氣動肌肉仿生關節(jié)的優(yōu)化設計與擺動控制.pdf

1、隨著仿生機器人在生產生活領域不斷擴展,人們對安全性好、重量輕巧的柔性驅動器的需求不斷增長。氣動肌肉以壓縮空氣為工作介質,具有功率重量比高、結構簡單等優(yōu)點,是本質柔順驅動器,具有廣闊的發(fā)展?jié)摿?。本文主要目的是通過氣動肌肉仿生關節(jié)特性與控制的研究,為氣動肌肉廣泛應用打下基礎。
　　通過理論推導獲得氣動肌肉數(shù)學模型。以Mckibben型氣動肌肉為研究對象,通過實驗得到氣動肌肉輸出力模型和驅動負載時的彈性、阻尼等動力學參數(shù)。
　　拮

2、抗安裝氣動肌肉驅動的關節(jié)擺動受制于兩根氣動肌肉的伸縮量,可考慮改變機構參數(shù)的方法來提高仿生關節(jié)擺角區(qū)間。建立了拮抗安裝氣動肌肉驅動的仿生關節(jié)數(shù)學模型。分析影響擺角區(qū)間、柔度、能耗等性能的因素,給出了左右擺動半徑、擺動中心高度等參數(shù)對仿生關節(jié)擺動性能影響的曲線。參照人體手臂擺動,優(yōu)化設計氣動肌肉驅動的仿生肩關節(jié)和肘關節(jié)機構參數(shù)。針對右側氣動肌肉最大收縮狀態(tài),逆向反求左側氣動肌肉參數(shù),從而保證左右側氣動肌肉同時達到最大伸縮量。與傳統(tǒng)方案對比

3、表明:優(yōu)化的肩關節(jié)擺角范圍提高7％,肘關節(jié)提高42%;氣動肌肉伸縮總量最大可減小7%;仿生關節(jié)特性更接近人類上肢體關節(jié)。
　　以肩關節(jié)擺動為例,采用傳統(tǒng)PID算法對關節(jié)進行閉環(huán)控制研究,并通過實驗驗證傳統(tǒng)PID控制算法的有效性和可行性;但同時存在著超調量大、振蕩幅度大、調節(jié)時間長等問題,不能滿足高精度的要求。針對這一問題,設計了一種自適應、可自動調節(jié)參數(shù)的神經元PID算法。以Voyager機器人為移動機器人本體,在機器人上搭建仿生