在科技水平快速推动下,机器人技术开发出了新的研究领域,对机器人驱动系统也提出了新的发展要求:要求具备更多功能的系统,以应对不明确的环境中不可预知的相互作用,并积极与人类共享工作空间,协助处理涉及物理环境中人机交互的各种任务。因此,为满足其发展要求,机器人必须展现出与生物系统(人类)相同的水平能力。然而,目前所研究的机器人其关节运动普遍缺乏适应性柔性,仅凭其刚性结构无法实现类似人类借助神经-肌肉-骨骼系统,通过改变关节的刚度和阻尼,以最小的能量消耗实现灵活和稳定运动的功能。针对现有研究的不足,本文以人体膝关节为研究对象,依据仿生学原理,利用智能材料提出了一个集成可变阻尼的新型紧凑型驱动器的设计,并对该驱动器展开如下研究工作:(1)概述目前国内外仿人机器人柔性关节驱动的研究现状及应用,列出其3个关键技术点,总结出研究智能材料的重要意义;介绍智能材料的概念及分类,引出本文借助智能材料实现机器人关节柔顺驱动的设计思想。(2)详细地从生理结构、运动形式等方面阐述人体膝关节的运动机理,简化膝关节运动的机械模型;依据磁流变液性能完成磁流变阻尼器的设计分析;根据其力学模型—Bingham模型,完成对磁流变阻尼器的初步阻尼力计算。(3)介绍本文所设计的柔顺驱动器的具体组成部分,根据前文的设计分析对磁流变阻尼器进行结构设计;然后对驱动器的驱动方式、传动方式进行选择,完成整体的结构设计。(4)根据已选择的力学模型,完成对磁流变阻尼器的建模与仿真。然后建立下肢的运动和动力数学模型,分析下肢关节的运动情况,得到周期内膝关节的角度和力矩变化曲线,为后文的运动控制奠下基础。(5)建立仿人膝关节的虚拟样机,提出用于磁流变控制的PI控制,建立基于ADAMS和MATLAB/Simulink的联合仿真平台,通过MATLAB接口进行仿真实验数据的传递。分析结果表明所设计的变阻尼变刚度驱动器具有良好的运动柔顺性。最后是样机的研制,便于后期的实验研究。