氣動(dòng)肌肉機(jī)械手的機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、氣動(dòng)人工肌肉是一種類似生物肌肉的柔性驅(qū)動(dòng)器，由其驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手具有良好的柔順性，因此，氣動(dòng)人工肌肉在擬人機(jī)械手領(lǐng)域具有廣泛的使用前景。氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手系統(tǒng)雖然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全柔順、功率/重量比大等優(yōu)點(diǎn)，但普遍存在驅(qū)動(dòng)速度不高、控制精度較低的問(wèn)題。為此，深入展開氣動(dòng)人工肌肉的驅(qū)動(dòng)特性研究、創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)及其控制系統(tǒng)是解決該類問(wèn)題的關(guān)鍵途徑。
　　 本文旨在研究開發(fā)一種以氣動(dòng)人工肌肉作為驅(qū)動(dòng)器的機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手關(guān)節(jié)

2、的多自由度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制。同時(shí)，設(shè)計(jì)搭建氣動(dòng)肌肉機(jī)械手實(shí)測(cè)系統(tǒng)，以獲得氣動(dòng)肌肉的驅(qū)動(dòng)特性和機(jī)械手性能。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 1.設(shè)計(jì)搭建一種由氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手關(guān)節(jié)。其中，機(jī)械手的腕關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)均采用四根氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)；設(shè)計(jì)開發(fā)由數(shù)據(jù)采集卡、傳感器、輔助控制電路、單片機(jī)及計(jì)算機(jī)等構(gòu)成的反饋控制系統(tǒng)。并通過(guò)界面、紅外兩種控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。
　　 2.運(yùn)用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)理論分析并聯(lián)機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)和機(jī)械手末端機(jī)構(gòu)

3、的運(yùn)動(dòng)特性，推導(dǎo)出氣動(dòng)肌肉輸出位移與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度、機(jī)械手末端機(jī)構(gòu)空間位置的數(shù)學(xué)關(guān)系。
　　 3.通過(guò)實(shí)測(cè)獲得氣動(dòng)肌肉的驅(qū)動(dòng)特性，氣動(dòng)肌肉內(nèi)部壓力和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度、氣動(dòng)肌肉輸出位移與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的關(guān)系曲線。
　　 4.通過(guò)對(duì)氣動(dòng)肌肉輸出位移與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度之間的理論曲線與實(shí)測(cè)曲線的對(duì)比分析，得出機(jī)構(gòu)尺寸限制、測(cè)量誤差等是引起實(shí)測(cè)曲線和理論曲線出現(xiàn)奇異的可能原因。并提出氣動(dòng)肌肉最佳壓力控制范圍、氣動(dòng)肌肉機(jī)械手關(guān)節(jié)的控制方法和轉(zhuǎn)動(dòng)