氣動肌肉驅動特性研究及其嵌入式控制器的設計.pdf

1、氣動肌肉以其類似生物的驅動特征、良好的順應性和安全性，使它在康復醫(yī)療設備的研制中受到了極大的關注。本文以應用在上肢康復訓練機器人當中的氣動肌肉驅動器作為研究對象，對氣動肌肉的驅動特性、氣動肌肉對拉驅動的關節(jié)剛度調節(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部橡膠氣腔的摩擦損耗，單根氣動肌肉驅動存在很大的回滯現象。因此在實際應用中，多采用氣動肌肉對拉的形式驅動機器人關節(jié)。這種對拉的驅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節(jié)為模型，分析研究了肘關節(jié)剛度和位置關于氣動肌肉內部氣壓之間的關系，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、數據存儲模塊和以太網通信模塊等。AD/DA轉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換精度。該控制器移