气动人工肌肉拮抗关节的力与刚度独立控制

针对柔性仿生关节难以实现力与刚度独立控制的问题,建立了一种新的气动人工肌肉等效弹簧模型及关节力和刚度模型,设计了一种双输入双输出滑模控制器,来实现对气动人工肌肉拮抗关节力与刚度的独立控制.最后,搭建了气动人工肌肉驱动的拮抗关节实验平台,在关节位置固定和开放两种状况下进行了实验研究,验证所提方法的有效性;在不同负载情况下进行了对比实验,验证所提方法的通用性.所提出的建模和控制方法综合考虑了仿生关节位置、力和刚度相对独立控制,在机器人与人或环境互相作用的场合有很好的应用前景.     

级联气动肌肉仿人肘关节建模与模糊控制

针对现有单组拮抗式配置的气动肌肉关节输出力小、运动范围不足等问题,设计了一种级联气动肌肉仿人肘关节,采用2组拮抗式配置的气动肌肉驱动关节.建立了仿人肘关节模型,并设计了模糊控制器,将关节柔度C、角度作为模糊控制器的输入,上下臂比例K、PI(比例-积分)参数作为模糊控制器的输出.分别采用PI控制和模糊PI控制进行了肘关节位置跟踪实验,通过实验证明了级联方案设计的合理性以及模糊控制方法的有效性.     

基于人工肌肉的机器人驱动关节设计与研究

提出一种基于人工肌肉的新型驱动关节设计方法, 用于提高机器人的驱动性能.通过定义关节结构的笛卡儿坐标系统,建立了反映关节结构参 数与工作空间、结构强度、动力学特性之间关系的数学模型.在上述分析的基础上,采用多 目标规划算法对驱动关节进行优化设计,并给出相应的设计变量、目标函数、约束条件和求 解方法.最后,将该方法应用于某四足机器人髋关节的设计过程.仿真结果表明,基于人工 肌肉的新型驱动关节具有良好的强度、灵巧度和承载能力.     

形状记忆合金丝编织网气动肌肉机构及其阻抗控制

气动肌肉是仿生机器人研究的重点,为此,设计了形状记忆合金丝编织网气动肌肉机构.通过等效气缸和等效动力学分析,建立了输出力模型,设计了含位置PID内环的阻抗控制,并建立了阻抗模型,通过拉氏变换和频域分析给出了稳定条件.理论分析表明,合金丝的收缩可增大气动肌肉的输出力和调节刚度.在Matlab上开展阻抗参数对柔顺性影响的仿真实验,结果表明刚度对于接触力影响最大,阻抗控制可实现接触力和位置的协调控制.     

人体上肢外骨骼仿生结构及动作特征分析

人体上肢骨骼较为复杂,关节众多,包括腕关节、肘关节、肩关节和上肢带关节等,针对人体上肢骨骼的运动特征,分析作用于骨骼的肌肉和肌腱的功能,以此为仿生模型,采用Pro/E软件建立外骨骼上肢模型的三维仿生结构模型,并对其动作特性研究。     

基于气动人工肌肉的双足机器人关节设计

介绍了一种由气动人工肌肉构建的双足机器人关节,该关节利用气动人工肌肉的柔性特性,可以有效控制双足机器人快速行走或跑步时的落地脚冲击问题。详细给出了气动人工肌肉的工作原理以及由其构成的关节系统的硬件架构。同时介绍了基于此硬件关节搭建的控制软件系统。     

四足仿生机器人单腿系统

为实现四足仿生机器人动步态行走,设计一款基于液压驱动方式的机器人仿生单腿系统.首先,在四足哺乳动物肌肉-骨骼结构分析的基础上,确定了机器人单腿的自由度配置;其次,通过机器人在平坦路面上的行走运动仿真,获得关节输出特性;随后,在仿真研究的基础上,完成了关节驱动机构设计、液压驱动器选型、4自由度单腿设计以及控制系统设计;最后,搭建单腿子系统性能测试平台,并完成了单腿纵向弹跳实验.弹跳实验验证了机械结构和控制系统设计的正确性和相关控制算法的有效性.     

基于波浪能获取的多关节仿生机器鱼能源自给系统

为解决仿生机器鱼水下长期服役的能源瓶颈问题,提出利用波浪能摆动关节来发电的多关节仿生机器 鱼能源自给系统．根据随机波浪理论分析了海浪的频谱特性和获能潜力,设计了利用关节摆动发电的能源获取系 统,并建立该系统的机电模型．最后,通过仿真模拟和单关节摆动发电试验验证了该方法的可行性,为仿生机器鱼 水下长期服役的能源自给系统设计提供了参考．     

气动人工肌肉关节的迭代反馈整定控制及优化

气动人工肌肉关节（PMA）具有低成本、柔顺性和与生物肌肉类似的力学特性等优点，在医疗设备、仿生机器人等领域得到广泛应用.本文针对气动人工肌肉充气变形过程中存在的强非线性、时变性和控制参数难以确定的问题，提出了一种基于迭代反馈整定（IFT）算法的数据驱动优化控制策略，直接基于系统的输入输出数据，定义跟踪性能准则函数并采用Gauss-Newton估计算法实现对PID控制器参数的迭代整定，并通过引入辅助因子获取性能准则函数加权因子的最优值进一步加快了IFT算法的收敛速度.仿真结果表明，该方法相对于Ziegler-Nichols等传统PID参数整定方法可以有效提高控制系统的跟踪性能和鲁棒性.     

气动肌肉驱动的柔顺机器人操作手的设计和实现

以气动肌肉为主要驱动器，设计了一个柔顺机器人操作手，在腕部和手部两个不同的关节，使用了两种不同型号的气动肌肉，分别采取了两种不同的传动方式．给出了腕部俯仰关节的位置控制策略．建立了手指的静力学模型，以此为基础，分析了气动肌肉的输入压力与指端夹持力的关系．实验结果表明，该机器人操作手可实现对物体安全、柔顺的抓取操作．