气动人工肌肉关节的建模与仿真

为降低传统气动系统的成本，设计了气动人工肌肉(PMA)驱动的单自由度(DOF)运动关节系统.在研究PMA和脉宽调制(PWM)高速开关阀特性的基础上，建立了系统的多输入4阶仿射非线性数学模型.仿真分析了系统在不同输入控制量下的静、动态输出特性，并分别研究了摩擦力、负载、气源压力和工作容积4个主要因素对系统特性的影响.仿真结果表明，该系统开环稳定，且不论摩擦力存在与否，系统输入输出都存在着良好的静态线性关系，但静摩擦力影响稳态输出值，增加负载或减小气源压力都将引起系统超调和震荡加剧，而减小PMA内部的工作容积可以提高系统响应.     

气动人工肌肉关节的饱和自适应鲁棒控制

为了实现脉宽调制(PWM)高速开关阀控制的气动人工肌肉单关节的轨迹跟踪,采用了一种基于不连续映射函数的饱和自适应鲁棒控制(SARC)策略.针对非线性系统中存在的参数不确定性和未建模特性,结合确定性鲁棒控制和自适应控制,保证了控制系统全局稳定性,减小了由于参数的不确定造成的系统不确定性.仿真结果表明,在多组不同建模误差和外加干扰影响下,闭环系统状态都能在有限时间内到达并保持在期望的收敛域内,施加参数自适应律能显著提高跟踪性能     

McKibben型气动人工肌肉建模方法研究

对McKibben型气动人工肌肉的建模方法进行了研究．主要有两种建模方法,一种是能量法,另一种是力平衡法;在理想状态下,利用能量法和力平衡法建立的理想状态下静态模型的结论是相同的;最大编织角由气动人工肌肉的结构和工作机理决定;当考虑了端部约束时,气动人工肌肉输出力会减小,此结论由能量法和力平衡法都可得到证明．本研究对气动人工肌肉精确建模有一定的指导意义．     

基于气动人工肌肉机械手的研究

目前机械手普遍使用气缸,虽然可以实现对操作位置和作用力的有效控制,但是气缸响应速度慢,柔顺性差,不适合应用在医疗和福利领域。用柔性执行器气动人工肌肉为新型执行器构建气动人工肌肉机械手系统,特别是多自由度的平台,是气动方向一项新的研究内容。文章在现有研究工作基础上,对气动机械手系统进行研究,对系统的结构、电气路设计进行了详细描述。机械手系统的可行性与有效性得到了实验的证明。     

气动人工肌肉伺服平台的建模

为克服传统液压或电气驱动并联平台的不足,提出了将气动人工肌肉应用于并联伺服平台的驱动关节,实现平台位姿控制.通过对平台系统的运动学和动力学分析,结合气动人工肌肉的充气压力-伸缩力-伸缩比三者的关系,建立了气动人工肌肉并联伺服平台位姿控制系统的数学模型,并进行了计算机仿真.仿真结果表明,通过输入一定电压来控制气动人工肌肉的充气压力,可实现伺服平台的二自由度转动,而且系统运动平稳.同时分析了在相同输入电压和初始位姿条件下,不同惯性负载和力矩负载对伺服平台响应速度和稳态位姿的影响.所得模型及仿真分析为气动肌肉系统的高精度控制提供了理论基础.     

气动双体人工肌肉弯曲特性分析

推出了一种气动双体人工肌肉研究了气动双体人工肌肉弯曲特性.对双体人工肌肉单侧驱动时轴线伸长量和端面转角进行了实验和理论分析.根据实验数据得出了经验公式,将理论数据和实验数据进行了对比.该肌肉弯曲动作,能够适应复杂空间物体的表面,适用于仿生领域.     

智能控制气动人工肌肉座椅减振特性研究

以Mckibben型气动人工肌肉为履带式工程车辆座椅的缓冲执行器,建立了三自由度座椅主动缓冲减振模型;以白噪声模拟路面输入,采用智能BP神经网络PID控制对座椅的减振特性进行研究。并以座椅加速度和位移的最大值、最小值、标准差三项指标进行对比分析。仿真结果表明,在选定的3种工况下,Mckibben型气动人工肌肉缓冲座椅较传统座椅可显著减小路面激励对驾驶员的振动冲击,提高了驾驶员操作舒适性。     

气动人工肌肉编织角极值的确定

编织角的极限值直接决定着气动人工肌肉的收缩范围,从理论上来说,编织角的极值分别为θmin=0°和θmax=54.73°,而构成气动人工肌肉的纤维丝是有几何形状的,因而实际的编织角极值就与理论编织角的极值不同.通过推导,得到了实际的编织角极值公式,并对其进行了讨论,给出了实际编织角极值确定方法.     

