基于氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的仿蛙腿跳躍機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、仿生跳躍機(jī)器人憑借其優(yōu)越的越障能力以及環(huán)境適應(yīng)能力已成為目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本文對(duì)已有的仿青蛙跳躍機(jī)器人進(jìn)行分析,提出有效可行的機(jī)構(gòu)改進(jìn)和優(yōu)化的方案,并利用ADAMS進(jìn)行性能仿真驗(yàn)證。同時(shí)采用實(shí)驗(yàn)的方法建立了跳躍機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)元件——?dú)鈩?dòng)人工肌肉的數(shù)學(xué)模型,并研究氣動(dòng)人工肌肉的位置控制策略以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的位姿調(diào)整。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)搭建了跳躍機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng),進(jìn)行跳躍機(jī)構(gòu)跳躍性能實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)跳躍機(jī)構(gòu)不同類型的跳躍。
　　首先,推導(dǎo)氣動(dòng)人工肌肉的

2、理想數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上考慮影響肌肉特性的各個(gè)原因,推導(dǎo)出改進(jìn)的肌肉驅(qū)動(dòng)數(shù)學(xué)模型,并將理想模型、改進(jìn)模型和實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行對(duì)比?？紤]到設(shè)計(jì)控制器對(duì)肌肉模型的要求,提出一種建立簡(jiǎn)單肌肉經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆椒?利用此種方法通過實(shí)驗(yàn)建立機(jī)器人所用的兩種肌肉的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?并在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證此模型的正確性。
　　其次,考慮到跳躍機(jī)構(gòu)在跳躍過程中跳躍角度對(duì)跳躍性能的影響,基于人工肌肉的數(shù)學(xué)模型,利用模糊控制方法和雙層PID控制方法設(shè)計(jì)了人工肌肉的位置控制器以用

3、于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的姿態(tài)調(diào)整,在MATLABSimulink中進(jìn)行系統(tǒng)仿真,并在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證所提控制方法的可行性。
　　此外,針對(duì)前一代仿生跳躍機(jī)器人在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的不足,對(duì)其進(jìn)行機(jī)構(gòu)改進(jìn)和優(yōu)化,設(shè)計(jì)加入關(guān)節(jié)力閉環(huán)和角度數(shù)據(jù)采集單元,以實(shí)現(xiàn)跳躍機(jī)構(gòu)在跳躍過程中關(guān)節(jié)角度信息的實(shí)時(shí)檢測(cè)和力、位置的閉環(huán)控制。并對(duì)改進(jìn)后的跳躍機(jī)構(gòu)進(jìn)行ADAMS仿真,驗(yàn)證了改進(jìn)后跳躍機(jī)構(gòu)的跳躍性能。
　　最后,搭建仿蛙腿跳躍機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在此基礎(chǔ)