氣動(dòng)人工肌肉群驅(qū)動(dòng)的4-SPS-S并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究.pdf

1、氣動(dòng)人工肌肉既具有清潔、質(zhì)量輕、價(jià)格低、易維護(hù)等氣動(dòng)元件的優(yōu)點(diǎn)，與氣缸相比，還具有較大的功率/體積比和功率/質(zhì)量比，并且由于其力—位移關(guān)系特性與人類(lèi)肌肉特性相似而具有很好的柔順性。并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有承載能力強(qiáng)、無(wú)累積誤差、精度高和反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。本文提出一種由4根氣動(dòng)人工肌肉構(gòu)成的氣動(dòng)人工肌肉群驅(qū)動(dòng)的4-SPS/S并聯(lián)機(jī)構(gòu)，使用氣動(dòng)比例閥來(lái)控制氣動(dòng)人工肌肉的充氣量實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)肌肉收縮，從而達(dá)到多自由度的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角控制。該機(jī)構(gòu)充分發(fā)揮氣動(dòng)人工肌肉與

2、并聯(lián)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，具有功率/重量比和功率/體積比大、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、成本低、運(yùn)動(dòng)平滑、自然柔順性好、不易損害操作對(duì)象等諸多優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)器人、工業(yè)自動(dòng)化、仿生機(jī)械等領(lǐng)域中具有較好的應(yīng)用前景。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容分為5章，分列如下：
　　第一章闡述了本課題的來(lái)源和研究的意義，綜述了氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展。
　　第二章以6自由度 Stewart機(jī)構(gòu)為藍(lán)本，根據(jù)構(gòu)型演變方法得到了氣動(dòng)人工肌肉群驅(qū)動(dòng)的4

3、-SPS/S并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并把所構(gòu)建的機(jī)構(gòu)命名為 D4-Sxyz PxyzSxyz/Sxyz，應(yīng)用約束螺旋理論對(duì)所構(gòu)建的4-SPS/S并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了自由度分析，準(zhǔn)確獲得了機(jī)構(gòu)到底有那幾個(gè)自由度；以 Z-Y-X型歐拉角表示動(dòng)平臺(tái)的位姿，獲得了機(jī)構(gòu)位置逆解的顯性式；針對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的封閉正解難以準(zhǔn)確獲得的難題，本文基于 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法獲得了機(jī)構(gòu)位置正解的求解模型，并進(jìn)行了驗(yàn)證計(jì)算，驗(yàn)證表明誤差完全滿(mǎn)足要求。
　　第三章建立了驅(qū)動(dòng)支鏈桿長(zhǎng)約束

4、條件、支鏈球面副轉(zhuǎn)角約束條件、支鏈干涉約束條件，從而建立了4-SPS/S并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間求解模型，經(jīng)過(guò)MATLAB軟件計(jì)算獲得了機(jī)構(gòu)的工作空間，并分析了球面副最大轉(zhuǎn)角對(duì)工作空間的影響，更加證明了新型氣動(dòng)人工肌肉端部連接器的優(yōu)越之處；進(jìn)而在工作空間范圍內(nèi)對(duì)4-SPS/S并聯(lián)機(jī)構(gòu)四個(gè)輸入與三個(gè)輸出關(guān)系進(jìn)行了分析，確定了輸入與輸出的關(guān)系。
　　第四章建立了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)影響系數(shù)矩陣，通過(guò)剛體繞定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程建立了機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程，結(jié)

5、合氣動(dòng)人工肌肉的內(nèi)腔充氣壓力-伸縮力-收縮比三者的非線(xiàn)性關(guān)系，建立了氣動(dòng)人工肌肉群驅(qū)動(dòng)的4-SPS/S并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)位姿控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用MATLAB軟件的Simulink進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，仿真結(jié)果表明，通過(guò)輸入一組可行控制電壓來(lái)控制氣動(dòng)人工肌肉的內(nèi)腔充氣壓力，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)，而且系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；并進(jìn)行了靜態(tài)力分析。
　　第五章搭建了氣動(dòng)人工肌肉群驅(qū)動(dòng)的4-SPS/S并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并且針對(duì)普通球鉸最大轉(zhuǎn)角過(guò)小不