基于氣動肌肉驅(qū)動的仿蛙腿游動機構(gòu)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來為了適應(yīng)復(fù)雜的水下環(huán)境，仿生游動機器人的研究受到越來越多的關(guān)注。由于青蛙具有優(yōu)越的兩棲運動能力，因此研制仿青蛙機器人具有重要意義和實用價值。主要研究內(nèi)容有：根據(jù)青蛙的生物結(jié)構(gòu)設(shè)計了基于氣動人工肌肉驅(qū)動的仿蛙腿游動機構(gòu)以及拮抗式單關(guān)節(jié)機構(gòu)控制實驗平臺，建立了拮抗式關(guān)節(jié)機構(gòu)動態(tài)模型，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了拮抗式關(guān)節(jié)機構(gòu)控制策略，并通過計算機仿真和實物樣機實驗驗證了機構(gòu)設(shè)計與控制策略的合理性。
　　本文首先針對前一代仿青蛙游動機器人在機

2、構(gòu)設(shè)計方面存在的不足，采用拮抗式關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計思想，設(shè)計了新型仿蛙腿游動機構(gòu)，并對青蛙的腳蹼機構(gòu)進行了改進。采用D-H法建立仿蛙腿游動機構(gòu)的運動學(xué)模型，并通過仿真實驗驗證仿蛙腿游動機構(gòu)設(shè)計的合理性。其次，在Matlab/Simulink環(huán)境下基于改進的氣動人工肌肉幾何模型，建立了拮抗式關(guān)節(jié)機構(gòu)動態(tài)模型，以此為原型得到了氣動人工肌肉與機構(gòu)關(guān)節(jié)間的非線性關(guān)系。設(shè)計了拮抗式單關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)實驗平臺，通過實驗并將仿真動態(tài)模型響應(yīng)曲線與實驗曲線進

3、行對比，通過修改仿真模型的相關(guān)參數(shù)，提高了所建立動態(tài)模型的準(zhǔn)確度。此外，在所建立關(guān)節(jié)機構(gòu)動態(tài)模型的基礎(chǔ)上，研究拮抗式關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角伺服控制策略，分別采用PID控制方法和模糊自整定PID控制方法進行拮抗式關(guān)節(jié)機構(gòu)仿真實驗，在此基礎(chǔ)上，通過實物樣機機構(gòu)的大小負(fù)載階躍響應(yīng)實驗以及大負(fù)載髖關(guān)節(jié)軌跡跟隨實驗，驗證PID控制方法和模糊自整定PID控制方法的可行性。最后，搭建實驗平臺，利用所研制的仿蛙腿游動機構(gòu)，進行各關(guān)節(jié)位姿調(diào)整實驗和整機控制實驗，驗證了