氣動(dòng)人工對抗肌協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、摘要?dú)鈩?dòng)人工肌肉(PAM)作為一種新型的先進(jìn)氣動(dòng)執(zhí)行元件，因其自身的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)受到了越來越多人的關(guān)注。而隨著人們對其研究的不斷深入，其應(yīng)用越來越廣泛。本文通過建模與仿真的方法主要研究了兩根氣動(dòng)人工肌肉所組成對抗肌的結(jié)構(gòu)與特性。在對氣動(dòng)人工對抗肌驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)特性分析的基礎(chǔ)上，對其運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，使其到達(dá)預(yù)定的目標(biāo)并保持運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)。通過對大量的仿真結(jié)果分析最終得出對氣動(dòng)人工對抗肌的控制策略。本文首先介紹了氣動(dòng)人工肌肉的相關(guān)內(nèi)容，主要從氣動(dòng)人工

2、肌肉的發(fā)展歷程、氣動(dòng)人工肌肉的應(yīng)用以及本研究的目的意義和主要內(nèi)容等方面做了簡單的介紹。針對單根氣動(dòng)人工肌肉的模型與特性做出了分析比較。通過尋找對于氣動(dòng)人工肌肉輸出力與其實(shí)際輸出力之間的差異原因，得出了一系列考慮到不同情況影響的氣動(dòng)人工肌肉輸出力的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)對氣動(dòng)人工肌肉的相關(guān)特性做出了分析。其次，將兩根氣動(dòng)人工肌肉形成的對抗肌作為驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)，并將此視為一個(gè)系統(tǒng)，分析其結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)，建立了其動(dòng)力學(xué)方程。對其運(yùn)力學(xué)方程進(jìn)行了仿真

3、分析，并確定了滿足要求的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)而得到了一個(gè)穩(wěn)定的由兩根氣動(dòng)人工對抗肌驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)的系統(tǒng)。改變系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度后再進(jìn)行試驗(yàn)仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了此氣動(dòng)人工對抗肌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。然后，根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程以及上述穩(wěn)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析，建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，應(yīng)用PID的控制方法設(shè)計(jì)了系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的控制參數(shù)。通過對實(shí)際系統(tǒng)的仿真分析建立實(shí)際PID仿真控制模型，驗(yàn)證以上得到的控制參數(shù)。同時(shí)通過對實(shí)際控制模型的驗(yàn)證與分析，得出能夠滿足要求的控

4、制方法，并驗(yàn)證此方法對于控制氣動(dòng)人工對抗肌的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)是可行并合理的。關(guān)鍵詞：氣動(dòng)人工肌肉、對抗肌、PID控制、仿真分析、協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)目錄第一章緒論～111氣動(dòng)人工肌肉概述1111氣動(dòng)人工肌肉1112氣動(dòng)人工肌肉的發(fā)展歷程112氣動(dòng)人工肌肉國內(nèi)外研究綜述4121氣動(dòng)人工肌肉的特性和模型研究4122氣動(dòng)人工肌肉的控制研究5123氣動(dòng)人工肌肉應(yīng)用研究6124國內(nèi)研究現(xiàn)狀913研究目的和意義一1014研究內(nèi)容和方法11第二章氣動(dòng)人工肌肉的特性與模型

5、1221氣動(dòng)人工肌肉結(jié)構(gòu)及工作原理～1222氣動(dòng)人工肌肉的數(shù)學(xué)模型13221氣動(dòng)人工肌肉的結(jié)構(gòu)參數(shù)13222氣動(dòng)人工肌肉的理想靜態(tài)數(shù)學(xué)模型14223楊鋼的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型一16224改進(jìn)型的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型1723氣動(dòng)人工肌肉靜態(tài)等壓特性實(shí)驗(yàn)一1924氣動(dòng)人工肌肉靜態(tài)等長特性實(shí)驗(yàn)2125本章小結(jié)23第三章氣動(dòng)人工對抗肌的模型。2431對抗肌2432氣動(dòng)人工對抗肌的結(jié)構(gòu)2433氣動(dòng)人工對抗肌模型建立一2534氣動(dòng)人工對抗肌的系統(tǒng)參數(shù)確定j2634