气动双体人工肌肉结构及力学特性分析

研发了一种气动双体人工肌肉,可实现轴向伸长及两个方向的弯曲.进行了静力学实验研究,搭建了静力学实验台,对双体人工肌肉轴向伸长进行了实验.应用Matlab拟合功能对实验结果分析,得到了双体人工肌肉轴向伸长的经验模型.该经验模型表明双体人工肌肉轴向伸长量可达肌肉本体长度25%.     

气动肌肉驱动关节轨迹跟踪的自适应鲁棒控制

设计了一种简单、经济的单根肌肉关节驱动上肢外骨骼助力机器人.为解决单根肌肉关节轨迹跟踪控制精度差、抗干扰能力差及颤振严重等问题,基于反步法设计单根肌肉关节伺服系统的自适应鲁棒控制器.该控制器呈两层级联结构,每层均包含一个鲁棒反馈、参数自适应及快速动态补偿项,基于递归最小二乘法和梯度法分别设计参数自适应及快速动态补偿项....     

人工关节材料及其改性研究

简要介绍了生物材料的定义,阐述了人工关节材料的性能要求,列举了金属材料、高分子材料、陶瓷材料以及复合材料在人工关节上的典型应用,比较了各自的性能特点;综述了为提高材料综合性能而进行的各种改性处理技术,分析了这些技术的特点,对人工关节材料研究的现状和未来做了总结和展望,从而促进了人工关节材料的进一步推广应用。     

仿人机器人发展现状及其腰关节的作用

仿人机器人是研究人类智能的高级平台，是综合多种学科的复杂智能机械，其研制和开发涉及到各学科、多方面问题，目前已成为机器人领域的研究热点问题之一．本文对仿人机器人目前的发展现状进行了综述，分析了多种仿人机器人的自由度分布，介绍了具有不同结构特点的腰机构，分析了腰关节在仿人机器人的稳定动态步行、全身协调运动及有情感步行等方面的重要作用．本文还指出了仿人机器人目前的主要研究方向．     

人工关节虚拟制造系统体系结构研究

提出了设计人工关节虚拟制造系统的必要性，在对系统进行恰当定位的基础之上介绍了系统的体系结构，并对系统的各个模块的设计思想进行了阐述，同时给出了各个模块的总体结构。整个系统的设计是在不依赖于其他CAD软件基础上完成的。     

基于单自由度腰关节的仿人机器人上身运动规划

针对仿人机器人上身的运动规划问题,提出一种新的规划算法.首先,运用机构学和机器人学的知识根据人体的生理结构特征建立上身的运动学模型.其次,从腰关节和人臂的不同运动特征出发对其分别提出了关节位移和舒适度-势能指标,构成人体上身的运动性能指标.再次,基于得到的上身运动性能指标利用梯度投影法提出仿人机器人上身的运动规划算法.最后,利用Matlab进行数值仿真,并与人体上身运动实验结果进行对比,从而验证该算法的可行性及合理性.     

人工关节RPM系统切片算法与程序实现

阐述了人工关节快速成型制造(RPM)系统中切片算法的基本原理,建立了一种与切片算法相适应的数据结构,并针对人工关节的结构特性,将该算法予以程序实现。     

Ce-TZP 陶瓷人工关节材料的研究

研究了用做人工关节材料的一种ＺｒＯ２增韧陶瓷Ｃｅ－ＴＺＰ陶瓷，藉以进一步研制性能优于其它陶瓷的人工关节。用ＸＲＤ、ＳＥＭ、ＯＭ分析了材料的矿物组成和微观结构。测定了材料的性能，结果表明：在１６５０℃烧成的１２ｍｏｌ％Ｃｅ－ＴＺＰ陶瓷材料性能最佳，断裂韧性为１１．１１８０ＭＰａ·ｍ１／２，抗弯强度为５１２．９５ＭＰａ。初步探讨了材料的成分、烧成温度、微观结构与性能的关系。本文还研究了用于Ｃｅ－ＴＺＰ陶瓷人工关节柄部的Ｚ－Ｈ多孔涂层材料。     

基于分块法的人工髋关节模态分析

在有限元软件中选用壳单元建立人工髋关节计算模型,采用分块法对其进行模态分析,得到人工髋关节的低阶模态振型相对位移云图,从云图上可观察并了解到人工髋关节振型及自振频率,为下一步研究关节活动产生的自激振动与其自振频率的关系奠定基础,也为关节固有频率在临床上对关节活动产生的影响提供参考.