连，其中运动链具有独立性的特点，并且机构具有两个或两个以上的自由度，然后通过并联方式进行驱动的闭环结构。在特点方面并联机构仿人机器人具有误差小、精度高、结构紧凑、刚度高、承载能力大、工作空间小的特点，而且由于并联机构机器人的驱动装置可以放置在定平台上或定平台位置的原因，使得并联机构机器人具有运动部分较轻、速度高、动态响应好的特点，其次是完全对称的并联机构具有较好的灵活性。
（二）并联机构仿人机器人的分类
现阶段常见的并联机构仿人机器人由于运动形式的不同，可以分为平面机构和空间机构，而其中平面机构中又分为平面移动机构和平面移动转动机构，空间机构又分为空间移动机构、空间转动机构、空间混合运动机构。不仅如此。并联机构还可以根据自由度的不同分为2自由并联机构和3自由度并联机构，主要是根据机构中移动运动的数量进行划分的。
二、仿人机器人的现状和发展关键
（一）仿人机器人的研究现状
仿人机器人从研发至今已经有半个世纪，在20世纪末期就有人提出双足机器人稳定性判断依据理论，同时还提出了双足协调控制的综合方法，为后期的双足仿人机器人研究奠定了有力的理论基础。而且随着仿人机器人研发的不断深入，使得研发的机器人大都已经具有人类一样的形状，主要由头部、躯干、双手、双腿双足等部分构成，但是随着研究的深入，对于仿人机器人结构的灵活性和稳定性也提出了更高的要求，因此为了满足不同环境的需求，对仿人机器人结构的灵活性和稳定性进行提高，就成为了现价段仿人机器人所要研究的重点。
（二）仿人机器人的发展关键
仿人机器人研发技术涉及机构学说、仿生学说、材料科学学说、控制技术学说、计算机技术、人工智能技术等学科和领域，这些学科都关乎着仿人机器人的发展。其中比较重要的研究方向有机械系统的研制与开发、实时的步态规划和平衡控制、手臂和双足运动规划、快速视觉处理等等。
三、基于并联机构的仿人机器人结构研究
（一）基于并联机构仿人机器人的整体结构设计
探究基于并联机构仿人机器人结构设计时，可以根据上文中并联机构机器人的定义特点以及分类等信息的内容，并结合仿人机器人发展的现状和需要解决的重点问题，对仿人机器人的整体结构进行设计，保证充分发挥并联机构的作用，并对仿人机器人结构存在的问题进行改进，从而提高仿人机器人的灵活性和稳定性。
例如在探究基于并联机构仿人机器人结构研究时，可以先对仿人机器人的整体结构进行设计，可以根据仿人机器人的含义，如基于人形结构的基本构成头部、四肢和躯干等进行设计。
在进行机器人各部件运动链接设计时，可以充分发挥固定轴的作用，把四肢和头部与躯干使用固定轴的方式进行链接，可以选择串行链接或并行连接的方式，其中串行链接方式因为体积较小、运动空间大的特点，可以用于躯干与四肢之间的链接，而并行连接因为多个组成的运动副作用为同一部分，使得空间的体积过于大，而且具有承载能力强、运动灵活多样的优势，可以应用在机器人头部与脖子之间链接以及腰部之间链接。其次可以根据人类关节的特点，在仿人机器人的颈部关节、双肩关节、双肘关节、腰部关节、两髋关节、双膝关节、双踝关节等关节部位都各自设置固定轴，从而保证仿人机器人的自由度，通过设置20个自由度的方式，提高仿人机器人的运动性能。
（二）仿人机器人的腰部结构设计
在对基于并联机构仿人机器人结构设计时，除了对仿人机器人的整体结构进行设计以外，还要对仿人机器人中的关键部分进行结构设计，尤其是仿人机器人的腰部结构设计，从而提高仿人机器人的灵活性和稳定性。在进行设计时适当参考人体腰部的定义和作用，其中人体腰部的定义是人体或四肢动物胯上肋下的部分，分布在脊柱的两侧介于颧骨和假肋之间。其实人类腰部的结构非常简单，主要是由腰椎骨、腰太肌、直脊肌等构成，但是其作用是非常重要的，不仅是人体中非常重要的运动中枢，还是人体保持平衡的重要支撑点。所以在进行仿人机器人进行设计时，可以根据人类腰部的具体作用和结构特点，对仿人机器人的腰部进行设计，从而提高仿人机器人的灵活性和稳定性。但是现阶段进行仿人机器人腰部结构设计时，大都采用一般球铰作为腰关节的方式，虽然满足了工作空间的要求，但是占用的空间也很大，并且自身的坚硬程度也不够，还会给电机造成严重的负担，因此在设计时可以重点针对这几个问题进行解决。
例如在对基于并联机构仿人机器人结构进行探究时，可以重点对腰部的结构进行设计，通过以人类腰部结构组成和作用为参照的方式进行设计，从而提高仿人机器人的灵活性和稳定性。在对仿人机器人腰部结构进行设计时，首先要根据人体腰部结构特点，再采用并联结构中的三自由球面并联结构进行腰部结构的设计。其次根据三自由球面并联结构的缺点，如承受能力小、刚度低等进行二次优化设计，可以通过仿生学演化的方式对三自由球面并联结构进行优化。然后是作用力方面，从人体腰部的特点和作用可知，对腰部的作用力不只有压力，还有一定的拉力作用，因此可以通过加大球窝的方式，让球窝包裹住大部分球体，在满足工作空间的同时加强腰部结构承受作用力的能力，从而提高仿人机器人的灵活性和稳定性。最后可以充分发挥约束力的作用，把动平台上承受的作用力，转移到机器人骨架中去，从而提高仿人机器人的承受能力。
（三）通过仿真模拟的方式保证结构设计的合理性
在对仿人机器人的整体结构和关键部分进行设计以后，可以通过仿真模拟的方式，对设计过程进行充分的模拟实验，把之间的整体设计和关键关节定义带入虚拟软件中，并通过模拟实验进行调整和研究，从而保证基于并联机构的仿人机器人结构设计合理有效。
例如通过仿真模拟的方式，对之前的整体和腰部设计进行模拟实验，从而保证基于并联机构的仿人机器人结构设计合理有效。其中制作仿人机器人模型可以使用SolidWorks软件进行制作，把之前整体结构设计的框架、自由度分配方式、组成部件等信息输入到软件中，同时把腰部的结构设计定义和信息也带到软件中，然后在软件中生成仿人机器人模型，并且还要对生成的模型进行合理地调整，保证充分还原之前的设计理念。其次是模型的动态展示方面，可以利用ADAMS软件的演示功能，把生成的机器人模型带到ADAMS软件中，然后通过让机器人进行抬起四肢、行走、扭腰、左右侧身等动作，了解机器人关节空间的数据，以及动作的协调性和灵活性，从而保证基于并联机构的仿人机器人设计合理有效。
参考文献：
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