氣動人工肌肉群驅(qū)動的4-SPS-S并聯(lián)機構研究.pdf

1、氣動人工肌肉既具有清潔、質(zhì)量輕、價格低、易維護等氣動元件的優(yōu)點，與氣缸相比，還具有較大的功率/體積比和功率/質(zhì)量比，并且由于其力—位移關系特性與人類肌肉特性相似而具有很好的柔順性。并聯(lián)機構具有承載能力強、無累積誤差、精度高和反應速度快等優(yōu)點。本文提出一種由4根氣動人工肌肉構成的氣動人工肌肉群驅(qū)動的4-SPS/S并聯(lián)機構，使用氣動比例閥來控制氣動人工肌肉的充氣量實現(xiàn)氣動肌肉收縮，從而達到多自由度的關節(jié)轉(zhuǎn)角控制。該機構充分發(fā)揮氣動人工肌肉與

2、并聯(lián)關節(jié)機構的優(yōu)點，具有功率/重量比和功率/體積比大、結構緊湊、安裝方便、成本低、運動平滑、自然柔順性好、不易損害操作對象等諸多優(yōu)點，在機器人、工業(yè)自動化、仿生機械等領域中具有較好的應用前景。
　　本文的主要研究內(nèi)容分為5章，分列如下：
　　第一章闡述了本課題的來源和研究的意義，綜述了氣動人工肌肉驅(qū)動的并聯(lián)機構國內(nèi)外研究進展。
　　第二章以6自由度 Stewart機構為藍本，根據(jù)構型演變方法得到了氣動人工肌肉群驅(qū)動的4

3、-SPS/S并聯(lián)機構，并把所構建的機構命名為 D4-Sxyz PxyzSxyz/Sxyz，應用約束螺旋理論對所構建的4-SPS/S并聯(lián)機構進行了自由度分析，準確獲得了機構到底有那幾個自由度；以 Z-Y-X型歐拉角表示動平臺的位姿，獲得了機構位置逆解的顯性式；針對并聯(lián)機構的封閉正解難以準確獲得的難題，本文基于 BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法獲得了機構位置正解的求解模型，并進行了驗證計算，驗證表明誤差完全滿足要求。
　　第三章建立了驅(qū)動支鏈桿長約束

4、條件、支鏈球面副轉(zhuǎn)角約束條件、支鏈干涉約束條件，從而建立了4-SPS/S并聯(lián)機構工作空間求解模型，經(jīng)過MATLAB軟件計算獲得了機構的工作空間，并分析了球面副最大轉(zhuǎn)角對工作空間的影響，更加證明了新型氣動人工肌肉端部連接器的優(yōu)越之處；進而在工作空間范圍內(nèi)對4-SPS/S并聯(lián)機構四個輸入與三個輸出關系進行了分析，確定了輸入與輸出的關系。
　　第四章建立了機構的運動學影響系數(shù)矩陣，通過剛體繞定點運動的動力學方程建立了機構的動力學方程，結

5、合氣動人工肌肉的內(nèi)腔充氣壓力-伸縮力-收縮比三者的非線性關系，建立了氣動人工肌肉群驅(qū)動的4-SPS/S并聯(lián)機構動平臺位姿控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，并應用MATLAB軟件的Simulink進行了計算機仿真，仿真結果表明，通過輸入一組可行控制電壓來控制氣動人工肌肉的內(nèi)腔充氣壓力，可實現(xiàn)動平臺的三自由度轉(zhuǎn)動，而且系統(tǒng)運動平穩(wěn)；并進行了靜態(tài)力分析。
　　第五章搭建了氣動人工肌肉群驅(qū)動的4-SPS/S并聯(lián)機構實驗臺，并且針對普通球鉸最大轉(zhuǎn)角過小不