气动人工肌肉静态特性实验及模型仿真研究

由于受到材料、端部结构、内部摩擦力等因素的限制,建立准确的气动人工肌肉数学模型十分困难。针对气动人工肌肉的内部摩擦力和橡胶弹性力,建立了比理想模型更加符合实际的改进数学模型。根据DMSP型气动人工肌肉的结构与特性,设计并完成了基于LabVIEW的静态特性实验。经过对比分析实验数据与应用MATLAB仿真得到的理想模型曲线和改进模型曲线,研究了橡胶弹性力与摩擦力对气动人工肌肉轴向收缩力的影响,为下一步拮抗关节和控制方法的研究打下基础。     

编织型气动人工肌肉几何特性研究

以McKibben型气动人工肌肉为研究对象,对编织型气动人工肌肉工作机理进行了研究,建立了考虑端部有径向约束的气动人工肌肉几何模型,并对所建模型进行数值分析。通过与理想圆柱模型的对比,所建模型从理论上能更精确描述气动人工肌肉的工作特性,这对建立更加精确的气动人工肌肉模型有着重要的意义。     

基于改进模型的气动肌肉神经网络串级控制

气动肌肉的理论模型是其控制器设计的基础。为了得到较完整的气动肌肉的理论模型,作者在Chou理想模型的基础上,综合考虑影响气动肌肉特性的主要因素,推导了气动肌肉收缩力-位移-气压三者之间的解析表达式,建立了相对简单而又较为完整的气动肌肉的改进静态数学模型。在此基础上,利用神经网络控制器的自适应与鲁棒性等优点,设计了一种针对气动肌肉驱动关节的神经网络PID串级控制器,该串级控制器采用内环气压控制器与外环位置控制器分别对气压与位置进行闭环控制,实验结果验证了该控制器的有效性。     

基于实验模型的气动人工肌肉位置控制研究

针对目前气动人工肌肉数学模型建模过程较为复杂的问题,提出一种气动人工肌肉的实验模型辨识方法。以气动人工肌肉-质量系统为实验对象,对其输入气压与气动肌肉收缩量之间的关系模型进行实验辨识研究。采用欠阻尼二阶系统来描述气动人工肌肉充气与排气过程的动态响应,并利用实验数据对模型参数进行辨识。最后基于辨识得到的模型进行气动人工肌肉的位置控制,实验结果验证了模型的有效性。     

气动人工肌肉刚度特性的分析

基于气动人工肌肉输出力的理想模型,推导出将气动人工肌肉视为变刚度弹簧的刚度表达式,并研究了由一对气动人工肌肉组成的直线驱动关节的刚度模型.仿真结果表明:在气动人工肌肉结构参数一定的情况下,直线驱动关节的初始刚度只与上、下气动人工肌肉的内部充气压力以及充气压力差有关,关节的刚度参数可通过改变上、下气动人工肌肉的充气压力来进行调节.研究结果为基于气动人工肌肉隔振控制研究奠定了基础.     

气动人工肌肉驱动的直线关节的研究

气动人工肌肉是一种由气压驱动的收缩型气动橡胶执行器,本文以一对气动人工肌肉驱动的直线关节为研究对象,将气动人工肌肉视为变刚度的气动弹簧,推导出气动人工肌肉直线关节系统的两种驱动模型,并对其驱动特性进行实验仿真研究。实验结果表明气动人工肌肉直线驱动关节具有与弹簧相似的驱动特性,为气动人工肌肉驱动直线关节的应用打下基础。     

一种气动肌肉机械手关节的机构设计与实现

设计以气动人工肌肉作为驱动器的机械手关节,分析由并联机构组成的机械手关节机构的运动学特性,同时对机械手的末端执行机构进行空间位置分析.通过并联机构的运动分析,得出气动人工肌肉收缩量和并联机构平台转动角度的数学关系,并进行了实验验证.根据实验结果,分析了气动肌肉机械手关节的运动学特性.     

气动人工肌肉在空投着陆缓冲中的应用构想

基于气动人工肌肉的特点和缩距缓冲原理,提出一种气动人工肌肉在空投着陆缓冲中应用的初步方案,以期在现有空投系统的基础上提高空投质量,增强稳定性。介绍气动人工肌肉的选择、系统的硬件组成,阐述气动人工肌肉与现有空投系统的结合方式及其工作控制过程,并分析系统涉及的关键技术。     

气动单向弯曲关节柔性手指静力学特性实验研究北大核心

某气动单向弯曲关节柔性手指由人工肌肉和弹性钢板并联组成,弯曲变形时具有大变形和非线性特点,静力学模型十分复杂且不利于控制。为便于实时精准控制,进一步简化手指静力学模型,并对其静力学特性进行实验研究。搭建静力学实验平台,对单肌肉驱动和双肌肉驱动两种不同驱动类型的柔性手指在不同限位面和等外载荷工况下分别进行夹持力和弯曲角度的对比实验。利用MATLAB对实验数据进行处理分析,得到手指夹持力和弯曲角度的经验模型。结果表明:气动单向弯曲关节柔性手指夹持力与弯曲角度、工作气压和驱动肌肉数目之间存在非线性关系;与静力学理论模型相比,该经验模型具有更高的精度,夹持力模型预测误差能控制在0.76 N内,弯曲角度模型误差可控制在6.9°内。     

气动人工肌肉研究与展望

气动人工肌肉是一种新型气动元件,主要应用于机器人技术中,它具有结构简单、易于小型化、柔顺性好、无污染、价格低廉、功率／重量比高及安装方便等优点。本文就气动人工肌肉的发展、分类及应用情况进行了阐述,并对气动人工肌肉的进一步的研究提出建议。