氣動人工對抗肌協(xié)調(diào)運動控制研究.pdf

1、摘要氣動人工肌肉(PAM)作為一種新型的先進氣動執(zhí)行元件，因其自身的獨特優(yōu)點受到了越來越多人的關(guān)注。而隨著人們對其研究的不斷深入，其應(yīng)用越來越廣泛。本文通過建模與仿真的方法主要研究了兩根氣動人工肌肉所組成對抗肌的結(jié)構(gòu)與特性。在對氣動人工對抗肌驅(qū)動機械臂運動特性分析的基礎(chǔ)上，對其運動進行控制，使其到達預(yù)定的目標(biāo)并保持運動的協(xié)調(diào)。通過對大量的仿真結(jié)果分析最終得出對氣動人工對抗肌的控制策略。本文首先介紹了氣動人工肌肉的相關(guān)內(nèi)容，主要從氣動人工

2、肌肉的發(fā)展歷程、氣動人工肌肉的應(yīng)用以及本研究的目的意義和主要內(nèi)容等方面做了簡單的介紹。針對單根氣動人工肌肉的模型與特性做出了分析比較。通過尋找對于氣動人工肌肉輸出力與其實際輸出力之間的差異原因，得出了一系列考慮到不同情況影響的氣動人工肌肉輸出力的數(shù)學(xué)模型，同時對氣動人工肌肉的相關(guān)特性做出了分析。其次，將兩根氣動人工肌肉形成的對抗肌作為驅(qū)動力驅(qū)動機械臂轉(zhuǎn)動，并將此視為一個系統(tǒng)，分析其結(jié)構(gòu)與運動，建立了其動力學(xué)方程。對其運力學(xué)方程進行了仿真

3、分析，并確定了滿足要求的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，進而得到了一個穩(wěn)定的由兩根氣動人工對抗肌驅(qū)動機械臂轉(zhuǎn)動的系統(tǒng)。改變系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動角度后再進行試驗仿真，仿真結(jié)果驗證了此氣動人工對抗肌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。然后，根據(jù)系統(tǒng)的動力學(xué)方程以及上述穩(wěn)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析，建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，應(yīng)用PID的控制方法設(shè)計了系統(tǒng)協(xié)調(diào)運動的控制參數(shù)。通過對實際系統(tǒng)的仿真分析建立實際PID仿真控制模型，驗證以上得到的控制參數(shù)。同時通過對實際控制模型的驗證與分析，得出能夠滿足要求的控

4、制方法，并驗證此方法對于控制氣動人工對抗肌的協(xié)調(diào)運動是可行并合理的。關(guān)鍵詞：氣動人工肌肉、對抗肌、PID控制、仿真分析、協(xié)調(diào)運動目錄第一章緒論～111氣動人工肌肉概述1111氣動人工肌肉1112氣動人工肌肉的發(fā)展歷程112氣動人工肌肉國內(nèi)外研究綜述4121氣動人工肌肉的特性和模型研究4122氣動人工肌肉的控制研究5123氣動人工肌肉應(yīng)用研究6124國內(nèi)研究現(xiàn)狀913研究目的和意義一1014研究內(nèi)容和方法11第二章氣動人工肌肉的特性與模型

5、1221氣動人工肌肉結(jié)構(gòu)及工作原理～1222氣動人工肌肉的數(shù)學(xué)模型13221氣動人工肌肉的結(jié)構(gòu)參數(shù)13222氣動人工肌肉的理想靜態(tài)數(shù)學(xué)模型14223楊鋼的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型一16224改進型的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型1723氣動人工肌肉靜態(tài)等壓特性實驗一1924氣動人工肌肉靜態(tài)等長特性實驗2125本章小結(jié)23第三章氣動人工對抗肌的模型。2431對抗肌2432氣動人工對抗肌的結(jié)構(gòu)2433氣動人工對抗肌模型建立一2534氣動人工對抗肌的系統(tǒng)參數(shù)確定j2634