气动肌肉驱动人工关节的建模研究

由气动肌肉驱动的人工关节具有重量轻、柔顺性好等特点。在关节建模中,首先需要解决气动肌肉实际特性和理论模型之间的差别,为此引入了力-压力系数和刚度系数,从而建立了实际特性和理论模型之间的联系。其次,在建模过程中为简化模型而忽略气体的流动过程及压缩性会使得理论模型的动态响应比实际模型要差。为此,考虑气动肌肉的充放气过程,建立了关节更准确的动态模型。最后,通过实验对模型进行了验证。     

气动人工肌肉驱动关节PID位置控制研究

气动人工肌肉是一种具有柔顺性的新型驱动器。文章在对人工肌肉及其驱动关节进行实验研究及建模的基础上，采用PID方法对人工肌肉驱动的关节进行了位置控制的研究，取得了较为理想的控制效果。     

McKibben型气动肌肉模型改进与性能测试

提出一种改进的编织网气动肌肉静态模型,据此制备编织网气动肌肉。首先通过信赖域算法优化模型与实验的最小二乘误差,求解模型中的经验系数;然后分析初始编织角和橡胶管壁厚两个主要结构参数对编织网气动肌肉性能的影响;最后根据分析结果, 优化了结构参数,设计了端部结构,自制编织网气动肌肉。改进的静态模型仿真结果与实验结果一致,证明改进的静态模型提高了精度。对照实验表明,自制的编织网气动肌肉总体性能明显提高,进一步证明了改进静态模型对提高自制编织网气动肌肉工作性能的有效性。     

气动肌肉驱动的康复机器人关节建模及位置模糊控制

肢体康复机器人运动速度低、位置精度要求不高,但柔顺性和安全性要求高.气动肌肉是一种新型柔性驱动器,适合于康复机器人的驱动.气动肌肉具有时滞、非线性等特点,关节位置控制难度增大.由此建立了关节模型,采用了模糊控制技术,借助MATLAB的Simulink,得到模糊控制查询表.实验表明,本控制算法较好地实现了关节位置控制.     

气动肌肉及其构成的关节模型研究

气动肌肉是一种具有重量轻、功率—重量比高的新型气动柔性执行器。用变刚度弹簧模型来近似气动肌肉的特性 ,研究了气动肌肉的刚度特性 ,并分析了由一对气动肌肉构成的关节模型 ,最后通过实验对模型进行了验证。     

气动肌内及其构成的关节模型研究

气动肌肉是一种具有重量轻、功率-重量比高的新型气动柔性执行器。用变刚度弹簧模型来近似气动肌肉的特性，研究了气动肌肉的刚度特性，并分析了由一对气动肌肉构成的关节模型，最后通过实验对模型进行了验证。     

多模式柔顺膝关节康复器设计及力分析

研究开发了一种多模式柔顺膝关节康复器,提出了无杆气缸+气动柔性驱动器的复合驱动技术,保证了对膝关节康复训练柔顺性和大行程的要求.设计了康复器的结构和控制系统的软、硬件,并对康复器的驱动力进行了分析.所研发的康复器可实现膝关节主动、被动等多种模式的康复训练.     

气动肌肉与气缸的特性对比研究

将气动肌肉和气缸在工作原理、使用方式与驱动特性等方面进行了对比研究,分析表明气动肌肉在柔顺性、动态特性和应用灵活性等方面相比气缸都具有一定的优势,因此更适用于一些特殊的应用场合,为气动肌肉的应用提供了经验和借鉴.     

气动肌肉驱动器的动态刚度和阻尼特性

该文提出采用等效刚度-阻尼的方法建立气动肌肉驱动器的刚度和阻尼模型,根据广义刚度描述方法和阻尼等效原理推导出了动态刚度和等效阻尼系数,并在建立理论模型的基础上研究了气动肌肉驱动器的动态刚度和阻尼特性.研究表明,所建立的等效刚度-阻尼模型能够更好地描述气动肌肉驱动器的机械特性,尤其对于气动肌肉驱动器的输出力控制要求比较高、在动态驱动和气压变化比较大的情况下,必须考虑气动肌肉的阻尼作用.从仿真结果可见,气动肌肉的腔内气压越高,变化越快,阻尼的作用就越明显.     

遥控气动肌肉驱动仿人机械手的实验研究

该文以气动肌肉为驱动器,设计了一个六自由度的仿人机械手,实现机械手的红外遥感控制,搭建机械手的实验平台,提出气动肌肉输出位移与关节转动角度的关系,得到气动肌肉仿人机械手关节的实测运动曲线,并与机械手关节运动的理论曲线进行对比分析.实验表明,该仿人机械手在气动肌肉输出位移小于41 mm时能较好实现人肘关节和腕关节的柔顺运动.     

气动肌肉驱动的膝关节康复训练装置等速运动实验研究

设计了气动肌肉驱动的膝关节康复训练装置,用质量块模拟不同人群小腿质量,对其进行了等速持续被动运动和等速主动抗阻运动实验研究.实验结果表明,该装置能够实现不同人群膝关节的等速持续被动运动和等速主动抗阻运动训练,运动速度和角度范围均可调,其施加于肢体的阻力可随着患者用力的大小而变化,具有良好的柔顺性.     

新型气动人工肌肉特性测试系统的研究

气动人工肌肉作为一种新型的驱动器,具有一系列其它驱动器无法比拟的优点.为更好地运用气动人工肌肉,需要对其动态特性进行研究.该文提出了一种以低摩擦气缸为加栽的新型气动人工肌肉测试系统.并针对传统气动人工肌肉测试系统的不足之处进行了改进,特别是对于气动人工肌肉的定力测试引入了基于微分跟踪器的前馈PID控制器,并取得了良好的定力控制效果.同时,运用该测试系统对FES-TO气动人工肌肉进行测试并取得了良好的效果.     

