氣動人工肌肉驅動的柔性冗余并聯(lián)機構的實驗研究.pdf

1、氣動人工肌肉作為一種模擬生物體肌肉設計的新型驅動元件，具有類似于生物體肌肉的柔順性，將其應用于冗余六自由度并聯(lián)機構是對氣動人工肌肉應用的一種新嘗試。本文以氣動人工肌肉驅動的冗余六自由度并聯(lián)機構為研究對象，以目前文獻中關于氣動人工肌肉和冗余六自由度并聯(lián)機構的研究為基礎，設計了一個氣動人工肌肉驅動的冗余并聯(lián)機構實驗臺，用以驗證冗余驅動并聯(lián)機構可以通過其內力的調整改變自身的剛度。
　　本文首先通過對冗余并聯(lián)機構的運動學和單剛體動力學分析

2、，考慮氣動人工肌肉的具體結構等因素，設計并搭建了一個8根氣動人工肌肉驅動的中心帶有彈簧支撐的冗余六自由度并聯(lián)機構。為測量其位姿，本文創(chuàng)新性地設計了一個六自由度位姿傳感器。為測試氣動人工肌肉的特性和了解其構成系統(tǒng)的控制性能，設計和搭建了一個單根氣動人工肌肉實驗臺。其次，根據(jù)氣動人工肌肉的具體模型，建立了考慮氣動人工肌肉橡膠筒壁厚的理想靜態(tài)數(shù)學模型，考慮了氣動人工肌肉橡膠筒彈性和其自身的內摩擦力，得出了能較好反映氣動人工肌肉實際靜態(tài)特性的數(shù)

3、學模型。從氣體熱力學和動力學角度出發(fā)，建立了氣動人工肌肉動態(tài)數(shù)學模型，控制閥的流量方程以及負載模型的動力學方程，得到了氣動人工肌肉控制系統(tǒng)的非線性狀態(tài)方程。使用PID進行了氣動人工肌肉位置控制系統(tǒng)的實驗研究，取得了穩(wěn)態(tài)誤差小于0.1mm的控制效果。最后，研究了氣動人工肌肉驅動的冗余并聯(lián)機構位姿閉環(huán)系統(tǒng)，測試了系統(tǒng)各個自由度上的響應能力。通過進行掃頻實驗，測量了運動平臺在不同內力時，系統(tǒng)在各個自由度上的諧振頻率。根據(jù)諧振頻率與系統(tǒng)剛度的對