气动肌肉的刚度特性分析

对气动肌肉的静动态刚度进行了理论分析，提出了气动肌肉气压刚度概念并得到了其表达式，探讨了不同因素对气动肌肉刚度的影响，并研究了由气动肌肉驱动关节系统的刚度特点。     

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。     

新型气动人工肌肉在仿生关节中的应用

气动人工肌肉作为一种新型的驱动装置,以其简单的设计和独特的仿生性一直受到人们的关注,自问世以来,人们对它的研究方兴未艾。该文根据气动人工肌肉的构造、原理和特点,谈谈气动人工肌肉在仿生关节中的应用及其发展前景。     

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。     

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.     

基于sEMG和肌肉骨骼模型的手指多关节力矩耦合分析

手指内部力矩受表面肌电信号、肌力、手部姿态等因素影响而无法直接获取,为了实时且准确地获取手指各关节力矩以及耦合力矩并应用于手部康复机器人的交互控制中,提出了一种基于表面肌电信号和肌肉骨骼模型的手指多关节力矩和耦合力矩分析与实时获取方法。首先设计了自适应手指关节角度采集系统,通过实验同步采集指浅屈肌与指伸肌的肌电信号以及手指各关节的角度数据,建立手指多关节力矩模型,从而获取手指各关节力矩。然后建立手指D-H模型,结合虚功原理获取手指的耦合力矩。最后,辨识了手指多关节力矩模型的参数,并通过OpenSim软件获取了仿真力矩。计算力矩与仿真力矩的对比结果显示：4名被试3个关节力矩的均方根误差分别为0.156 7、0.097 425、0.084 95,证明了该方法能够实时并准确的获取手指各关节力矩和耦合力矩,能够满足手部康复机器人交互控制准确性和实时性的需求。     

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。     

气动人工肌肉上肢仿生关节设计

气动系统以其具有结构简单、无污染、维修方便等优点,得到越来越广泛的应用。基于人体的拮抗肌对拉驱动原理,利用气动人工肌肉(PAM)驱动器,设计了三自由度(3-DOF)的仿生关节。在Adams环境下建立关节模型虚拟样机,并对其进行了运动仿真。仿真结果表明,该仿生关节结构运动曲线平滑、运动平稳、柔顺性好,满足设计要求。除此之外,对加工出的原理样机进行了可行性实验验证,绕X轴的旋转实验表明:a.当充气压力越大,前臂平台转角速度越快,b.当充气压力在0.2 MPa及以上时前臂平台转角达到所需角度。绕Z轴的转角实验表明,前臂圆盘的转角范围为可达所需角度,验证了机构的可行性。     

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.     

气动人工肌肉驱动三自由度球面并联机器人关节的位置控制研究

将气动人工肌肉驱动器应用于柔索驱动三自由度球面并联机器人关节，介绍了该机器人关节的运动学模型，提出了一种简便的轨迹规划方法，建立了关节的实验测控系统，应用智能PID算法控制气动人工肌肉的位置从而实现对关节末端的位置控制，在现有的实验条件下，取得了比较满意的控制结果。     

气动肌纤维驱动仿生机体类生物变刚度特性分析

四足机器人的仿生机体,大多采用刚性或单自由度机体结构,限制了四足机器人的机动性和灵活性。基于四足生物躯体解剖结构及动态弯曲运动机理分析,设计一种气动肌纤维驱动的刚柔耦合仿生机体,可实现变刚度侧向弯曲。根据仿生机体的结构,分析仿生椎间盘、仿生韧带、仿生肌肉等主要组成要素的刚度,提出一种仿生机体的串并联式刚度模型,建立仿生机体的刚度与气动肌纤维输入气压间的关系,探究在不同驱动方式下仿生机体的局部、整体变刚度特性。设计仿生机体的变刚度测试实验平台,分别开展仿生机体的局部、整体动态弯曲试验,分析其主动变刚度特性。实验结果表明,通过改变气动肌纤维的布置及充气压力,能实现仿生机体的动态弯曲,具有类生物的局部或整体变刚度特性。创新研究的仿生机体及驱动方式,为提高四足机器人的机动性提供借鉴。     

磁致变刚度原理的气动软体致动器设计与试验

软体机器人友好的人机交互特性使其在柔性抓取、生物医疗等领域有着广泛的应用前景。针对软体机器人“柔有余而刚不足”的缺陷，提出了一种具有快速、可逆变刚度能力的磁气混合驱动软体致动器。基于磁流变效应，设计了以磁流变弹性体材料作为基体的单自由度纤维增强型磁气混合软体致动器，并给出了软体致动器的浇注制造工艺。构建了磁-力耦合模型，分析磁流变弹性体中的刚度影响关系。基于自主开发的刚度测试平台，试验结果表明：设计开发的软体致动器可以在气压和磁场作用下实现可变刚度混合驱动，通过增加磁场强度可以明显提升软体致动器的刚度，最高可提高约40%。软体致动器末端位置控制实验结果表明：通过磁场激励作用，可将软体致动器携带负载的位姿保持能力提高1.4倍，具有动载荷下的位置保持驱动能力，调节响应时间小于1.5 s。     

高速开关阀驱动的气动肌肉关节的滑模变结构跟踪控制

建立了PWM高速开关阀控制的气动人工肌肉单关节的4阶SISO动态数学模型，针对实现轨迹跟踪目标，采用输入输出线性化方法得到相对阶数为3的等价系统，该等价系统零动态渐近稳定。由于系统具有参数不确定性和未建模动态特性，采用了带积分的滑模变结构控制。实验结果表明，采用基于等效降阶模型的鲁棒控制，当模型存在误差时，能在关节的整个运动范围内实现较高精度的轨迹跟踪，且对气源压力和负载变化等外加干扰具有良好的鲁棒性。     

仿生跳跃机器人气动串联弹性关节的位置/刚度控制

设计了一种气动人工肌肉驱动的串联弹性关节,基于气动人工肌肉Chou模型,建立了串联弹性关节的动力学模型,推导出关节刚度,获得了关节刚度与肌肉内部气压、弹性体刚度的关系.设计反向传播(back propagation,BP)神经网络整定PID参数的BP-PID控制算法,开展了气动串联弹性关节的位置与刚度控制研究.仿真结果...     

一种流体驱动式模块化软体仿生象鼻关节变刚度结构设计及仿真分析

在兼顾软体抓持装置顺应性的前提下,为进一步提升其承载能力,提出一种采用磁流变液变刚度控制的流体驱动式模块化软体仿生象鼻机构。建立了仿生象鼻关节变形量和刚度理论数学模型;利用有限元分析方法基于Yeoh模型对不同结构参数的仿生象鼻关节进行了变形仿真分析,在相同压力下优选出了变形量最大的模型结构和确定了最佳输入气体压力值;对关节变形后两端电磁铁的叠加磁场分布进行了有限元仿真,通过分析磁场分布均匀性初步确定了两端电磁铁形成磁场的最佳距离即关节长度;最后对不同长度关节进行了变形仿真分析,综合考虑磁场分布均匀性和变形量,通过两者的最优组合确定最终关节长度,验证了仿生象鼻的多自由度变形和可变刚度特性。     

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。     

应用气动人工肌腱设计的可穿着式机器人研究

为减轻医护人员的劳动强度,满足人们对医疗护理需求的日益增加,更好地研究和使用气动人工肌腱为人们服务,在介绍FESTO气动人工肌腱的基础上,提出了一种适合使用者上身使用的可穿着式机器人装置,说明了其结构的设计,并给出了实物外观。