柔性气动连续体机器人关节结构设计与运动学分析

基于气动人工肌肉和缆绳组合驱动,提出了一种三自由柔性气动连续体机器人关节,该关节具有结构紧凑、柔顺性高、控制简单等特点。通过分析该机器人关节结构特性,采用修正的D-H法,建立了其正反解运动学模型,求解了其位置运动学解和速度运动学解,通过仿真验证了关节结构的合理性和运动学方程的正确性。     

基于堵塞原理的变刚度软体机器人设计与试验

软体机器人运动时具有高柔性，执行任务时又能展示出强刚度，在军事侦察、灾难救援等复杂环境探索与检测方面具有重要的应用价值。结合主动驱动的网络气动结构与被动驱动的堵塞机构的优势，提出实时变刚度的软体驱动器，研究其变刚度机理和动态建模方法。首先，提出了气动-堵塞机构耦合的软体驱动器模型；其次，利用赫兹接触模型，建立机器人运动数学模型，从理论上研究其变刚度形成机理；再次，利用有限元对气动驱动结构进行分析，研究空腔内压强、形状和大小对软体机器人弯曲角度的影响，并进行了优化；最后，制作了变刚度软体机械臂样机，验证了软体驱动器的变刚度性能与运动性能。该研究有望为变刚度软体机器人设计与刚度调控提供新的理论和技术支持。     

自由曲面磨抛机械手末端执行器柔性设计与仿真

通过对自由曲面磨抛的运动分析,设计了一款基于双作用气缸的柔性磨抛机械手末端执行器。利用气动压力的柔顺性,既可以被动贴合曲面实现被动柔顺磨抛,又可主动进行压力调节实现活动台位姿的主动柔顺控制;建立了末端执行器机构的运动学逆解,推导了可磨抛最小曲率半径公式;利用SolidWorks和ADAMS软件建立了虚拟样机仿真模型,并对几种不同磨抛工况进行了仿真分析。结果表明:所设计的柔性末端执行器结构稳定、紧凑,对平面和自由曲面磨抛具有很好的普遍适用性。     

气动肌肉关节的刚度分析及变刚度运动控制

根据人腿髋关节、膝关节骨骼结构及拮抗肌肉运动发力特点,设计一种拮抗气动肌肉驱动的仿生单腿机器人;由三元素模型求单根肌肉及关节摆动下被动刚度特性,分析关节角度/刚度关系;为实现仿生腿膝关节刚度可控的角度控制,建立仿生关节关于角度/刚度的基本气压解算模型;基于计算力矩控制对非线性对象具有高度补偿线性化性,提出含力矩项补偿的改进气压解算模型。搭建仿真及样机实验平台,结果表明,含两种气压解算模型的双闭环控制算法均能较好跟随膝关节角度/刚度,含带力矩项补偿模型的双闭环控制算法对膝关节的角度/刚度控制精度优于含基本模型的双闭环控制算法。该算法适用拮抗气动肌肉关节的类人运动,可满足人机协作时可靠性、柔顺性、仿生性等要求。     

气动人工肌肉驱动器的动态跟随控制研究

研究了气动人工肌肉驱动器的动态位置跟随控制技术,构建了控制实验系统,设计了控制系统软件,并运用BP神经网络PID控制算法对其进行实验控制研究。实验结果表明,能够较好地实现气动人工肌肉驱动器的位置定位控制和动态跟随控制。     

气动肌肉驱动手爪的设计与分析

安全柔顺地抓取物体是机器人手爪的一项重要指标,气动肌肉作为一种类似生物肌肉的柔性驱动器,可以有助于实现这一目标。讨论了基于生物运动机制的仿人两指手爪的结构和工作原理,建立了气动肌肉驱动手指夹持力的理论模型,指出气动肌肉的输入压力是决定手指抓取力与手指张角大小的唯一因素。实验证实了该手爪可有效地抓取多种易碎、柔软的物体。     

McKibben气动人工肌肉技术的发展历程

气动人工肌肉也称气动橡胶驱动器,是一种具有良好柔性、出力/重量比大的新型气动执行器.文中主要针对McKibben气动人工肌肉概述了国内外的研究现状,分析了McKibben气动人工肌肉的优缺点和应用中存在的问题.并举出了一些利用McKibben气动人工肌肉用在仿生机械中的应用实例.     

基于力反馈的液压柔顺驱动器补充能量控制

在大型足式机器人的驱动系统中,使用液压柔顺驱动器进行补充能量控制可以极大地提高机器人的续航能力,因此具有很强的实用价值。首先通过扫频的方式分别得到驱动器输出端空载状态位置频率特性曲线和输出端静止状态力频率特性曲线,然后通过MATLAB的ident系统辨识工具箱进行模型辨识得到较准确的驱动器数学模型。基于上述模型采用自抗扰力控制器,实时估计扰动及对其进行有效的补偿,取得了较好的力控制效果,进而通过力控制将液压缸等效为变刚度弹簧。建立液压柔顺驱动器中液压能、驱动器能量和热能三种能量的动态模型,并对简化运动过程中三种能量之间的转换规律进行分析。基于变刚度策略对运动过程进行了补充能量控制,提高了能量使用效率。不同负载质量和不同液压缸刚度情况下的水平方向运动试验结果验证了上述控制策略的有效性。