27、差分平坦假肢与瓦特 II 型六杆机构综合技术解析

差分平坦假肢与瓦特 II 型六杆机构综合技术解析

在科技不断进步的今天，假肢技术和机械机构设计领域取得了显著的进展。本文将深入探讨差分平坦假肢的特性以及瓦特 II 型六杆机构的综合技术，为相关领域的研究和应用提供有价值的参考。

差分平坦假肢的特性与优势

差分平坦结构的假肢膝关节与经典的欠驱动系统（如 Acrobot）具有相似性。通过对控制仿射系统的惯性参数进行修改，以满足静态反馈线性化的要求，从而得到一个平坦系统。在这个过程中，欠驱动两连杆系统出现了一组新的平坦输出，并且关节需要引入阻尼。引入阻尼后，平坦输出需要包含配置变量的一阶导数。

平坦性不仅有助于提高系统的可控性和实现静态反馈线性化，还能简化运动规划。在规划平坦轨迹时，可采用多种能量最小化策略，因为该问题已转化为多项式拟合问题，而非微分系统问题。

采用基于差分平坦性的控制方法，能够消除膝关节处的执行器，从而降低机构成本。尽管这种设计并非完全仿生，但差分平坦结构的假肢在摆动阶段能够跟踪轨迹，并且能耗有所降低。

然而，假肢的动能变化通常较小，在单支撑和双支撑阶段变化不大。此外，在站立阶段，假肢几乎伸直以承受负载，考虑动力学因素并不能带来明显的收益。最后，关节内部或与地面的冲击会导致关节变量的高阶导数和平坦输出受到扰动，因此平坦轨迹对冲击的鲁棒性值得进一步研究。

瓦特 II 型六杆机构的综合技术

运动生成任务

任务是同时生成两个通过旋转关节连接的刚体的运动，使这两个刚体成为瓦特 II 型六杆机构的浮动连杆。运动生成任务由四个参数（x, y, θ, κ）定义，其中 x、y 和 θ 定义了移动框架 [M] 相对于固定参考框架的