在老龄人口增多、社会资源短缺和人工智能养老背景下,为了减轻护理老年人及残障人士如厕负担,提高护理人员工作效率,研制帮助护理人员减轻如厕护理负担的协作机器人,对提高老年人及残障人士生活质量和社会资源利用率具有重要意义。本文首先对人机协作过程进行建模分析。基于对合适的位置、快速安全性的考虑研究人机协作系统。首先以课题组自主研发的排泄支援机器人为基础搭建实验所用的软硬件平台。机器人采用具有全方向运动功能的全向轮结构,可在狭小空间内灵活运动,并在机器人前方安装两台单线激光雷达感知人与机器人的相对位置。下方激光雷达通过物体分割及类圆检测技术获得人腿位置后,提出了双人协作时腿部站位的模式分析方法,并结合上方激光雷达的检测信息可较为准确检测到使用者与机器人相对位置信息;分析了在人机协作与正常下坐两种情况下,人体下坐过程的运动特点,提出了更符合实际情况的改进人体二连杆模型,并利用人体下坐模型与机器人物理尺寸,建立人体位置与坐点的映射表;采用强化学习思想,根据机器人运动情况,利用模糊推理融合主客观因素给出强化学习所需的奖励,制定了合适坐点位置的寻找策略,从而对映射表对应关系进行自学习调整。机器人获得目标点后,通过建立使用者在移乘过程中的足部轨迹运动学模型来预测足部的运动轨迹,提高机器人的响应速度。针对机器人在运动时的路径规划问题,将运动规划分为粗规划与细调整:粗规划指当机器人所处位置超出人体下坐模型的坐点位置时分析站位关系,采用建立虚拟目标点并利用人工势场路径规划手段进行路径规划;细调整指通过人体下坐模型所计算出的坐点位置对机器人进行小幅度调整。针对安全性,提出了考虑机器人及障碍物运动速度的可变安全距离计算方法,保证机器人在人机协作时的安全性。本文各章节的数据处理、模型建立及仿真均在Matlab2017环境下进行。以C++为编程语言,vs2013为软件平台控制机器人运行。实验结果表明,机器人可以较好的检测到人的位置信息并在安全快速的前提下运动到合适的位置,进而验证了本文所提出模型、策略的合理性与可行性。