氣動肌肉驅(qū)動特性研究及其嵌入式控制器的設(shè)計.pdf

1、氣動肌肉以其類似生物的驅(qū)動特征、良好的順應性和安全性，使它在康復醫(yī)療設(shè)備的研制中受到了極大的關(guān)注。本文以應用在上肢康復訓練機器人當中的氣動肌肉驅(qū)動器作為研究對象，對氣動肌肉的驅(qū)動特性、氣動肌肉對拉驅(qū)動的關(guān)節(jié)剛度調(diào)節(jié)和位置控制等問題進行研究和探討，并利用ARM最新架構(gòu)的CORTEX M3微控制器搭建了適用于康復訓練機器人的嵌入式控制系統(tǒng)。
　　 由于氣動肌肉壓力－位移關(guān)系的非線性和時變性，研究者們很難從理論上建立一個在整個工作范圍

2、非常準確，而且適用于各種類型氣動肌肉的數(shù)學模型。本文從具體的使用條件出發(fā)，建立了一種實用、簡單、有效的氣動肌肉驅(qū)動特性模型。
　　 單根氣動肌肉只能提供拉力，而且由于編織套和內(nèi)部橡膠氣腔的摩擦損耗，單根氣動肌肉驅(qū)動存在很大的回滯現(xiàn)象。因此在實際應用中，多采用氣動肌肉對拉的形式驅(qū)動機器人關(guān)節(jié)。這種對拉的驅(qū)動方式借鑒的是生物骨骼肌的原理。本文以康復機器人的肘關(guān)節(jié)為模型，分析研究了肘關(guān)節(jié)剛度和位置關(guān)于氣動肌肉內(nèi)部氣壓之間的關(guān)系，提出了

3、一種位置與剛度混合控制的策略。
　　 對氣動肌肉分析研究后，本文開始著手搭建適用于康復訓練機器人的嵌入式控制系統(tǒng)。首先分析了該控制器的功能需求，并以此為基礎(chǔ)完成了中央處理器的選型。采用CORTEX M3微控制器作為系統(tǒng)的主芯片是本文的特點之一。然后分模塊具體討論嵌入式控制器的各主要功能，包括ADC模塊、DAC模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和以太網(wǎng)通信模塊等。AD/DA轉(zhuǎn)換是本控制器的核心功能，本文也采取多種措施盡可能提高轉(zhuǎn)換精度。該控制器移