氣動(dòng)肌肉仿生關(guān)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與擺動(dòng)控制.pdf

1、隨著仿生機(jī)器人在生產(chǎn)生活領(lǐng)域不斷擴(kuò)展,人們對(duì)安全性好、重量輕巧的柔性驅(qū)動(dòng)器的需求不斷增長(zhǎng)。氣動(dòng)肌肉以壓縮空氣為工作介質(zhì),具有功率重量比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),是本質(zhì)柔順驅(qū)動(dòng)器,具有廣闊的發(fā)展?jié)摿?。本文主要目的是通過(guò)氣動(dòng)肌肉仿生關(guān)節(jié)特性與控制的研究,為氣動(dòng)肌肉廣泛應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
　　通過(guò)理論推導(dǎo)獲得氣動(dòng)肌肉數(shù)學(xué)模型。以Mckibben型氣動(dòng)肌肉為研究對(duì)象,通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到氣動(dòng)肌肉輸出力模型和驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)的彈性、阻尼等動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
　　拮

2、抗安裝氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)擺動(dòng)受制于兩根氣動(dòng)肌肉的伸縮量,可考慮改變機(jī)構(gòu)參數(shù)的方法來(lái)提高仿生關(guān)節(jié)擺角區(qū)間。建立了拮抗安裝氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的仿生關(guān)節(jié)數(shù)學(xué)模型。分析影響擺角區(qū)間、柔度、能耗等性能的因素,給出了左右擺動(dòng)半徑、擺動(dòng)中心高度等參數(shù)對(duì)仿生關(guān)節(jié)擺動(dòng)性能影響的曲線。參照人體手臂擺動(dòng),優(yōu)化設(shè)計(jì)氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的仿生肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)參數(shù)。針對(duì)右側(cè)氣動(dòng)肌肉最大收縮狀態(tài),逆向反求左側(cè)氣動(dòng)肌肉參數(shù),從而保證左右側(cè)氣動(dòng)肌肉同時(shí)達(dá)到最大伸縮量。與傳統(tǒng)方案對(duì)比

3、表明:優(yōu)化的肩關(guān)節(jié)擺角范圍提高7％,肘關(guān)節(jié)提高42%;氣動(dòng)肌肉伸縮總量最大可減小7%;仿生關(guān)節(jié)特性更接近人類上肢體關(guān)節(jié)。
　　以肩關(guān)節(jié)擺動(dòng)為例,采用傳統(tǒng)PID算法對(duì)關(guān)節(jié)進(jìn)行閉環(huán)控制研究,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證傳統(tǒng)PID控制算法的有效性和可行性;但同時(shí)存在著超調(diào)量大、振蕩幅度大、調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題,不能滿足高精度的要求。針對(duì)這一問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)、可自動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)的神經(jīng)元PID算法。以Voyager機(jī)器人為移動(dòng)機(jī)器人本體,在機(jī)器人上搭建仿生