氣動肌肉機械手臂機構(gòu)設(shè)計與控制方法實現(xiàn).pdf

1、隨著機器人技術(shù)的發(fā)展,人們希望新型的機器人手臂具有精度高、響應(yīng)快、承載能力大等特點,同時也希望具有良好的柔順性,以獲得更好的安全性和自恢復(fù)能力。氣動肌肉就是在這樣的背景下引起了研究學者們的重視。氣動肌肉是一種新型的氣動執(zhí)行元件,具有結(jié)構(gòu)簡單、功率/自重比大、柔順性好以及和生物肌肉特性接近等優(yōu)點,使其在仿生機器人、仿生醫(yī)學、服務(wù)機器人等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。本文以氣動肌肉為驅(qū)動裝置,設(shè)計開發(fā)了具有三個關(guān)節(jié)的機械手臂,為氣動肌肉應(yīng)用在仿人

2、手臂領(lǐng)域做出了新的嘗試。本文的主要工作有:
　　 在手臂機械系統(tǒng)設(shè)計方面,設(shè)計手臂包含三個關(guān)節(jié),分別為肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié),每個關(guān)節(jié)實現(xiàn)兩個自由度的運動。其中肩關(guān)節(jié)的每個自由度分解為兩部分執(zhí)行機構(gòu)分別完成,肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)則采用十字軸的形式實現(xiàn)兩自由度運動。模塊化的設(shè)計方式使機械手臂的結(jié)構(gòu)緊湊,便于安裝和調(diào)試。
　　 基于虛功原理建立了氣動肌肉的基本靜態(tài)模型,在分析了影響模型精度的各種因素的基礎(chǔ)上,提出了對氣動肌肉的最大

3、收縮率進行修正的改進模型的方法,并給出了氣動肌肉的改進模型。通過實驗驗證了這種改進方法的正確性和可行性。
　　 在氣動肌肉靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了氣動肌肉驅(qū)動關(guān)節(jié)的理論模型,得到了關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角θ和氣動肌肉輸入壓力差△P成線性關(guān)系的結(jié)論。當關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩一定時,兩者成正比關(guān)系。實驗結(jié)果驗證了關(guān)節(jié)模型的合理性、有效性。
　　 搭建了氣動肌肉機械手臂系統(tǒng)的整體實驗平臺,對手臂的整體性能進行測試。并以手臂末端關(guān)節(jié)為例分析了氣動肌肉關(guān)節(jié)的動