氣動肌肉機械手的機構(gòu)和控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、氣動人工肌肉是一種類似生物肌肉的柔性驅(qū)動器，由其驅(qū)動的機械手具有良好的柔順性，因此，氣動人工肌肉在擬人機械手領(lǐng)域具有廣泛的使用前景。氣動人工肌肉驅(qū)動的機械手系統(tǒng)雖然具有結(jié)構(gòu)簡單、安全柔順、功率/重量比大等優(yōu)點，但普遍存在驅(qū)動速度不高、控制精度較低的問題。為此，深入展開氣動人工肌肉的驅(qū)動特性研究、創(chuàng)新設(shè)計機械手關(guān)節(jié)機構(gòu)及其控制系統(tǒng)是解決該類問題的關(guān)鍵途徑。
　　 本文旨在研究開發(fā)一種以氣動人工肌肉作為驅(qū)動器的機械手，實現(xiàn)機械手關(guān)節(jié)

2、的多自由度結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制。同時，設(shè)計搭建氣動肌肉機械手實測系統(tǒng)，以獲得氣動肌肉的驅(qū)動特性和機械手性能。主要研究內(nèi)容包括：
　　 1.設(shè)計搭建一種由氣動肌肉驅(qū)動的機械手關(guān)節(jié)。其中，機械手的腕關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)均采用四根氣動肌肉驅(qū)動的并聯(lián)機構(gòu)；設(shè)計開發(fā)由數(shù)據(jù)采集卡、傳感器、輔助控制電路、單片機及計算機等構(gòu)成的反饋控制系統(tǒng)。并通過界面、紅外兩種控制方式實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。
　　 2.運用機器人運動學(xué)理論分析并聯(lián)機構(gòu)關(guān)節(jié)和機械手末端機構(gòu)

3、的運動特性，推導(dǎo)出氣動肌肉輸出位移與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度、機械手末端機構(gòu)空間位置的數(shù)學(xué)關(guān)系。
　　 3.通過實測獲得氣動肌肉的驅(qū)動特性，氣動肌肉內(nèi)部壓力和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度、氣動肌肉輸出位移與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度的關(guān)系曲線。
　　 4.通過對氣動肌肉輸出位移與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度之間的理論曲線與實測曲線的對比分析，得出機構(gòu)尺寸限制、測量誤差等是引起實測曲線和理論曲線出現(xiàn)奇異的可能原因。并提出氣動肌肉最佳壓力控制范圍、氣動肌肉機械手關(guān)節(jié)的控制方法和轉(zhuǎn)動