氣動人工肌肉驅(qū)動的柔性冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、氣動人工肌肉作為一種模擬生物體肌肉設(shè)計(jì)的新型驅(qū)動元件，具有類似于生物體肌肉的柔順性，將其應(yīng)用于冗余六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是對氣動人工肌肉應(yīng)用的一種新嘗試。本文以氣動人工肌肉驅(qū)動的冗余六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)為研究對象，以目前文獻(xiàn)中關(guān)于氣動人工肌肉和冗余六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一個氣動人工肌肉驅(qū)動的冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)臺，用以驗(yàn)證冗余驅(qū)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)可以通過其內(nèi)力的調(diào)整改變自身的剛度。
　　本文首先通過對冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)和單剛體動力學(xué)分析

2、，考慮氣動人工肌肉的具體結(jié)構(gòu)等因素，設(shè)計(jì)并搭建了一個8根氣動人工肌肉驅(qū)動的中心帶有彈簧支撐的冗余六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。為測量其位姿，本文創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一個六自由度位姿傳感器。為測試氣動人工肌肉的特性和了解其構(gòu)成系統(tǒng)的控制性能，設(shè)計(jì)和搭建了一個單根氣動人工肌肉實(shí)驗(yàn)臺。其次，根據(jù)氣動人工肌肉的具體模型，建立了考慮氣動人工肌肉橡膠筒壁厚的理想靜態(tài)數(shù)學(xué)模型，考慮了氣動人工肌肉橡膠筒彈性和其自身的內(nèi)摩擦力，得出了能較好反映氣動人工肌肉實(shí)際靜態(tài)特性的數(shù)

3、學(xué)模型。從氣體熱力學(xué)和動力學(xué)角度出發(fā)，建立了氣動人工肌肉動態(tài)數(shù)學(xué)模型，控制閥的流量方程以及負(fù)載模型的動力學(xué)方程，得到了氣動人工肌肉控制系統(tǒng)的非線性狀態(tài)方程。使用PID進(jìn)行了氣動人工肌肉位置控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，取得了穩(wěn)態(tài)誤差小于0.1mm的控制效果。最后，研究了氣動人工肌肉驅(qū)動的冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)位姿閉環(huán)系統(tǒng)，測試了系統(tǒng)各個自由度上的響應(yīng)能力。通過進(jìn)行掃頻實(shí)驗(yàn)，測量了運(yùn)動平臺在不同內(nèi)力時，系統(tǒng)在各個自由度上的諧振頻率。根據(jù)諧振頻率與系統(tǒng)剛度的對