基于氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的仿蛙腿游動(dòng)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來為了適應(yīng)復(fù)雜的水下環(huán)境，仿生游動(dòng)機(jī)器人的研究受到越來越多的關(guān)注。由于青蛙具有優(yōu)越的兩棲運(yùn)動(dòng)能力，因此研制仿青蛙機(jī)器人具有重要意義和實(shí)用價(jià)值。主要研究內(nèi)容有：根據(jù)青蛙的生物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了基于氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的仿蛙腿游動(dòng)機(jī)構(gòu)以及拮抗式單關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，建立了拮抗式關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了拮抗式關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)控制策略，并通過計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)物樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制策略的合理性。
　　本文首先針對(duì)前一代仿青蛙游動(dòng)機(jī)器人在機(jī)

2、構(gòu)設(shè)計(jì)方面存在的不足，采用拮抗式關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了新型仿蛙腿游動(dòng)機(jī)構(gòu)，并對(duì)青蛙的腳蹼機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。采用D-H法建立仿蛙腿游動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證仿蛙腿游動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。其次，在Matlab/Simulink環(huán)境下基于改進(jìn)的氣動(dòng)人工肌肉幾何模型，建立了拮抗式關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型，以此為原型得到了氣動(dòng)人工肌肉與機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)間的非線性關(guān)系。設(shè)計(jì)了拮抗式單關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過實(shí)驗(yàn)并將仿真動(dòng)態(tài)模型響應(yīng)曲線與實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)

3、行對(duì)比，通過修改仿真模型的相關(guān)參數(shù)，提高了所建立動(dòng)態(tài)模型的準(zhǔn)確度。此外，在所建立關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型的基礎(chǔ)上，研究拮抗式關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角伺服控制策略，分別采用PID控制方法和模糊自整定PID控制方法進(jìn)行拮抗式關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)仿真實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，通過實(shí)物樣機(jī)機(jī)構(gòu)的大小負(fù)載階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)以及大負(fù)載髖關(guān)節(jié)軌跡跟隨實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證PID控制方法和模糊自整定PID控制方法的可行性。最后，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用所研制的仿蛙腿游動(dòng)機(jī)構(gòu)，進(jìn)行各關(guān)節(jié)位姿調(diào)整實(shí)驗(yàn)和整機(jī)控制實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了