七自由度氣動(dòng)肌肉機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著工業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展以及氣動(dòng)技術(shù)本身的優(yōu)點(diǎn),氣動(dòng)機(jī)械手已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)自動(dòng)化的各個(gè)行業(yè)。氣動(dòng)人工肌肉作為一種新型的氣動(dòng)執(zhí)行元件,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率/自重比大、柔順性好等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)在仿生機(jī)器人、仿生醫(yī)學(xué)、服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人手臂是一類(lèi)具有良好柔順性能的機(jī)器人手臂,在眾多領(lǐng)域具有突出的優(yōu)勢(shì)。在氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人手臂系統(tǒng)中,機(jī)械手臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)、位置控制、遠(yuǎn)程控制等是其中最為重要的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。<

2、br>　　 本文以原有氣動(dòng)肌肉機(jī)械手臂為背景,改進(jìn)了機(jī)械手臂,并對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手臂的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,并利用實(shí)驗(yàn)對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的驗(yàn)證。本文的主要工作包括：結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),并綜合考慮氣動(dòng)人工肌肉端部影響、橡膠彈性力和橡膠筒與纖維層之間摩擦力等因素,給出輸出力、壓力和肌肉長(zhǎng)度三者之間的關(guān)系,提出了一種簡(jiǎn)單方便的氣動(dòng)人工肌肉數(shù)學(xué)模型,并采用數(shù)值擬合的方法驗(yàn)證了該數(shù)學(xué)模型的正確性。設(shè)計(jì)了一種七自由度的氣動(dòng)機(jī)械手臂,該手臂包括腕關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和

3、肩關(guān)節(jié)。其中,腕關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)采用虎克鉸來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手部的上下、左右移動(dòng)和前臂的彎轉(zhuǎn)、扭曲運(yùn)動(dòng),肩關(guān)節(jié)采用分離的三自由度形式來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)手臂旋轉(zhuǎn)、屈展和抬升運(yùn)動(dòng)。通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)的合理性,得到了手臂各關(guān)節(jié)的理論運(yùn)動(dòng)角度。對(duì)該手臂進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,得出了關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角和未端之間的運(yùn)動(dòng)學(xué)解。采用PID控制器對(duì)關(guān)節(jié)進(jìn)行了閉環(huán)控制研究,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了PID控制器的可行性和有效性。但PID控制關(guān)節(jié)的響應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)不能滿(mǎn)足機(jī)械手臂軌跡規(guī)劃的需求,因此又設(shè)