氣動(dòng)肌肉機(jī)械手臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制方法實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展,人們希望新型的機(jī)器人手臂具有精度高、響應(yīng)快、承載能力大等特點(diǎn),同時(shí)也希望具有良好的柔順性,以獲得更好的安全性和自恢復(fù)能力。氣動(dòng)肌肉就是在這樣的背景下引起了研究學(xué)者們的重視。氣動(dòng)肌肉是一種新型的氣動(dòng)執(zhí)行元件,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率/自重比大、柔順性好以及和生物肌肉特性接近等優(yōu)點(diǎn),使其在仿生機(jī)器人、仿生醫(yī)學(xué)、服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。本文以氣動(dòng)肌肉為驅(qū)動(dòng)裝置,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了具有三個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)械手臂,為氣動(dòng)肌肉應(yīng)用在仿人

2、手臂領(lǐng)域做出了新的嘗試。本文的主要工作有:
　　 在手臂機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面,設(shè)計(jì)手臂包含三個(gè)關(guān)節(jié),分別為肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié),每個(gè)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。其中肩關(guān)節(jié)的每個(gè)自由度分解為兩部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別完成,肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)則采用十字軸的形式實(shí)現(xiàn)兩自由度運(yùn)動(dòng)。模塊化的設(shè)計(jì)方式使機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)緊湊,便于安裝和調(diào)試。
　　 基于虛功原理建立了氣動(dòng)肌肉的基本靜態(tài)模型,在分析了影響模型精度的各種因素的基礎(chǔ)上,提出了對(duì)氣動(dòng)肌肉的最大

3、收縮率進(jìn)行修正的改進(jìn)模型的方法,并給出了氣動(dòng)肌肉的改進(jìn)模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種改進(jìn)方法的正確性和可行性。
　　 在氣動(dòng)肌肉靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的理論模型,得到了關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角θ和氣動(dòng)肌肉輸入壓力差△P成線性關(guān)系的結(jié)論。當(dāng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩一定時(shí),兩者成正比關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了關(guān)節(jié)模型的合理性、有效性。
　　 搭建了氣動(dòng)肌肉機(jī)械手臂系統(tǒng)的整體實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)手臂的整體性能進(jìn)行測(cè)試。并以手臂末端關(guān)節(jié)為例分析了氣動(dòng)肌肉關(guān)節(jié)的動(dòng)