七自由度氣動肌肉機械手機構(gòu)設(shè)計及運動控制實現(xiàn).pdf

1、隨著工業(yè)機械化和自動化的發(fā)展以及氣動技術(shù)本身的優(yōu)點,氣動機械手已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)自動化的各個行業(yè)。氣動人工肌肉作為一種新型的氣動執(zhí)行元件,具有結(jié)構(gòu)簡單、功率/自重比大、柔順性好等優(yōu)點,已經(jīng)在仿生機器人、仿生醫(yī)學(xué)、服務(wù)機器人等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。氣動肌肉驅(qū)動的機器人手臂是一類具有良好柔順性能的機器人手臂,在眾多領(lǐng)域具有突出的優(yōu)勢。在氣動肌肉驅(qū)動的機器人手臂系統(tǒng)中,機械手臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)、位置控制、遠程控制等是其中最為重要的關(guān)鍵技術(shù)問題。<

2、br>　　 本文以原有氣動肌肉機械手臂為背景,改進了機械手臂,并對氣動機械手臂的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究,并利用實驗對研究結(jié)果進行了詳細的驗證。本文的主要工作包括：結(jié)合實測數(shù)據(jù),并綜合考慮氣動人工肌肉端部影響、橡膠彈性力和橡膠筒與纖維層之間摩擦力等因素,給出輸出力、壓力和肌肉長度三者之間的關(guān)系,提出了一種簡單方便的氣動人工肌肉數(shù)學(xué)模型,并采用數(shù)值擬合的方法驗證了該數(shù)學(xué)模型的正確性。設(shè)計了一種七自由度的氣動機械手臂,該手臂包括腕關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和

3、肩關(guān)節(jié)。其中,腕關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)采用虎克鉸來實現(xiàn)機械手部的上下、左右移動和前臂的彎轉(zhuǎn)、扭曲運動,肩關(guān)節(jié)采用分離的三自由度形式來實現(xiàn)整個手臂旋轉(zhuǎn)、屈展和抬升運動。通過運動仿真驗證了機構(gòu)的合理性,得到了手臂各關(guān)節(jié)的理論運動角度。對該手臂進行了運動學(xué)分析,得出了關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角和未端之間的運動學(xué)解。采用PID控制器對關(guān)節(jié)進行了閉環(huán)控制研究,并通過實驗證明了PID控制器的可行性和有效性。但PID控制關(guān)節(jié)的響應(yīng)時間太長不能滿足機械手臂軌跡規(guī)劃的需求,因此又設(shè)